Časově proporcionální řízení – získejte více od dvoupolohového přepínače

-- 13.09.09 11:52

Časově proporcionální řízení, určitá forma modulace šířkou impulzu, je matematickou technikou, která umožňuje, aby zpětnovazební regulátor používal dvoupolohový nebo diskrétní akční člen tak, jako by to byl spojitý akční člen schopný generovat řídicí zásahy kdekoli v rozmezí 0 až 100 %. Trik spočívá v tom, že akční člen zapínáme a vypínáme na dobu odpovídající požadovanému řídicímu zásahu. Vezměme si například domácí klimatizační systém. Většina termostatů používá dvoupolohový regulační algoritmus, který porovnává aktuální teplotu v místnosti s žádanou hodnotou stanovenou obyvateli místnosti, a naplno zapíná nebo vypíná klimatizaci, je-li teplota o několik stupňů vyšší nebo nižší.

Tato metoda zajišťuje kolísání pokojové teploty okolo žádané hodnoty, ale ve většině domácností to nestačí. Termostat by mohl dosahovat přesnějšího řízení pomocí spojitého akčního členu, jako je například motorizovaná klapka, která by do místnosti vpouštěla předem změřený objem zchlazeného vzduchu. Tyto klapky jsou běžné u komerčních klimatizačních aplikací, ale obvykle jsou příliš drahé pro použití v domácnostech. Ale s časově proporcionálním řízením by domácí termostat nepotřeboval spojitý akční člen, aby mohl napodobovat jeho efekt. Mohl by používat dvoupolohový spínač klimatizační jednotky pro regulaci nikoli objemu chladného vzduchu vpouštěného do místnosti, ale pro regulaci doby trvání každého vehnání vzduchu. Pro dosažení X% řídicího zásahu by termostat jednoduše zapnul klimatizační jednotku na X jednotek času a následně ji vypnul na 100 minus X jednotek času.

Jsou-li tyto jednotky času malé ve srovnání s časem potřebným k ochlazení místnosti (což je zhruba několik minut), pak průměrný efekt plného zapnutí klimatizační jednotky po X % času bude stejný jako průběžné provozování klimatizační jednotky na X % plné kapacity. Teplota v místnosti bude sice krátkodobě kolísat okolo žádané teploty, ale ne tolik jako u dvoupolohového řízení. Jiné aplikace časově proporcionálního řízení mohou vyžadovat minimalizaci tohoto kolísání a v takovém případě by se musel zkrátit minimální interval mezi příkazy „zapnout“ a „vypnout“ – pracovní cyklus řídicího prvku. Zvýšení frekvence přepínání stavů by bohužel také zvýšilo opotřeben akčního členu. 50% řídicí zásah by byl nejhorším případem, protože akční člen by musel přepínat stavy na konci každého pracovního cyklu.

V příkladu domácí klimatizace by pracovní cyklus kratší než několik minut způsobil rychlé opotřebení startéru motoru klimatizační jednotky. Při opačném extrému by pracovní cyklus v řádu hodin pomohl zvýšit životnost startéru motoru, ale klimatizační jednotka by běžela po dobu několika hodin, čímž by se zvýšilo kolísání teploty v místnosti na neúnosnou míru. Časově proporcionální řízení funguje nejlépe u relativně pomalých procesů a u procesů, které zajišťují mechanismus vyhlazování účinků přepínání stavů akčního členu. K aplikacím vhodným pro tuto techniku patří kromě řízení teploty také řízení výšky hladiny a tlaku u velkoobjemových aplikací a aplikace, kde by byl spojitý akční neúnosně drahý.

Ce

Vance VanDoren je konzultant časopisu Control Engineering. Kontaktujte jej na adrese controleng@msn.com.

Autor: Vance VanDoren, Ph. D., P. E., Control Engineering

Sponzorované odkazy

	4METAL.CZ - portál kovozpracujícího odvětví Skupina 4metal je sdružení kovozpracujících a strojírenských firem. Katalog firem, Burza strojů a materiálů, Burza práce, akce, aktuality, média. To vše na jedné adrese.
	All for Power - odborný časopis o energetice Časopis All for Power se zaměřuje na uhelnou a jadernou energetiku, plynárenství, teplárenství a energetické strojírenství. Medium přináší i racionální pohledy na OZE.
	Řízení a údržba průmyslového podniku Redaktoři časopisu průběžně sledují nejnovější trendy ve všech aspektech výroby v průmyslových závodech a přinášejí odběratelům informace, které potřebují pro udržení své konkurenceschopnosti.