8. Reglering

Med reglering menas att kompensera för störningar i processen. Avvikelser mellan bör- och ärvärden ska snabbt upptäckas och styrsignalen ska kunna justera så att ärvärdet följer börvärdet oavsett om yttre eller inre störningar förekommer. Regleringen går till så att ärvärdet återkopplas och jämförs med börvärdet. Skillnaden mellan är- och börvärdet kallas reglerfel (e). Värdet på reglerfelet ger sedan en regulator en styrsignal till processen.

Det ställs ett antal krav på ett reglersystem. Dessa krav är avseende på snabbhet, stabilitet och noggrannhet. Det finns ett antal typer av regulatorer t.ex. proportionell reglering (P-reglering), integrerande reglering (I-reglering), deriverande reglering (D-reglering) och vektorreglering.

Valet av regulator beror på systemets önskade prestanda.

Proportionell reglering gör att det kvarstående felet e minskar, en förstärkning K används för att bestämma hur mycket regulatorn ska justera felet. Nackdelar med P-reglering är att det kvarstående felet aldrig helt försvinner samt att processen blir instabil vid ett för högt K-värde. Ett lågt K-värde gör processen långsam. Integrerande reglering används för att ta bort det kvarstående felet e helt.

I-reglering är inte lika snabbt som P-reglering, men stabiliteten är bra. Då man ställer krav på både snabbhet och stabilitet väljer man en PI-regulator.

8.1 PI-reglering

En PI-regulator kombinerar fördelarna hos P- och I-regleringen. P-verkan för snabbhet och I-verkan för att eliminera det kvarstående felet. PI-reglering är det vanligaste förfarandet i industrin, då PID-regulatorer är betydligt svårare att justera och ställa in. Så gott som all reglering sker idag digitalt även om det är möjligt att med hjälp av förstärkare och kondensatorer bygga en PI-regulator. Blockschemat och algoritmen för en PI regulator enligt figur 22 .

Figur 22. PI-regulatorn.

Formel 9. PI-reglering .

I biltvätten är det motorn som driver borstarna som ska regleras. Motorn ska, även om borstarna belastas med olika moment, hålla ett konstant varvtal. Detta sker med PI-reglering och en frekvensomformare. Då belastningen minskar sjunker frekvensen och då belastningen ökar, ökar frekvensen, se figur 23 .

Figur 23. Slutna systemet med PI-reglering

8.2 Parameterbestämning

För att regulatorn ska fungera väl måste parametrarna K och Ti ställas in på lämpliga värden. Om man känner till överföringsfunktionen för processen är känd eller kan bestämmas, går det att matematiskt räkna fram parametrarna. Ett vedertaget sätt är Ziegler-Nichols svängningsmetod.

I vårat fall var överföringsfunktionen inte känd och kunde inte heller lätt bestämmas. I en laboration gick vi därför till väga på följande sätt. Vi kopplade upp motorn som skulle regleras och gick sedan empiriskt tillväga. Vi provade olika värden på K och Ti samtidigt som motorn belastades och genom att observera hur faktorer som hur motorn lät, stabilitet, varvtalsförändringar vid olika varvtal och snabbhet vid reglering.

Vid hög belastning hängde inte frekvensomformaren riktigt med, den maximala utgångsfrekvensen var då satt till 50 Hz. Genom att ändra den till 60 Hz följde den med bättre. För att spänningen från varvtalsgivaren (feedbacksignalen) skulle motsvara rätt frekvens hos frekvensomformaren ändrade vi återkopplingskoefficienten till 0,9 [ns=60×f/p; f=60, p=2 ger ns=1800 [rpm]; 10V från varvtalsgi-varen motsvarade 2000 [rpm]; återkopplingskoefficienten blev då 1800/2000=0,9]

Vid små värden på K tog det lång tid för motorn att stanna, ett högre Ti värde gjorde att motorn stannade fortare. Ett lågt Ti värde gjorde även systemet ostabilt. Efter många försök kom vi fram till att ett K värde på 0,9 och ett Ti värde på 6 gav oss ett, för vårat användningsområde, tillräckligt snabbt och stabilt system. I laborationen provade vi även att styra med vektorreglering och även helt oreglerat. Mätningar visade oss att PI-reglering var det bästa alternatiet, se tabell 10.
Tabell 10. Mätresultat från laboration 3.

Moment [Nm]
Oreglerat [rpm]
Vektorreglering [rpm]
PI reglering [rpm]

1 1406 1409 1407

2 1399 1406

3 1392 1403 1410

4 1383 1400

5 1376 1396 1410

6 1367 1393 1409

7 1410

8 1348 1386 1410

9 1410

10 1409

10,2 1324 1375

11 1314 1372 1409