Regulaattorit

Regulaattorit ovat järjestelmiä tai laitteita, joiden tehtävä on ylläpitää tietty muuttuja halutulla tasolla. Ne mittaavat todellisen arvon, vertaavat sitä viitearvoon ja ohjaavat toiminnallisuutta siten, että poikkeama pienenee tai poistuu. Regulaatio toteutuu erilaisissa kontekstioissa, kuten sähkö- ja elektroniikkalaitteissa, mekaniikassa ja prosessiteollisuudessa sekä biologiassa ja taloudellisessa ohjauksessa.

Elektroniikassa regulaattorit pitävät yllä vakaata jännitettä tai virtaa. Ne jaetaan lineaarisiin regulaattoreihin ja kytkettäviin (switching) regulaattoreihin. Lineaariset regulaattorit ovat yksinkertaisia ja nopeita, mutta niillä on rajoitettu hyötysuhde suurissa jännite-erovoidoissa. Switching-regulaattorit ovat energiatehokkaita, mutta voivat aiheuttaa elektromagneettista häiriötä. Tunnettuja esimerkkejä ovat lineaarinen regulaattori, sekä buck- ja boost-tyyppiset säädöt.

Mekaniikassa ja prosessitekniikassa regulaattorit hallitsevat paineita, lämpötilaa tai virtaa käyttämällä säätöventtiileitä, lämmönsäätöelementtejä ja ohjausalgoritmeja, usein palautearvon perusteella. Yksinkertaiset termostaatit ovat esimerkkejä, kun taas teollisuusympäristössä käytetään monimutkaisempia säätöjärjestelmiä ja PID-ohjaimia.

Biologiassa regulaatio kattaa geenien ilmaisun, metaboliset reitit sekä solujen säätelyä. Negatiivinen palauteluuri ylläpitää homeostaasia esimerkiksi glukoosin tai hormonien pitoisuuksien suhteen, kun positiiviset palautelinkit voivat nopeuttaa vastetta.

Suunnittelussa regulaattoreita arvioidaan tarkkuus, vakaus, vasteaika, robustisuus ja energiatehokkuus. Ohjausmenetelmät voivat olla yksinkertaisia suhteellisia ohjauksia tai monimutkaisempia PID- tai adaptiiviohjauksia. Ymmärrys regulaation periaatteista on keskeistä monilla aloilla oikeanlaisen hallinnan saavuttamiseksi.