Mieszkanie i ogrzewanie: Odpowiedzi malosygnalowe i wielkosygnalowe w petlach sprzezenia

 Mieszkanie i ogrzewanie: Odpowiedzi malosygnalowe i wielkosygnalowe w petlach sprzezenia

 Fizyka i chemia...  sterowanego obiektu wyznaczaja jego odpowiedz. Akcja sterujaca ma czesto swoj niebagatelny koszt co sklania do jej temperowania.
 Szybkie zmiany w regulowanym obiekcie moga byc bardzo niekorzystne. Bez zmian temperatury pary trwalosc przegrzewacza kotla energetycznego jest praktycznie nieskonczona bowiem gaz – para wodna nie niszczy powierzchni rur przegrzewacza. Natomiast zmiany temperatury skutkiem wspolczynnika rozszerzalnosci termicznej materialu przgrzewaczy powoduje znaczne zmiany rozmiarow duzego obiektu i powstawanie groznych naprezen termiczno – mechanicznych. Zatem proces regulacji bloku elektrowni cieplnej jest tym bardziej krytyczny  im wyzsze sa parametry przegrzewanej pary. Dodatkowo im wyzsze sa parametry pary tym wieksza czesc kotla stanowia wlasnie kosztowne przegrzewacze pary z drogich stopow stali.  

Szybkie akcje zaworow i zasuw powoduja w duzych instalacjach z rurociagami spietrzenia cisnien, fale i rezonanse. Zatem bez awaryjnego powodu nie nalezy nimi gwaltownie operowac.  

Te same rownania rozniczkowe wystepuja w roznych dziedzinach nauki i techniki. Wiele zastosowan ma na przyklad nieliniowe rownanie Lotky - Voltery.
Istnieja analogie systemu elektrycznego RLC  z systemem mechanicznym: tlumienie, sztywnosc, masa.   Kazda dziedzina ma swoj aparat pojeciowy dla wydajnej komunikacji. Jest on sukcesywnie poszerzany w miare rozwoju. Od czasu do czasu ktos probuje jednak wywarzyc otwarte drzwi.
Temat odpowiedzi malosygnalowej i wielkosygnalowej  w petlach sprzezenia, jest w Polsce dziewiczy a jest wazny.

Jednostopniowy wzmacniacz w klasie A z idealnie  liniowym elementem aktywnym bez sprzezen zwrotnych ma taka sama odpowiedz malo i wielkosygnalowa. Dopiero przy za duzym sygnale ulega przesterowaniu i mocno znieksztalca wyjscie. Ale juz wprowadzenie szeregowego korekcyjnego  sprzezenia zwrotnego w postaci rownoleglego dwojnika RC w emiterze tranzystora w konfiguracji WE powoduje pojawienie sie dla szybkich sygnalow przesterowan czyli zjawiska wzmocnienia malo i wielkosygnalowego  szybkich sygnalow. Gdy nie ma kondensatora w dwojniku efektu tego nie ma.  

