Регуляторы и робототехника

ЧТО ТАКОЕ РЕГУЛЯТОР?
В теории автоматического управления устройство, которое следит за состоянием объекта управления как системы и вырабатывает для неё управляющие сигналы.
Регулятор следит за изменением некоторых параметров объекта управления и реагируют на их изменение с помощью некоторых воздействий в соответствии с заданным качеством управления.

КАКИЕ БЫВАЮТ РЕГУЛЯТОРЫ?
В зависимости от возможности изменять свой режим работы регуляторы подразделяются на два класса:
- детерминированные регуляторы не изменяют своих параметров в процессе регулирования;
- регуляторы с настройкой - экстремальные и адаптивные. Экстремальные - непрерывно производят поиск оптимальных значений выходных величин объекта. В адаптивных регуляторах происходит настройка параметров с целью достижения оптимального качества регулирования при изменении характеристик объекта во время его работы.

КАКИЕ БЫВАЮТ РЕГУЛЯТОРЫ?
В зависимости от вида квантования входного сигнала подразделяются на:
- релейные;
- импульсные;
- цифровые
В соответствии с реализуемым законом регулирования регуляторы делятся на:
- Пропорциональные (П –регуляторы);
- пропорционально-интегральные (ПИ – регуляторы);
- пропорционально-дифференциальные (ПД – регуляторы);
- пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД);
И другие…

НАЧНЁМ РАЗБИРАТЬСЯ!
Для начала рассмотрим как работает релейный регулятор (РР)
Объект: утюг
Задача: поддерживать заданную температуру подошвы утюга. Регулятор: терморегулятор — система, состоящая из биметаллической пластины, контактов и механизма установки заданной температуры.

ПРИНЦИП РАБОТЫ
Принцип работы: электрический ток проходит через нагревательный элемент, который выделяет тепловую энергию и передает ее на подошву утюга. В электрической цепи также установлен регулятор с биметаллической пластиной.
Если температура меньше заданной, то биметаллическая пластина замыкает контакты, и утюг нагревается. Если температура выше заданной, то пластина изгибается (это происходит потому, что разные металлы при нагреве расширяются по-разному), размыкает контакты, и утюг остывает

АЛГОРИТМ РАБОТЫ РР

НА ПРИМЕРЕ LEGO
Датчик цвета LEGO EV3 Mindstorms — это цифровой датчик, который определяет цвет или яркость света, поступающего в фотоприемник на лицевой стороне датчика. Он измеряет интенсивность света, падающего на фотоприемник, и может работать в трех разных режимах: «Цвет», «Яркость отраженного света» и «Яркость внешнего освещения».

ДВИЖЕНИЕ ВДОЛЬ ЛИНИИ
Вот так выглядит алгоритм движения вдоль линии на релейном регуляторе.
В целом едет, но не очень быстро и не очень красиво. Для соревнований точно не подойдёт!

ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
Работа пропорционального регулятора показана оранжевой линией. Видно, что работа его более плавная, в отличие от релейного. Теперь разберёмся, как это работает. Об этом здесь:
https://vk.com/wall-198262175_57