Dynamica en controle
 |
 |
 |
 |
 |
|---|
Er zijn overal voorbeelden van terugkoppelingsregelaars. Er zijn 3 essentiële elementen van een terugkoppelingsregelsysteem.
- Actuator die manipuleert en een actie veroorzaakt
- Sensor die de reactie meet
- Controller die de actuator aanpast in antwoord op de meting
De controller ontvangt de sensormeting en vergelijkt deze met het doel (setpoint) om te bepalen welke aanpassing aan de actuator nodig is. Sommige actuatoren zijn binair zoals ON/OFF terwijl andere continu zijn zoals percent open (0-100%). Hieronder volgen een paar voorbeelden van terugkoppelingsregelaars.
Voorbeeld 1: Temperatuurregeling in een gebouw
Een bekend voorbeeld van een regelaar is de temperatuurregeling van een gebouw in de winter met een verwarming (actuator), sensor (temperatuurthermistor), en regelaar (thermostaat). De regelaar schakelt de verwarming in wanneer de temperatuur onder een bepaald niveau daalt en schakelt de verwarming uit wanneer de temperatuur boven een bepaald niveau stijgt. Een storingsvariabele kan een verandering van de buitenluchttemperatuur zijn of een verandering van de binnentemperatuur door het openen van een deur.
| Element | Temperatuurregeling |
| Actuator | Klep of schakelaar in kachel, Brandstof naar de oven |
| Regelaar instelpunt | Wenselijke temperatuur binnen |
| Sensor | Temperatuursensor zoals een thermokoppel of thermistor |
| Storing | Deuren open, wind, temperatuur buiten |
Voorbeeld 2: Snelheidsregeling voor auto’s
Bedenk een auto met een automatische cruise control. De bestuurder kan de snelheidsinstelling voor de regelaar aanpassen. De regelaar past de stand van het gaspedaal aan (actuator) als reactie op veranderingen in de snelheidsmeteraflezing (sensor). Een storingsvariabele kan een naderende heuvel of wind zijn die een afwijking van de snelheid van het gewenste instelpunt zou veroorzaken.
| Element | Cruise Control |
| Actuator | Gaspedaalstand, Brandstof naar de motor |
| Controller Set Point | Gewenste snelheid (mph of km/sec) |
| Sensor | Snelheidsmeter, gemeten snelheid |
| Storing | Hellingen, wind, andere auto’s |
Processchema
Een processchema kan worden aangevuld met cirkels die het type transmitter of controller onthullen.
Twee letters in de naam van de cirkel geven aan welke grootheid wordt gemeten en of het een transmitter of een controller is.
| Meting (Letter 1) | Beschrijving |
| A | Analyzer (mol- of massafractie) |
| C | Concentratie |
| F | Flow |
| I | Current |
| L | Level |
| P | Pressure |
| R | Resistance |
| S | snelheid |
| T | temperatuur |
| V | trillingen |
| X | Diversen |
| Device (Letter 2) | Description |
| C | Controller |
| E | Element |
| I | Indicator |
| M | Motor |
| S | Switch |
| T | Transmitter/Transducer |
| V | Valve |
| X | Diversen |
| Z | Veiligheidsapparaat |
Het bovenstaande schema heeft een FT=Stroom Transmitter, PT=Druktransmitter, PC=Drukregelaar, FC=Stroomregelaar, en FT=Stroomtransmitter. De FT/FC en PT/PC vormen beide terugkoppellussen omdat zij dezelfde grootheid meten en regelen. De FC ontvangt een instelpunt van de bovenliggende PC om een cascaderegelaar van twee terugkoppellussen te vormen. De bovenste FT meet een drukstoring en levert een feedforward element aan de drukregeling. Feedforward- en cascaderegelaars worden toegevoegd om extra storingen te verwerpen en zijn geavanceerder dan de gewone terugkoppelingsregeling.
Blokdiagrammen
Blokdiagrammen tonen de blokken van een regelsysteem met de onderlinge verbindingen die de richting en verbindingen van in- en uitgangen bepalen. Een feedbackregelsysteem bestaat uit een sensor, actuator en regelaar die met elkaar verbonden zijn en waarbij de informatie in een lus stroomt. De lus ontstaat doordat de sensor informatie verstrekt aan de regelaar. De regelaar verandert de regeluitgang die vervolgens het proces verandert. Het proces wordt opnieuw gemeten en de cyclus herhaalt zich.
Blokdiagrammen zijn anders dan een processchema omdat het een diagram is van de informatiestroom, niet noodzakelijkerwijs hoe de onderdelen van de apparatuur fysiek zijn geplaatst.
Control Terminologie
Er is verschillende terminologie wanneer men het heeft over gewone controllers zoals Proportionele Integrale Derivatieve (PID) of geavanceerde controllers zoals Model Predictive Control (MPC). Hieronder volgt een tabel met enkele van de terminologie en bijbehorende afkortingen.
| Element | Gemeenschappelijke regeling (PID) | Geavanceerde regeling (MPC) |
| Actuator | Uitgang regelaar (CO) of uitgang (OP) | Gemanipuleerde variabele (MV) |
| Controller | Instelpunt (SP) | Instelpunt (SP) of Bereik (SPHI/SPLO) |
| Sensor | Procesvariabele (PV) | Gestuurde Variabele (CV) |
| Storingsvariabele (DV) | Storingsvariabele (DV) |