A.Wzmacniacz operacyjny ( skrot OPA ) pracujacy jako wzmacniacz (moze byc nietypowo uzyty jako komparator ) zawsze pracuje z zewnetrznym sprzezeniem zwrotny. Sam w sobie jest juz systemem ze sprzezeniem zwrotnym ( czasem ma ich kilka ! ) i ma czesc wlasciwosci jakie maja inne systemy ze sprzezeniem zwrotnym. Od pewnego czasu dominuje we wzmacniaczach operacyjnych konstrukcja dwustopniowa z wejsciowym stopniem roznicowym, stopniem wzmocnienia napieciowego z kompensacja czestotliwosciowa Millera ( jako "integrator" a faktycznie jego wielkie wzmocnienie spada jak integratora od czestotliwosci circa 1-10 Hz  a nie jak idealnego integratora od 0 Hz) oraz dioda zapobiegajaca nasyceniu  i komplementarny wtornik wyjsciowy. Przy niewielkim  obciazeniu wyjscia w tej uniwersalnej, wygodnej i latwej w uzyciu topologii wzmocnienie stalopradowe wzmacniacza siega maksymalnie  115-120 dB. Wieksze wzmocnienie >120 dB jest potrzebne tylko we wzmacniaczach precyzyjnych o duzym wzmocnieniu w ukladzie  na przyklad do wzmocnienia malego sygnalu z termopary. Wykonane w nowoczesnych technologiach wzmacniacze w tej konfiguracji maja calkiem szerokie pasmo.
Charakterystyka przejsciowa wejsciowego bipolarnego stopnia roznicowego to tangens hiperboliczny tgh( U/2Ur) gdzie Ur to stala kT/q w temperaturze pokojowej wynoszaca 25.85 mV a w przyblizeniu 26 mV. Przy napieciu wejsciowym pary roznicowej 2 Ut = 52 mV sygnal wyjsciowy pary roznicowej przekracza 90% sygnalu maksymalnego i jest on juz praktycznie nasycony. Popularny wzmacniacz operacyjny uA741=LM 741=... ma pasmo malosygnalowe z sygnalem testowym 20 mV okolo 1 MHz. Maksymalna szybkosc narastania sygnalu wyjsciowego ( SR – Slew Rate ) w opisanym rozwiazaniu wzmacniacza wynika  z maksymalnego pradu wyjsciowego "troche" przesterowanej pary roznicowej ( najczesciej nie jest ono podawane jak mocno ale to ma marginalne znaczenie, moze to byc +-50..100 mV  ) i pojemnosci Millera kompensacji czestotliwosciowej stopnia napieciowego i dla ukladu 741  wynosi katalogowo 0.5 V/us. Sygnal sinusoidalny ma najwieksza pochodna ( czyli szybkosc narastania ) przy przejsciu przez zero. Przy zasilaniu +-15V i sygnale wyjsciowym 26 Vpp czyli do +-13 V, szczytowa szybkosc narastania 0.5V / us ma sygnal sinusoidalny o czestotliwosci 6.1 KHz. Znieksztalcenia nieliniowe LM741 nie przekraczaja wtedy 1% ale szybko rosna wraz z czestotliwoscia sygnalu.
Zatem czestotliwosc malosygnalowa dla tego ukladu jest 164 razy wieksza od wielkosygnalowej ! Ale sa jeszcze gorsze w tym wzgledzie uklady. Data Sheet ukladow wzmacniaczy technologii SuperBeta LM108/208/308 roznych producentow nie podaja wprost szybkosci narastania SR pewnie po to aby nie straszyc konstruktorow. Na wykresach malosygnalowa czestotliwosc graniczna przy kompensacji pojemnoscia Cf=30 pF dla wzmocnienia G=1 wynosi ponad 1 MHz ale przy zasilaniu napieciami +-15V i maksymalnych napieciach wyjsciowych pasmo wielkosygnalowe wynosi tylko okolo 1.5 KHz ! Zatem pasmo malosygnalowe jest tu ponad 600 razy wieksze niz pasmo wielkosygnalowe. Ale po prawdzie uklady te stosowane sa w miejscach gdzie szerokie pasmo wielkosygnalowe jest zbedne.

 B.W typowym trzypetlowym ( regulacja pradu - predkosci - polozenia ) serwomechanizmie polozeniowym malosygnalowa czestotliwosc graniczna wynika z czestotliwosci modulacji PWM invertera i klasy modulacji lub czestotliwosci sieci zasilajacej i wielofazowosci m sterownika fazowego - invertera ( uklad trojfazowy z trzema tyrystorami ma m=3 a mostek trojfazowy z szescioma tyrystorami to m=6  )  i pasma sensora polozenia oraz czestotliwosci rezonansu mechanicznego i dobroci tego rezonansu calego systemu mechanicznego. Moze ona przekroczyc 300 Hz ( naped glowicy HD o niewielkiej srednicy talerzy ) ale z reguly jest znacznie mniejsza.
Odpowiedz wielkosygnalowa jest limitowana przez pierwsza  chwile maksymalnym wysterowaniem inwertera a po chwili maksymalnym bezpiecznym pradem silnika  ktorego nie wolno przekroczyc  a po kolejnej chwili znow maksymalnym wysterowaniem invertera przy coraz wiekszej  szybkosci pracy silnika i w koncu szybkosci maksymalnej z pelnym wysterowaniem inwertera. Im wiekszy jest maksymalny dystans mozliwy fizycznie do pokonania ( tylko podobnie  jak pasmo wielkosygnalowe OPA jest odwrotnie proporcjonalne do amplitudy sygnalu ) tym mniejsza jest czestotliwosc graniczna wielkosygnalowa. W twardym dysku maksymalne przesuniecie glowic trwa do 20 ms a przesuniecie w obrabiarce CNC lub robota przemyslowego do 1 sekundy.
W wyrafinowanych serwomechanizmach jak w HD dla duzych ruchow stosowany jest algorytm sterowania czasooptymalny a dla malych ruchow w poblizu i na sciezce gladko przechodzi on w liniowy regulator. Lepiej aby program interpretujacy produkcyjny G-Code dla maszyny CNC lub robota nie dopuszczal do mocnego przesterowania ( dopuszczalne tylko krotkie chwile) regulatorow PI serwomechanizmow to znaczy aby caly czas pozostawaly one pod scisla kontrola programu aczkolwiek wymaga to troche wiekszych zasobow komputera do kontroli trajektorii ( z uwglednieniem regul sterowania czasoptymalnego ) ale ich szybkosc i pojemnosc pamieci szybko rosna.     
       
