Grondbeginselen van integrerende versus zelfregulerende processen

Een proces dat integratief van aard is, heeft de neiging om een ​​uitvoer te produceren die evenredig is met het lopende totaal van invoerwaarden die zijn in de loop van de tijd verzameld. Als de invoer negatief wordt, zou het proces een proportionele afname van de amplitude veroorzaken, waardoor de uitvoer wordt verlaagd. Voor een watertank zou de invoer bijvoorbeeld de hoeveelheid vloeistof zijn die naar binnen stroomt, terwijl de uitvoer het waterniveau is dat de tank heeft behouden. Zolang de input positief blijft, zal het waterpeil blijven stijgen, maar wanneer de input negatief wordt (meer uitstroom dan instroom), zal het outputniveau dalen.

Laten we nu eens kijken naar de werking van een servomotor. De ingangsspanning over de motor bepaalt het koppel, dat vervolgens de belasting versnelt. De rotatie is continu zolang de ingangsspanning niet nul is en de positie van de belasting afhankelijk is van de geaccumuleerde rotaties. Als de ingangsspanning negatief wordt, begint de as achteruit te draaien en neemt de uitgangspositie af. Het gedrag van zowel de watertank als de servomotor is vergelijkbaar, aangezien beide entiteiten hun uitgangsniveau behouden zolang de ingang niet-negatief is.

Alle integratieprocessen gedragen zich op deze manier. Inputs worden verzameld en verspreid naar de omliggende omgevingen. De snelheid waarmee deze twee processen plaatsvinden, hangt af van de machine die wordt bestuurd en van fysieke factoren zoals wrijving, weerstand en traagheid. Maar zodra een invoer aan het systeem is toegevoegd, bestaat deze totdat een negatieve waarde deze opheft.

Niet-integrerende processen

Overweeg een lekkende watertank. Het zal water blijven verliezen, ongeacht wat de invoer is. Evenzo kan een servomotor die tegen een torsieveer in draait, zal positie blijven verliezen, ongeacht de waarde van de spanning. Dergelijke processen kunnen een evenwichtspunt bereiken waar toevoegingen kunnen worden gecompenseerd door onvoorspelbare verliezen. Het zou bijvoorbeeld onmogelijk zijn dat een tank met meerdere lekken een uitgangsniveau boven een bepaald punt heeft. Deze processen zijn niet-integratief, ze accumuleren hun input, maar bereiken slechts een bepaald punt dat een evenwicht is tussen de instroom en uitstroom.

Opgemerkt moet worden dat er slechts enkele integrerende processen zijn die geen spontane verliezen hebben, terwijl sommige niet-integrerende processen een vrij lange tijdconstante hebben, waardoor het moeilijk voor hen is om het evenwichtspunt te bereiken. Dit vervaagt de lijn tussen de twee.

Een controller selecteren

Het is de taak van een regeltechnicus om de aard van het proces te identificeren en tot welk uiteinde van het spectrum het behoort. Dit stelt hem/haar in staat om een ​​controlestrategie te kiezen die past bij het proces. Het reguleren van een niet-integrerend proces is gemakkelijker omdat het evenwichtspunt een natuurlijke grens aan de output oplegt. De controller hoeft niet het moeizame proces te doorlopen om de juiste invoer te vinden.

Het is om deze reden dat niet-integrerende processen soms zelfregulerend worden genoemd vanwege hun vermogen om een ​​stabiele toestand te bereiken zonder tussenkomst van de controller. Desalniettemin zijn de inspanningen van een feedbackcontroller nog steeds vereist om de input van het proces te verhogen/verlagen als dat nodig is.

Traditionele PI- en PID-controllers zijn ontworpen om te werken met zowel integrerende als zelfregulerende processen; de configuratie verschilt echter wel. De meeste afstemmingsregels houden rekening met beide processen en bieden formules waarmee de P-, I- en D-parameters van de controller kunnen worden berekend.

Soms kan zelfs een eenvoudige P-controller voldoen aan de vereisten van een integratieproces vanwege de accumulatie die plaatsvindt. Hierdoor krijgt de regelaar dezelfde eigenschappen als de integrator in een PI- of PID-regelaar. Als het doel van de controller is om de grootte van de input te identificeren die nodig is om de output te forceren om overeen te komen met een specifiek instelpunt, dan is een P-controller zeer geschikt.

Hetzelfde kan niet gezegd worden voor niet-integrerende processen, aangezien een P-controller het kan opgeven voordat de output het setpoint nadert. Dit zal leiden tot een stationaire fout die zichzelf in stand houdt, zelfs als de controller probeert de belastingsverstoring te compenseren. Deze fouten kunnen ook integratieprocessen beïnvloeden en zijn te wijten aan fysieke parameters zoals variërende dichtheid van vloeistof.