|
De algemene regelsystemen (PID regelaars en anderen) worden hier besproken.
|
|---|
Voorwaartse regeling:
temperatuur voorspellen
Bij een voorwaarste regeling gebruikt men niet de waarde die men wilt regelen (bijvoorbeeld de binnentemperatuur). Deze benaming komt van het feit dat men het systeem gaat voorspellen, en niet a posteriori gaat reageren. Voorwaartse koppeling resulteert in een snellere reactie van het systeem, maar is slechts zo betrouwbaar als het gebruikte systeemmodel.
De voorwaartse koppeling wordt toegepast in systemen met een dode tijd, dwz. systemen waarbij het effekt van het wijzigen van een regelvariabele (brander aan of uit) slechts na een tijdje gemeten kan worden. Voorwaartse regeling wordt toegepast bij vloerverwarming omdat het effekt (in en uitschakelen van de brander) zich zeer traag laat voelen. Met een klassieke regellus zou het systeem vreselijk onstabiel zijn.
Bij vloerverwarming gebruikt men de buitentemperatuur als inputwaarde. De buitentemperatuur bepaalt de warmteverliezen, en de verwarming moet die compenseren. Omdat de verliezen redelijk nauwkeurig bepaald kunnen worden, kan men berekenen hoeveel de brander moet opwarmen om de verliezen te compenseren. Vaak is de methode empirisch: met begint met een standaard-waarde (ervaring) en past die aan.
De correctie is sneller (moet niet wachten op een meetfout, maar kan anticiperen) en veroorzaakt geen pendelen (onstabiel regime) omdat we de binnentemperatuur niet gebruiken als regelvariabele.
Dit systeem werkt heel goed, maar is niet in staat natuurlijke warmte aanvoer in rekening te brengen: bijvoorbeeld zonneschijn op een koude winterdag of het koken van een uitgebreide maaltijd. De aktiviteiten van de mensen produceren warmte (afwas, stofzuigen, enz). Daarom zal men het systeem zo afregelen dat de gewenste temperatuur juist niet bereikt wordt. Bijverwarming wordt dan gebruikt als aanvulling als het nodig is.
Zoals je op de uitvergroting kan zien werkt het systeem nooit met absolute binnentemperaturen (je zal nergens zien staan 12 - 14 - 16 - 18 - 20 ...). Het syteem gebruikt de binnentemperatuur niet. Bij recente systemen is er wel een meting van de binnentemperatuur, maar die wordt uitsluitend gebruikt om de parameters van de transferfunktie automatisch te bepalen (de transferfunktie is de omzetting van de buitentemperatuur naar een setwaarde voor het warm water).
Het systeem bestaat uit twee regelaars (draaiknoppen): de transferfunktie is een vergelijking van de eerste graad.
- Met de eerste knop bepalen we de versterking van het systeem: hoe warmer moet het water zijn als het buiten kouder wordt? Als de buitentemperatuur van +5° naar -5° gaat, moet dan de watertemperatuur van 30 naar 40° gaan (1×)? De regelaat staat op ongeveer 0.65×: dit betekent dat de watertemperatuur met 6.5° zal stijgen bij een daling van de buitentemperatuur van 10°. Deze instelling wordt aangepast als het binnen te koud of te warm is bij zeer koud weer.
- Met de tweede knop bepalen we het nulpunt: wat is de basistemperatuur van het water? Deze instelling wordt aangepast in het tussenseizoen om een aangename temperatuur te bekomen.
Beide instellingen mogen maximaal één stap per dag aangepast worden (en één regelaar met een keer).
De voorwaartse regeling wordt vaak in de industrie gebruikt (petrochemie, hoogovens, eigenlijk heel veel chemische processen). De beste regeling past naast de voorwaartse koppeling ook feedback (terugkoppeling) toe, dat is de klassieke PID-regelaar. De terugkoppeling is in staat de beperkingen van het systeemmodel op te vangen (niet alle variabelen die een invloed hebben op het systeem zijn in het wiskundig model opgenomen).
In mijn systeem gebruik ik voorwaartse regeling voor het instellen van de boilertemperatuur. De temperatuursonde is namelijk te traag en kan de temperatuurstijging niet op tijd opmerken, waardoor het water dan te warm wordt.
Als inputwaarde gebruik ik de watertemperatuur en de transfertfunktie is een simpele correctie: als de brander werkt, telt het programma automatisch een paar tienden van een graad bij per 5 seconden. Er wordt ook rekening gehouden met de rotatiesnelheid van de circulatiepomp (die is in mijn systeem veranderlijk naargelang de warmtevraag). In mijn systeem wordt de temperatuur van het water dat terug naar de boiler stroomt niet gemeten.
Voorwaartse regeling in de electronica
In de electronika kent men vooral de terugkoppeling: dat is de klassieke regelmethode, bijvoorbeeld om vervorming in de eindtrappen tegen te gaan. En toch bestaat de voorwaartse regeling wel degelijk: één voorbeeld zijn de modemverbindingen. Een telefoonkabel is geen perfekte geleider, en er ontstaan verschillende signaalfouten: looptijdverschillen, verzwakking van bepaalde signaalbanden. Bij het tot stand komen van een verbinding wordt eerst de lijnkwaliteit bemonsterd. De zender zal dan vooraf de fout corrigeren (bepaalde signaalbanden sterker uitzenden) om zo een correct signaal bij de ontvanger te garanderen. Dit is beter dan achteraf de verzwakte signalen uit de ruis te moeten halen.
De RIAA-correctie bij gramofoonplaten en de egalisatie bij cassettes is ook een vorm van voorwaartse regeling. Oorspronkelijk was er ook een pre-emphasis voorzien voor CD plaatjes (de eerste omzetters waren nog niet zo performant).
Een andere voorwaartse regeling is de onderdrukking van de rimpel bij audioversterkers bij netgevoede apparaten (de rimple veroorzaakt brom in de luidsprekers). Vaak is de voorwaartse regeling niet zichtbaar maar zit die "verstopt" in een gewone weerstand.
| 