C.Regulator krokowy zawsze ( w obu realizacjach ) steruje calkujacy aktuator czyli silnik. Oczywiscie i tu wystepuje czestotliwosc graniczna malosygnalowa i wielkosygnalowa. Gdy sygnal bledu narasta nie za szybko to jest sledzony kolejnymi aproksymacyjnymi  zalaczeniami silnika. Gdy wzrost sygnalu  jest  za szybki silnik zalaczony jest na stale az do osiagniecia ze znacznym  opoznieniem poziomu sygnalu  bledu.  Podobienstwo do wzmacniacza operacyjnego jest duze.

Odpowiedz wielkosygnalowa odpowiada duzym ruchom natomiast pasmo malosygnalowe odpowiada za precyzje sledzenia ruchu a wiec nie szybkie ale bardzo dokladne ruchy robocze w CNC i robotach oraz precyzyjne dojscie i sledzenie sciezki na obracajacym sie, odrobine niecentrycznym, talerzu HD.
OPA w ukladzie dwustopniowym maja dwa glowne bieguny – integratora czyli drugiego stopnia napieciowego  i "malej stalej czasowej" ( w uzytecznej poetyce optimum modulu ) stopnia wejsciowego. W ukladzie roboczym wzmacniacza blad malosygnalowy przy sygnale skokowym na wejsciu wpierw spada tak jak by byl sam integrator w petli a zatem eksponencjalnie ale przy malych bledach proces ulega okolo 1.5 krotnemu przyspieszeniu. Zaleta tej konfiguracji wzmacniacza i jego ukladu biegunow jest szybkie ustalenie malosygnalowej odpowiedzi skokowej. Dla wspomnianych juz ukladow LM741... czas narastania 10-90%w ukladzie wtornika  dla skoku 20 mV wynosi okolo 0.25 usec przy przerzucie <15%. Szybkie ustalanie do poziomu bledu rzedu 0.01% jest istotne gdy wzmacniacz jest na przyklad sterowany przetwornikiem DAC w ukladzie z rejestrem aproksymacyjnym i komparatorem do stworzenia przetwornika ADC.
Zjawisko mocnego wydluzenie sie procesu przejsciowego po skoku ma miejsce przy niedokladnym kasowaniu w kazdej petli biegunow przez zera ( schodki na charakterystyce czestotliwosciowej wzmacniacza operacyjnego ) co mialo miejsce w starszych rozwiazaniach OPA i ma miejsce w ukladach trzystopniowych - stad ich wolny proces ustalania sie. Stad nie nalezy ich stosowac tam gdzie sa skoki sygnalu bo rezultat bedzie zly.  ( Szczegoly, literatura i prosty uklad demonastracyjny z oscylogramami w  "Setting time od Operational Amplifier", R.Demrow, Application Note AN-359, Analog Devices ). Na rysunku strona z  AN-359.

W dwustopniowych OPA z zewnetrznym kondensatorem do kompenacji czestotliwosciowej stopnia napieciowego czyli "integratora" mozna zastosowac kompensacje dwubiegunowa jak w LM101A. Zamiast kondensatora jest uklad T z dwoch pojemnosci i rezystora. Wzmocnienie wzmacniacza OPA przy srednich czestotliwosciach w porownaniu do zwyklej kompensacji mocno wzrasta.
W transmitancji odpowiedzi pojawia sie tez dodatkowe Zero  podobnie jak w ukladzie regulacji PI-PID z calkujacym obiektem gdzie jest odpowiedzialne za potezny przerzut w odpowiedzi. Pasmo odpowiedzi wielkosygnalowej OPA z kompensacja dwubiegunowa rosnie typowo od trzech do kilkunastu razy  a wiec bardzo mocno. Natomiast Zero powoduje w malosygnalowej odpowiedzi skokowej przeregulowanie ( dodany biegun dla Q=0.5 czyli samej jego (!) odpowiedzi aperiodycznej ) wydluzenie czasu stabilizacji do poziomu 0.01% 2.4 raza. Wydaje sie to dziwne bo przeciez wzmocnienie w petli mocno wzroslo przy srednich czetotliwosciach. Jesli jednak skok sygnalu przepuscimy przez wygladzajacy filtr dolnoprzepustowy ( filtr wygladzajacy lub przyblizony odpowiednik Rampingu w automatycznej regulacji z obiektem calkujacym ) to okazuje sie ze blad sledzenia przy kompensacji dwubiegunowej bardzo mocno spadl ! 

