KWALIFIKACJA ELM6 - CZERWIEC 2024 (test 3)

PYTANIE NR 10.
Na podstawie zarejestrowanego przebiegu wartości regulowanej w układzie regulacji dwustanowej zauważono zbyt duże oscylacje wokół wartości zadanej. Aby zmniejszyć wartość amplitudy oscylacji, należy w regulatorze cyfrowym
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
W regulacji dwustanowej histereza wyznacza dwa progi przełączeń, a więc zakres, w którym wartość regulowana "waha się" wokół wartości zadanej.
Zmniejszenie szerokości histerezy zawęża ten zakres, więc amplituda oscylacji maleje (zwykle kosztem częstszych przełączeń elementu wykonawczego).

Pełne wyjaśnienie:

W regulacji dwustanowej (on-off) wyjście regulatora ma tylko dwa stany (np. włącz/wyłącz). Aby uniknąć nadmiernego "klikania" w pobliżu nastawy, stosuje się histerezę, czyli rozdzielenie progu załączenia i progu wyłączenia. Powstaje pasmo, w którym regulator nie zmienia stanu, dopóki wartość regulowana nie przekroczy odpowiedniego progu.

Jeśli na zarejestrowanym przebiegu widać zbyt duże oscylacje wokół wartości zadanej, oznacza to, że obiekt "przechodzi" znacząco powyżej i poniżej nastawy zanim nastąpi przełączenie. W układzie dwustanowym taki rozrzut jest w dużej mierze determinowany przez ustawione progi, czyli przez szerokość histerezy. Zmniejszenie szerokości histerezy zawęża odstęp między progami, więc wartość regulowana będzie mogła odchylić się mniej od nastawy, zanim regulator zmieni stan. Skutkiem jest mniejsza amplituda oscylacji.

Trzeba pamiętać o kompromisie: mniejsza histereza zwykle oznacza większą częstotliwość przełączeń (ryzyko chattering), co może przyspieszać zużycie przekaźników/styczników i zwiększać liczbę cykli pracy elementu wykonawczego.

  • Odpowiedź "zwiększyć szerokość histerezy" jest niepoprawna, bo szersze progi pozwalają na większe odchylenie zanim nastąpi przełączenie, więc amplituda wahań rośnie, choć przełączeń bywa mniej.
  • Odpowiedź "zmniejszyć wartość sygnału zadającego" zmienia punkt pracy (nastawę), ale sama w sobie nie rozwiązuje problemu zbyt dużej amplitudy oscylacji wokół tej nastawy; oscylacje mogą pozostać podobnej wielkości względem nowej wartości zadanej.
  • Odpowiedź "zwiększyć amplitudę sygnału regulującego" nie jest typowym parametrem w czystym sterowaniu dwustanowym (gdzie sygnał ma dwa poziomy). Zwiększenie "mocy" działania może wręcz powodować większe przeregulowania obiektu i pogorszyć wahania.

W praktyce dobór histerezy wykonuje się tak, aby uzyskać akceptowalny rozrzut wartości regulowanej przy jednoczesnym ograniczeniu liczby przełączeń elementów wykonawczych.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Regulacja dwustanowa to sterowanie, w którym regulator ma tylko dwa stany wyjścia: np. włączone albo wyłączone. Zamiast płynnie zmieniać sygnał, układ przełącza element wykonawczy po przekroczeniu progów. To rozwiązanie jest proste i bardzo częste np. w termostatach.
Histereza to celowo wprowadzona różnica między progiem załączenia i progiem wyłączenia. Tworzy "pasmo nieczułości", dzięki któremu regulator nie przełącza się przy każdym drobnym zakłóceniu blisko nastawy. Chroni to przekaźniki/styczniki przed zbyt częstą pracą.
Bo węższa histereza oznacza mniejszy odstęp między progami przełączeń. Wartość regulowana nie może "odjechać" daleko od wartości zadanej, zanim regulator zmieni stan. W efekcie wahania wokół nastawy są mniejsze, choć rośnie liczba przełączeń.
Przy większej histerezie progi są bardziej oddalone, więc układ dopuszcza większe odchylenie wartości regulowanej od nastawy przed przełączeniem wyjścia. To naturalnie zwiększa amplitudę oscylacji. Zaletą bywa mniejsza liczba przełączeń i mniejsze zużycie styków.
Dobór jest kompromisem: zwiększanie histerezy zwykle zmniejsza liczbę przełączeń, ale pogarsza dokładność (większe wahania). W praktyce uwzględnia się inercję obiektu, dynamikę procesu i trwałość elementu wykonawczego. Dobrze jest analizować rejestr przebiegów po zmianie nastawy.
Nie. Brak histerezy może zmniejszyć rozrzut wartości regulowanej, ale często powoduje "chattering", czyli bardzo częste przełączanie pod wpływem szumu i małych zakłóceń. To jest niekorzystne dla przekaźników, styczników i zaworów. Dlatego histerezę zwykle się stosuje.
Najczęściej spotkasz go w prostych układach: termostaty grzania/chłodzenia, kontrola poziomu cieczy (pompa włącz/wyłącz), sterowanie sprężarką według ciśnienia, a także proste układy bezpieczeństwa. W mechatronice ważne jest dobranie progów do bezwładności obiektu.
Jeśli średnia wartość procesu jest "wokół" nastawy, ale wahania są za duże, to częściej problem dotyczy histerezy (zbyt szerokie progi). Jeśli proces stabilizuje się wyraźnie powyżej lub poniżej nastawy, wtedy podejrzewa się błędną wartość zadaną lub przesunięcie czujnika.
Zmiana wartości zadanej głównie przesuwa punkt pracy (np. inną temperaturę docelową), ale nie musi zmniejszyć amplitudy wahań wokół nowej nastawy. O amplitudzie w układzie on-off wprost decydują progi przełączania, czyli szerokość histerezy, a nie sama wartość zadana.
Najczęściej myli się cel histerezy (ograniczenie przełączeń) z jej skutkiem ubocznym (większe wahania). Uczniowie wybierają zwiększenie histerezy, bo kojarzy się ze "stabilnością", choć zwiększa amplitudę oscylacji. Drugi błąd to przenoszenie intuicji z PID na regulator dwustanowy.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 43% zdających egzamin. trudne

Źródła:

  • Wikipedia: Hysteresis – https://en.wikipedia.org/wiki/Hysteresis (accessed 2026-03-01)
  • Wikipedia: Bang–bang control – https://en.wikipedia.org/wiki/Bang%E2%80%93bang_control (accessed 2026-03-01)
  • All About Circuits: On-Off Control Systems (Hysteresis/Deadband) – https://www.allaboutcircuits.com/textbook/industrial-electronics/chpt-10/on-off-control-systems/ (accessed 2026-03-01)

Materiały:

  • Podstawy automatyki: rozdziały o regulacji dwustanowej i histerezie
  • Materiały dydaktyczne z mechatroniki/automatyki: układy regulacji, elementy wykonawcze (przekaźniki, styczniki)
  • Instrukcje (manuale) popularnych regulatorów przemysłowych: parametry "histereza", "dead band", "on/off control"

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego