Regelaar
Van Wikipedia
De regelaar (of controller, of sturing) van een dynamisch systeem zorgt ervoor dat de toestand van het systeem bijgestuurd wordt als de gemeten waarde van een "uitgang" van dat systeem afwijkt van de gewenste waarde.
De regelaar vergelijkt voortdurend die gemeten waarde (en:measured value, de:Istwert) met de gewenste waarde (of streefwaarde; en:setpoint de:sollwert) en afhankelijk van het verschil, het foutsignaal (en:error), gaat hij een welbepaalde actie op het systeem uitvoeren door een actuatorsignaal uit te sturen (en:output).
Het meest gebruikte regelalgoritme is de PID-regelaar, maar er zijn ook andere zoals regelaars op basis van fuzzy logic. Moderne computergestuurde regelaars berekenen hun acties aan de hand van wiskundige modellen van het dynamisch gedrag van het systeem.
Inhoud |
[bewerk] Terugkoppeling/voorwaartse koppeling
De meeste toegepaste regelingen maken gebruik van terugkoppeling (zie figuur): de uitgang wordt vergeleken met een streefwaarde. Dit betekent dat als er een traagheid in het systeem zit( d.w.z. het kan enige tijd duren voordat de regelactie een veranderde uitgang oplevert) het regelsysteem ook traag is of hiervoor moet compenseren.
Sommige systemen gebruiken voorwaartse koppeling (al dan niet tezamen met terugkoppeling). Deze voorwaartse koppeling is een regelactie gebaseerd op de voorspelling van het gedrag van het systeem, zoals berekend uit het wiskundige systeemmodel. Voorwaartse koppeling resulteert in een snellere reactie van het systeem, maar is slechts zo betrouwbaar als het gebruikte systeemmodel; dit laatste is vaak moeilijk te bepalen in de praktijk.
[bewerk] Ingang/uitgang
Met
- x(p) = ingang/setwaarde/instelwaarde
- y(p) = uitgang
- K = de actie van de regelaar
- G(p) = responsie van het systeem (transferfunctie)
- H(p) = responsie van de terugkoppeling/sensort (transferfunctie)
kan het verband tussen in- en uitgang als volgt worden weergegeven:
[bewerk] Basisbegrippen
- Terugkoppelconstante.
- Stabiliteit. Een regelaar is stabiel indien de regelfout uiteindelijk kleiner blijft dan een gewenste waarde. De stabiliteit van een regelaar kan beïnvloed worden door heel wat factoren, zoals de terugkoppelconstanten van de regelaar.
- Gesloten lus bandbreedte.
- Dode tijd.
- Stapresponsie. De figuur toont het resultaat van een stapactie (= een plotse verandering van het actuatorsignaal van de regelaar van de ene constante waarde naar een andere) op het gedrag van een systeem. We onderscheiden enkele begrippen:
- D = Grootte van het eerste maximum
- Wenswaarde = Grootte van de stap
- C = Grootte van de uitgang wanneer de overgang gedaan is
- D=D1 = Doorschot in % =
- D2 = Grootte van het tweede maximum
- Decay ratio = =
- top = Tijd 0 tot 100% van de regimewaarde (!!!)
- tp = Tijd tot het eerste maximum
- ts,2% = Tijd die nodig is om binnen 2% van de eindwaarde te komen
[bewerk] Begripsverwarring
Een veelgemaakte fout is dat mensen het begrip 'sturen' en 'regelen' verwarren. Wat hierboven staat beschreven is 'regelen'. Bijvoorbeeld, je verwarming die de temperatuur op 23°C houdt. Jij vraagt 23°C (streefwaarde), het is 18°C (gemeten waarde) en de verwarming gaat in werking treden. De thermostaat is de regelaar. De ruimte rondom jou is het systeem.
Wanneer je zelf de output verandert, dan ben je aan het 'sturen'. Wanneer je de boiler van je verwarming zelf constant doet branden door bijvoorbeeld de contacten tegen elkaar te houden. Je 'stuurt' dan als het ware de uitgang. Er wordt niet geregeld naar een bepaalde waarde.