Automatyzowane procesy dziela sie w ogolnosci na ciagle, wsadowe i dyskretne. Odpowiedz regulowanego procesu ciaglego moze byc typu:
-samoregulujacego inercyjnego z opoznieniem takze troche oscylacyjnego
-calkujacego
-niestabilna.
Umownie kontrolowany proces inercyjny o czasie opoznienia mniejszym od 0.2 min i czasie narastania mniejszym od 2 min jest szybki.
Proces z opoznieniem wiekszym od 0.5 min i czasem narastania wiekszym od 5 min jest powolny.
W procesie ciaglym reguluje sie strumien substancji lub energi. Regulujacy proces czlowiek od czasu do czasu kreci "zaworami". Dokladnie to samo robi silnikiem regulator krokowy !
Czas calkowitego przestawienia aktuatora do regulatora krokowego jest znormalizowany i wynosi 30 / 60 / 120 sekund. Ten wybrany czas ma byc adekwatny do szybkosci odpowiedzi regulowanego obiektu. Zawor (lub inny organ wykonawczy ) moze tez alternatywnie przestawiac silownik pneumatyczny ( w tym wypadku typowo sygnal wyjsciowy regulatora 4-20 mA podany jest do konwertera prad – cisnienie powietrza ) lub hydrauliczny. Sa one znacznie szybsze ale znacznie bardziej klopotliwe i duzo drozsze operacyjnie. W atmosferze wybuchowej systemy pneumatyczne sa jednak bezpieczne co daje im tu preferencje.
Jak szybko maja byc przestawiane zawory ? W normalnej nie awaryjnej sytuacji nie wolno ich szybko przestawiac bowiem spietrzenia i uderzenia fal cisnien ograniczaja zywotnosc instalacji a moga nawet doprowadzic do natychmiastowego jej uszkodzenia. Zatem pozorna wada wzglednej powolnosci reakcji wcale nie jest wada. Natomiast gdy wyjatkowo potrzebna jest szybsza reakcja aktuator moze miec dwa silniki i specjalna przekladnie o dwoch przelozeniach. Normalnie powoli rutynowo operuje maly silnik a w wyjatkowej sytuacji szybciej operuje znacznie mocniejszy silnik. Jednak odpowiednie do tego konfiguracje analogowych i programowych regulatorow krokowych nie sa spotykane i trzeba je realizowac indywidualnie w swoim projekcie.   
W systemach z regulatorami krokowymi slabym ogniwem sa przekazniki i styczniki zalaczajace silniki asynchroniczne aktuatorow. Siemens bloki wyjsciowe mocy z tyrystorami oferuje o mocy 0.37, 1.1, 2.2 i 5.5 kW na napiecie sieciowe 380 V.
Serwomechnizmowe silniki malej mocy sa dwufazowe ze wspolpracujacym kondensatorem.
Wiekszej mocy napedy to typowe silniki trojfazowe. Zmiane kierunku wirowanie pola elektromagnetycznego i wirnika osiaga sie zamiana dwoch faz w ukladzie trofazowym. Przy jednej fazie zalaczonej na stale potrzebne sa 4 laczniki pradu zmiennego do zalaczania dwoch faz silnika w kierunkach. Jedna faza przylaczona jest na stale. Awaryjne zalaczenie dwoch lacznikow faz sieci do jednej fazy silnika powodu zwarcie miedzyfazowe. W przypadku silnika dwufazowego awaryjne zalaczenie  powoduje zwarcie kondensatora przez laczniki , ktore moze byc destruktywne.  Zatem laczniki musza miec duza dynamiczna wytrzymalosc stromosciowa du/dt co czesto eliminuje triaki z tego zastosowania ( ich parametry sa polepszane i dobrze rokuja na przyszlosc ) a uklad z tyrystorami jest znacznie bardziej skomplikowany. Dla podniesienia dynamicznej odpornosci zakloceniowej bramki tyrystorow sa zbocznikowane dwojnikami RC lub tylko rezystorem. W poprawnie zaprojektowanym laczniku tyrystorowym zakloceniowe zalaczania nie maja miejsca. Nalezy w lacznikach stosowac tyrystory o odpowiednio duzym parametrze du/dt. Ich temepratura pracy pogarszajaca parametry dynamiczne nie powinna byc wysoka.

