3.5  Typy regulačních obvodů

Požadavky technologické praxe na kvalitu regulace vedly ke konstrukci různých typů regulačních obvodů od jednoduchých s jedním regulátorem až ke složitým s několika spolupracujícími regulátory. Dále uvedeme informativní přehled základních typů a jejich funkce na příkladu regulace teploty vody na výstupu z parou vyhřívaného výměníku tepla.

3.5.1  Jednoduchý zpětnovazební regulační obvod

Doposud jsme se při výkladu zabývali právě tímto obvodem. Je zakreslen na obr. 3.22. Řeší se jím většina běžných regulací. Jeho zpětnovazební charakter zajišťuje následnou korekci výsledku akčního zásahu, tedy v konečném důsledku (je-li použito regulátoru s vlastností I) úplné odstranění regulační odchylky.

3.5.2  Obvod dopředné regulace

Namísto regulované veličiny se měří porucha (zde změna teploty) na vstupu do soustavy a z její velikosti se pak odvozuje akční zásah. Tohoto způsobu regulace se používá u soustav, které reagují pomalu a vliv poruchy by se na hodnotě regulované veličiny objevil tak pozdě, že by akční zásah nepřinesl nápravu včas. Nevýhodou tohoto zapojení je, že nemá žádnou zpětnou korekci odvozenou od měření regulované veličiny, takže nelze odstranit trvalou regulační odchylku.

3.5.3  Zpětnovazební regulační obvod s měřením poruchy

Odstranění výše uvedené nevýhody dopředné regulace se dosahuje tím, že se obvod kombinuje se zpětnovazebním.  Měření poruchy (zde průtok vody) v něm zajišťuje dostatečný časový předstih akčního zásahu a zpětnovazební část zajišťuje konečnou korekci akčního zásahu tak, aby byla odstraněna trvalá regulační odchylka.

3.5.4  Obvod s pomocnou regulovanou veličinou (vlečná regulace)

Obvod je tvořen dvěma regulátory spojenými do kaskády tak, že jeden regulátor nastavuje hodnotu řídicí veličiny druhého a ten teprve ovládá akční člen. V našem případě to znamená, že regulátor PC udržuje konstantní tlak topné páry v parní komoře výměníku a regulátor TC zvyšuje žádanou hodnotu tohoto tlaku jestliže teplota klesne a je potřeba topit více a snižuje ji v opačném případě. Tyto obvody jsou vhodné tam, kde je třeba eliminovat několik možných poruch, tedy např. zde poruchy v přívodu topné páry a průtoku a teplotě ohřívaného média. Regulační pochod je rychlejší a dodržování žádané hodnoty regulované veličiny přesnější.

3.5.5  Obvod s pomocnou akční veličinou

Regulace v tomto případě odvozuje z měření regulované veličiny, resp. z její regulační odchylky, dvojí akční zásah (prostřednictvím dvou regulátorů). Oba akční zásahy jsou vůči sobě v určitých proporcích, čehož se v praxi dosahuje tím, že se použijí dva regulátory, které zpracovávají stejnou regulační odchylku a jsou různě nastaveny. Takovýto obvod opět urychluje regulaci a zároveň snižuje velikost regulační odchylky během regulačního pochodu. V našem případě to např. znamená, že při poklesu průtoku ohřívaného média díky pomalé reakci topného okruhu by teplota na výstupu dosti vzrostla, ale tento vzrůst rychle vykompenzuje pomocný akční zásah, který zvětší průtok neohřátého média obtokem a tím sníží výstupní teplotu.

3.5.6  Poměrová regulace

Na rozdíl od předchozích toto schéma představuje regulaci směšování dvou tekutin v určitém poměru. Obvod je vlastně variantou vlečné regulace, kdy řídicí průtok (FI, tekutina 1) nastavuje žádanou hodnotu regulátoru řízeného průtoku (FC, tekutina 2) tak, aby byl v každém okamžiku zachován konstantní poměr obou průtoků. Požadovaný poměr se nastavuje pomocí poměrového členu (PČ), který je zapojen do obvodu. Okruh může fungovat i jako koncentrační směšovač, ovšem pouze v případě, že koncentrace dané složky je v obou proudech s časem neměnná.

V praxi se vyskytují i složitější obvody propojující vzájemně více regulátorů či akčních členů, ale to jsou již řešení speciální a nikoliv typická. Navíc se dnes složitější regulační okruhy řeší pomocí číslicových regulátorů a počítačových řídicích systémů, kde je možné kromě základních funkcí P, I a D využívat i možnosti provádět různé početní operace a pracovat s matematickými modely, takže komplikovaného propojování základních regulátorů se již tolik nepoužívá.