Regelaar

De regelaar of regulator of controller 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 met de gewenste waarde (of streefwaarde) en afhankelijk van het verschil (het foutsignaal) gaat hij een corrigerende actie op het systeem uitvoeren door de grootte van het actuatorsignaal te veranderen.

Regelaars bestaan zowel in analoge vorm (bijvoorbeeld door stroomsignalen in een 4-20 mA lus) als in digitale vorm (door omzetting van de sensor- en actuatorsignalen naar en van digitale waarden door analoog-digitaalomzetters en DA-converters).

Het meest gebruikte regelalgoritme is de PID-regelaar, maar er bestaan 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.

Terugkoppeling/voorwaartse koppeling

De meeste toegepaste regelingen maken gebruik van terugkoppeling : de uitgang wordt vergeleken met een streefwaarde. Dit betekent dat als er een traagheid in het systeem zit (d.w.z. dat het enige tijd kan 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.

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:

 y(p) /x(p) =  K • G(p) /1 + [K • G(p) • H(p)]

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 % = <math> \frac {D-C} {C} \cdot 100\% </math>
  • D2 = Grootte van het tweede maximum
  • Decay ratio = = <math> \frac {D2} {D1} </math>
  • 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

Begripsverwarring

Een veelgemaakte fout is dat mensen het begrip 'sturen' en 'regelen' verwarren. Wat hierboven staat beschreven is 'regelen'. Bijvoorbeeld, een centrale verwarming die de temperatuur op 23°C houdt. De thermostaat staat op 23°C (streefwaarde), het is 18°C (gemeten waarde) en de verwarming gaat in werking treden. De thermostaat is dan de regelaar. De ruimte rondom is het systeem.

Zie ook

• Regelen (doorverwijzing).