Idea regulacji PID pochodzi od Nicolasa Minorskiego, ktory w 1922 roku obserwowal prace sternika badajac temat automatycznego kierowania okretem. Przeprowadzone na okrecie "USS New Mexico" proby z regulatorem PI daly dokladnosc predkosci katowej 2 stopnie a dodanie akcji rozniczkujacej zmniejszylo blad do 1/6 stopnia czyli znacznie ponizej dokladnosci uzyskiwanej przez sternika ! Regulator byl lepszy niz czlowiek.
Szybko zauwazonym mankamentem regulacji PID jest bardzo niespokojny sygnal wyjsciowy regulatora.  Wada ta jest nieusuwalna to znaczy uspokajajac wyjscie w istocie zmniejszymy pasmo petli i jej szybkosc
Wedlug samej idei regulatory PI lub PID sa liniowymi filtrami ale o dziwnej charakterystyce.
Pierwsze regulatory pneumatyczne PI wyprodukowano w latach trzydziestych w USA. Stosowano sygnal pneumatyczny o zakresie 3 - 15 psi ( nie od zera z uwagi na nieliniowosc i powolnosc )zamieniany pozniej w konwerterach P/I na sygnal elektryczny 4-20 mA.  Regulacje ciagla w przemysle oczywiscie zastosowano w wiodacych gospodarkach swiata a w krajach bloku wschodniego ze znacznym opoznieniem.
N.B. Ogolowi automatyzacja kojarzy sie przede wszystkich z sekwencjami sterowania.
 Idea regulacji PI ma silna podbudowe teoretyczna dla prostych obiektow skupionych.
W przypadku pojedynczej inercji kaskada regulatora PI i obiektu o tej samej stalej czasowej skutkiem skrocenia bieguna obiektu przez zero regulatora PI daje integrator i ladna, szybka i dokladna odpowiedz zamknietej petli regulacji.
W przypadku odbiektu dwuinercyjnego optymalny uklad regulacji sklada sie z kaskady dwoch regulatorow PI i rozniczkowania D tylko sygnalu z wyjscia obiektu a nie sygnalu bledu ! W przyblizeniu mozna stosowac regulator PI"D" ale z rozniczkowaniem tylko sygnalu wyjsciowego obiektu.
Z tym samym przeregulowaniem w odpowiedzi na skok jednostkowy z typowymi obiektami przemyslowymi wzmocnienie regulatora PID jest wieksze o okolo 30% w stosunku do regulatora PI. Zysk nie jest wiec duzy ale istotny ale klopot ze wzmocnionymi rozniczkowaniem szumami jest z reguly spory.
Realne zastosowania regulacji ciaglej  wymagaly dodania wielu funkcjonalnosci do samej idei PI-PID szczegolnie gdy regulator pracuje skoorodynowany z  wiekszym systemie automatyki. Totez elektroniczne i programowe regulatory "systemowe" znacznie sie skomplikowaly. Poniewaz stworzony duzym kosztem krajowy regulator ciagly ARC-21 byl nieudany kupiono nie - nowa licencje w koncernie Honeywell na system Vutronic - Eftronic. Temat regulacji i sterowania to realnie w swiecie domena zachodnich koncernow.
Wspolczesny regulator PID jest skomplikowany jako ze:
-Jedna z dokumentacji do najnowszego, samodzielnego cyfrowego regulatora Sipart DR20 Compact Controller z mikrokontrolerem liczy 138 stron a nie jest ona przesadnie szczegolowa a o budowie regulatora nie ma w niej ani jednego konkretnego ( same ogolniki ) slowa. Regulator musi spelniac rozne wymogi i wspolpracowac z otoczeniem a to go komplikuje. Dokumentacja kontrolnego systemu kasetowego ma grubo powyzej 500 stron.
-Sterowanie kazdego obiektu fizycznego jest ograniczone. Nie da sie przykladowo mocniej otworzyc zaworu niz do konca i podac obiektowi przy sterowaniu fazowym napiecia wiekszego niz wynikajace z konfiguracji sterownika i z napiecia sieciowego. Zatem im wieksze jest wzmocnienie regulatora PI -PID tym wiekszy jest problem z akcja calkujaca przy nasyceniu wyjscia. Temat "anti wind - up" doczekal sie ponad 10 rozwiazan analogowych i programowych - cyfrowych. Temat ten jest omowiony osobno. O ile czasem z rzadko publikowanych schematow mozna bylo wydedukowac stosowane rozwiazanie analogowe to programy sa slodka tajemnica koncernow a podane w dokumentacjach nazwy rozwiazan nie konieczne obrazuja realne zachowanie regulatora.  Optymalny algorytm zalezy od dynamiki obiektu i usytuowania regulatora w systemie. Inny jest optymalny algorytm dla kaskadowego regulatora nadrzednego i podrzednego oraz ich kooperacja. Sa w czesci rozwiazan niestety kolejne parametry do ustawienia co jest duzym minusem tych rozwiazan. Zatem realnie najlepsze sa algorytmy bez dodatkowych parametrow do ustawiania dla "anti wind - up ". Nasycenie regulatora PI-PID pojawia sie przy rozruchu i odstawianiu obiektu oraz w sytuacjach awaryjnych. Totez znaczenie praktyczne jakosci funkcji "anti wind – up" moze byc spore. Ta marne fincjonalnosci moga wymagac recznej ingerencji operatora i powiekszenia personelu. 
