Proportsionaalregulaator

**Proportsionaalregulaator** on staatilise toimega automaatregulaator, mille väljundsuurus muutub sisendsignaaliga võrdeliselt.
Proportsionaalregulaator on pidevatoimeline regulaator, mis muudab täiturseadme asendit sujuvalt. Nii näiteks saame kolmepositsioonilisest regulaatorist proportsionaalregulaatori, kui kasutame täiturmehhanismi väljundi järgi jäika sisemist negatiivset tagasisidet.

Regulaatorid võivad olla mehaanilised, pneumaatilised, hüdraulilised ja elektroonilised. Lihtsaima proportsionaalregulaatori saame võimendi tagasisidestamisega negatiivse tagasisidega. Analoogregulaatorid koostatakse proportsionaallülist ja täiturist (Joonis 2.) 

## Proportsionaalregulaatori tööpõhimõte

Joonisel 1. on P-regulaatori sisend-väljundsignaalide muutused ajas esitatud
graafiliselt. P-regulaatori häälestussuuruseks on võimendustegur *k<sub>P</sub>*. Proportsionaalsuspiirkond *S* on arvutatav valemiga

:S=\frac{100\%\ reguleeritav\ toime}{voimendustegur}=\frac{1}{k_P}{100\%}.

Reguleeritava toime muutus on piiratud täituri piirliikumisega ja on 100%. Proportsionaalsuspiirkond *S* on vahemik, mille ulatuses muutub reguleerutav suurus reguleerimise käigus. Proportsionaalregulaaror jätab reguleerimisel staatilise vea, mis on võrdne proportsionaalsuspiirkonnaga. Selle kõrvaldamiseks lisatakse proportsionaalregulaatoriga rööbiti 
integraalregulaator, siis saame PI-regulaatori.

Traditsioonilistes juhtimissüsteemides realiseeritakse regulaatorid operatsioonivõimenditest.
Arvutiga juhtimisel saadakse need regulaatorid programmiliselt (arvregulaatorid). 
Arvregulaatorite sisend- ja väljundfunktsioone esitatakse diskreetsete väärtuste
jadana, kus muutujate hetkväärtused on fikseeritud ajavahemike *Δt* järel.

Pidevatoimelise ideaalse proportsionaalregulaatori tööd kirjeldav väljundfunktsioon *y(t)*
staatilises režiimis on
:y(t)=k_P\ x(t).

kus *k<sub>P</sub>* on proportsionaalregulaatori võimendustegur,

*x(t)* – sisendsignaal.

Arvregulaatori korral tuleb pidev aeg *t* asendada diskreetse väärtusega *n*, mis
kujutab endast järjestikuste ajaintervallide *Δt* järjekorranumbrit
:y[n]=k_P\ x[n].

Negatiivse tagasisidega süsteemis kujutab regulaatori sisendsuurus *x* seadeväärtuse
*x<sub>s</sub>* ja tagasisidesignaali *x<sub>ts</sub>* vahet (joonis 2).
:x[n]=x_s[n]- x_{ts}[n]

Arvestades tagasisidet, saame diskreetse proportsionaalregulaatori väljundfunktsiooniks
:y[n]={k_P}({x_s[n]- x_{ts}[n]}).

Ülekandefunktsioon on kogu automaatikasüsteemi või selle üksiku lüli väljundsuuruse Laplace'i teisenduse suhe sisendsuuruse Laplace'i teisendusse. Joonisel 2 kujutatud struktuuriga proportsionaalregulaatori ülekandefunktsioon dünaamilises olukorras *W<sub>r</sub>(p)* on
:W_r(p)=\frac{k_p W_2(p)}{1+k_p W_2(p) k_{ts}}.

kus *p* – operaatormuutuja (kompleksarv),

*k<sub>P</sub>* – regulaatori võimendi võimendustegur,

*W<sub>2</sub> (p)* – täiturmehhanismi ülekandefunktsioon,

*k<sub>ts</sub>* – tagasisideahela võimendustegur.

Ligikaudu võime kirjutada
:W_r(p) ≈ \frac{1}{k_{ts}}≈k_P .

## Proportsionaalregulaatori kasutamine
Proportsionaalregulaatoreid kasutatakse mitmesuguste soojusprotsesside reguleerimisel. Näiteks ruumide kütte radiaatoril kasutatakse otsetoime temperatuuri proportsionaalregulaatorit – termostaatventiili. Selle regulaatori proportsionaalsuspiirkond on umbes kaks kraadi, mis tähendab seda, et kui reguleerimispea mingi seade korral on ruumi temperatuur näiteks 20&nbsp;°C ja radiaatori reguleerventiil on täiesti avatud, siis 22&nbsp;°C juures on ventiil täiesti suletud. Ruumi temperatuur hoitakse vahemikus 20–22&nbsp;°C. Proportsionaalregulaator on kasutatav seal, kus ei nõuta suurt reguleerimistäpsust ja -kiirust. Reguleerimise tulemusel tekib jääv staatiline viga, mis väheneb proportsionaalse võimendusteguri *k<sub>P</sub>* suurendamisel, liiga suur võimendus põhjustab aga ebasabiilsust – reguleeritava toime võnkumist. Parim lahendus on integraalregulaatori lisamine.

## Vaata ka
* Termoreguleerventiil
* Kontroller
* PID-regulaator
* PI-regulaator

## Viited