-Mimo automatyzowania procesu rozruchu i odstawiania obiektu nadal mimo komplikacji programu sterujacego musi nierzadko w proces ingerowac operator, ktory zdalnie wprost operuje aktuatorem. Poniewaz czesto nie sa dopuszczalne albo sa mocno nieporzadane skoki sterowania, regulator musi przy zmianie konfiguracji Auto - > Man plynnie osiagnac wartosc podana przez operatora a przy zmianie Men -> Auto plynnie przejsc do regulacji automatycznej. Funkcjonalnosc ta nazywa sie bezuderzeniowoscia.
-Moze byc zadane wstepne ustawienie integratora regulatora lub jego wyjscia po zalaczeniu zasilania regulatora i po odstawieniu lub wzieciu do pracy. Przykladowo  regulator operujacy sprzeglem hydrokinetycznych miedzy asynchronicznym silnikiem mocy kilku megawatow i pompa wody zasilajacej kociol bloku energetycznego musi przed zalaczeniem silnika calkowicie rozprzac silnik i pompe bowiem rozruch wielkiego silnika asynchronicznego jest bardzo ciezki i dopuszczalny z obciazeniem jeden raz na godzine. 
-Regulator powinien gladko i spokojnie ale jednak "dosc" ( zalezne od wyboru konfiguracji ) energicznie reagowac na zmiane wartosci zadanej. Wyklucza to stosowanie rozniczkowania D w PID na sygnale zadanym. Roznikowany nie jest sygnal bledu ale tylko tylko sygnal z wyjscia obiektu. Zmieniona jest wiec sama idea regulacji PID. Zreszta na taka ktora wynika z teoretycznych rozwazan nad kasowaniem zer obiektu przez bieguny regulatora.  Wygladzenie sygnalu zadanego nazywane jest Ramping. Ograniczona jest wpierw szybkosc zmian sygnalu zadanego a przed dojsciem do finalnej wartosci aktywna jest filtrujaca inercja a by przebieg byl caly czas gladki. Alternatywnie sygnal zadany podany jest tylko do calkowania ( bez czesci proporcjonalnej i rozniczkowania ) i idea PI-PID ulega dalszej mocnej zmianie.
-Regulator PI - PID zastosowany do kontrolowania obiektu calkujacego daje koszmarnie wielkie nieoscylacyjne przeregulowanie. Nieoscylacyjne przeregulowania daja Zera w transmitancji systemu. Teoria prowadzi do zastosowania filtru wygladzajacego sygnal zadany z biegunem i zerem  lub nieoptymalnie Rampingu. Znow skuteczne jest podanie sygnalu zadanego tylko do calkowania ale odpowiedz jest zbyt wolna  lub moze byc za wolna. Optymalna teoretycznie odpowiedz daje podanie do akcji proporcjonalnej regulatora  tylko czesci sygnalu zadnego. Z reguly jest to okolo 40 - 50%. Sa to niestety kolejne parametry do ustawienia ale danie tylko konfiguracji z wartoscia 40% jest satysfakcjonujace prawie zawsze dla kazdego obiektu a nie tylko obiektu calkujacego. Dla regulatora PI-PID gdzie sygnal zadany podano tylko do calkowania ta wartosc wynosi 0% i odpowiedz z nia jest  wolniejsza niz z optymalna wartosci 40-50% ale jest spokojniejsza co jest zaleta. Podawanie sygnalu zadanego tylko do calkowania upraszcza tez realizacje bezuderzeniowosci.  Zatem mialyby sens dwie wybierane wartosci 0/40 %.
-Moze byc konieczne ustalenie zakresu dopuszczalnego sygnalu wyjsciowego regulatora od dolu i od gory
-Moze byc konieczne kontekstowe dopuszczenie zmiany wyjscia regulatora w kierunku  tylko do gory lub tylko do dolu.
-Moze byc konieczne ograniczenie ingerencji lokalnej lub zdalnej
-Regulator powinien poprawnie dzialac w ukladach regulacji selekcyjnej, ktora jest wydajnym i dosc uniwersalnym narzedziem malo znanym na peryferiach swiata. Bardziej adekwatna jest moze nazwa "regulacji wariantowej".  Realizacja analogowa selektora ekstremum ( maksimum lub minimum ) jest prosta a realizacja programowa jest trywialna. Selektor moze miec tez funkcje wybrania jednego ze wskazanych sygnalow. 

W ogolnosci wiec uniwersalny regulator PI - PID jest skomplikowany. Ma sporo parametrow do ustawienia i zmiennych binarnych do wyboru najlepszej w zastosowaniu konfiguracji.
Odmiennie regulator wbudowany ma faktycznie tylko to co musi miec i w dodatku ma optymalna konfiguracje i wybrane i starannie przetestowane optymalnie ustawienia. Nie ma potencjometrow na czole a tylko ewentualnie zabezpieczone lakierem potencjometry montazowe na plycie drukowanej PCB. W realizacji programowej kontrolera operator nie moze zmienic parametrow regulatora wbudowanego. Wyobrazmy sobie ze parametry samochodowego ECU ( Electronic / Engine Control Unit ) z mikrokontrolerem sterujacego wtryskiem paliwa i zaplonem  bylyby ustawiane. Czesc uzytkownikow o zacieciu sportowym przestawilaby parametry ECU dla wiekszej mocy i dynamiki silnika nie liczac sie z jego szybkim zuzycie i zanieczyszczeniem atmosfery. Powstalby problem ze slusznym odmawianiem napraw gwarancyjnych.

 Typowymi obiektami regulacji ciaglej sa -  instalacje petrochemiczne i chemiczne duzej ( znanych ponad 300 procesow i schematow instalacji ) rozmaitosci czy gorzelnia, blok energetyczny ale tez wezly cieplne...
Przemysl chemiczny, w ktorym jest duzo automatyki, jest w Polsce zdecydowanie niedoceniany. Ilosc znanych i uzywanych substancji chemicznych caly czas rosnie. Opracowywane sa nowe metody syntezy i doskonalone metody juz stosowane. Z reguly synteza produktu koncowego jest wieloetapowa. Przemysl chemiczny wytwarza w kazdym nowoczesnym kraju znaczna czesc dochodu narodowego. Silna i nowoczesna chemia maja oczywiscie  RFN i Japonia.
Chemia produkuje finalnie w wielkich ilosciach:
-Paliwa, oleje i smary
-Nawozy sztuczne i srodki ochrony roslin
-Tworzywa sztuczne
-Farby i lakiery
-Materialy wybuchowe
-Mydla i detergenty
-W mniejszych ilosciach dostarcza kilkanascie tysiecy substancji chemicznych dla calego przemyslu. W mniejszych ilosciach produkowane sa ( czesto sa to procesy biotechnologiczne ) tez kosmetyki i farmaceutyki ale ich cena za kilogram moze byc bardzo wysoka. Coraz wiecej produkuje sie syntetycznych substancji smakowych i zapachowych dla przemyslu spozywczego. Rola rzadow jest pilnowanie aby byly to substancje bezpieczne i zdrowe a przynajmniej nieszkodliwe dla czlowieka. Funkcjonuje synergia miedzy przemyslem chemicznym a innymi przemyslami. Fabryka mikroelektroniki potrzebuje wielu "trudnych" substancji chemicznych poczawszy od super czystego krystalicznego krzemu do dzis produkowanego ulepszona metoda Czochralskiego.

Rownolegle w duzej fabryce chemicznej funkcjonuje wiele procesow polaczonych ze soba przeplywajacymi syntezowanymi substancjami czy ogrzewajaca para ( ochlodzona w jednej instalacji para jest jeszcze dobra do innej instalacji ) lub woda goraca lub zimna.  Zadawane zmiany w procesach powinny zachodzi wspolbieznie czyli zaden z regulatorow nie moze sie nasycic dluzej niz na krotka chwile.

Jest pozadane aby proces ciagly nieprzerwanie trwal jak najdluzej. Stad zainteresowanie wysoka niezawodnoscia systemow automatyki. Stad tez na przyklad systemy ciaglej regeneracji katalizatorow w chemii.  Z uwagi na stabilnosc plomienia  w kotle energetycznym minimalna moc bloku przekracza 40% mocy nominalnej ale czynione sa wysilki aby ta wartosc obnizyc do 30-25%. Sprawny blok cieplny po wylaczeniu z powodu nadmiaru generacji w systemie energetycznym kraju  jest w rezerwie goracej i po przerwie w ciagu kilku godzin dosc szybko wchodzi do pracy. Po dluzszej przerwie ze stanu zimnego blok wchodzi do pracy nawet po 8 godzinach rozruchu. Najwyzsza zywotnosc maja nie wylaczane bloki cieplne obciazone w okolo 60%. Dlugi jest rozruch bloku jadrowego. Awaryjny zrzut obciazenia i momentalne zastopowanie reaktora jadrowego wszytkimi pretami regulacyjnymi  powoduje "zatrucie" go Xenonem i reaktor mozna bezpiecznie (!) uruchomic dopiero po 20 godzinach postoju ! Z tego wzgledu elektrownie jadrowe nie powinny pracowac w awaryjnych systemach energetycznych. W systemach z elektrowniami cieplnymi i jadrowymi bardzo cenne sa elektrownie pompowo - szczytowe pokrywajace generacja czesc szczytowego obciazenia i obciazajace elektrownie w czasie najmniejszego poboru mocy co pozwala ich nie wylaczac.
W bloku nadkrytycznym przegrzewacz stanowi wiecej niz polowe obiegu wodno - parowego kotla. Wykonany z odpowiedniej stali przegrzewacz jest drogi. Przeplyw gazu czyli suchej pary wodnej praktycznie nie zuzywa przegrzewacza. Jego zywotnosc skracaja zmiany temperatury czyli rozmiarow co powoduja duze, destrukcyjne naprezenia mechaniczne. Z tego wzgledu ciagla praca bloku ze stala temperatura pary  jest bardzo korzystna.  Natomiast zmiana mocy bloku przeklada sie na konkretne koszty regulacji ! Szybkosc zmiany powinna byc ograniczona.
Instalacje petrochemiczne i chemiczne pracuja  z wydajnoscia powyzej 60% maksymalnej najczesciej w kilku znalezionych, optymalnych statycznych punktach pracy. Niektore urzadzenia linii produkcyjnej sa zdwojone aby z powodu malej awarii nie przerywac pracy duzej  instalacji. Instalacja moze i powinna pracowac miesiacami. Przy rozruchu instalacji petrochemicznej powstale bezuzyteczne substancje spala sie na tak zwanej swieczce z uzyciem dodatkowego paliwa. Rozruch jest wiec bardzo drogi. 

Wniosek z tych rozwazan jest prosty:
-Sprzezenia zwrotne sa obecne wszedzie nawet gdy na pierwszy rzut oka ich nie widac
-Regulatory PI-PID stanowia ponad 95% wszystkich pracujacych w przemysle regulatorow. Programowe regulatory do trudnych obiektow stanowia margines i nic konkretnego na ich temat nie wiadomo. Sytaucja ich bedzie sie klarowac dekadami 
-Od systemu regulacji nie nalezy zadac rzeczy niemozliwych. Z pustego i Salomon nie naleje.
-Nalezy odrozniac szybka odpowiedz malosygnalowa petli od powolnej odpowiedzi wielkosygnalowej. Im wieksze sa wzmocnienia petli sprzezen zwrotnych tym wieksze sa roznice w obu odpowiedziach. Przy malych wzmocnieniach jest jedna odpowiedz.
-Chociaz regulatory PI-PID maja rozne algorytmy radzenia sobie z calkowaniem przy przesterowaniu to wystapienie  dluzszego przesterowania nie powinno byc lekcewazone o ile wspolpracuje ze soba wiele procesow - petli regulacji
-Podawanie duzych lub szybkich sygnalow zadanych prowadzi do faktycznej utraty kontroli nad  wyjsciem procesu w czasie nasycenia regulatorow.
-Podawanie duzych lub szybkich sygnalow zadanych ma swoj wymierny koszt.
-Znajomosc szczegolow konfiguracji regulatorow "PI-PID" jest bardzo wazna dla roznych procesow. Nie nalezy wywazac otwartych drzwi. Samo haslo PI-PID niewiele dzis znaczy. W szczegolnosci wybor konfiguracji z podaniem sygnalu zadnego tylko do integratora czyni zbednym Ramping. Regulator z podaniem tylko 40% sygnalu zadanego do czesci proporcjonalnej regulatora nie daje z obiektem calkujacym  ogromnego przerzutu !
-Zarejestrowany przebieg rozruchu procesu wspomaganego przez czlowieka po analizie moze sluzyc do automatyzacji procesu rozruchu.
-Logika procesu opracowania i testowania urzadzenia z regulatorem wbudowanym powoduje ze regulator jest w akcji bardzo dobry ( moze miec niekonwencjonalne modyfikacje ) dla obiektu a przy tym jego realizacja moze niewiele kosztowac gdy mikrokontroler wykonuje wiele funkcjonalnosci
-W skomplikowanych systemach regulacji uzytecznym narzedziem jest regulacja selekcyjna. W systemach programowych jest bardzo tania.
-W realizacji programowej funkcje logiczne sa tanie