Basisprincipes.

Op enkele en betrekkelijk onbelangrijke uitzonderingen na hebben alle moderne regelsystemen twee fundamentele kenmerken gemeen. Deze kunnen als volgt worden beschreven: (1) De waarde van de gecontroleerde grootheid wordt gevarieerd door een motor (dit woord wordt in algemene zin gebruikt), die zijn kracht ontleent aan een lokale bron en niet aan een inkomend signaal. Aldus is er een grote hoeveelheid vermogen beschikbaar om de noodzakelijke variaties van de gecontroleerde grootheid te bewerkstelligen en om ervoor te zorgen dat de verrichtingen voor het variëren van de gecontroleerde grootheid de signalen waarvan de nauwkeurigheid van de regeling afhangt, niet belasten en vervormen. (2) De snelheid waarmee energie aan de motor wordt toegevoerd om de waarde van de gecontroleerde grootheid te wijzigen, wordt min of meer rechtstreeks bepaald door een functie van het verschil tussen de werkelijke en de gewenste waarde van de gecontroleerde grootheid. Zo wordt bijvoorbeeld bij een thermostatisch verwarmingssysteem de brandstoftoevoer naar de oven bepaald door het feit of de werkelijke temperatuur hoger of lager is dan de gewenste temperatuur. Een regelsysteem dat deze fundamentele kenmerken bezit, wordt een gesloten-lus regelsysteem of een servomechanisme genoemd (zie figuur). Open-loop regelsystemen zijn feedforward systemen.

De stabiliteit van een regelsysteem wordt voor een groot deel bepaald door de reactie van het systeem op een plotseling toegepast signaal, of transiënt. Als een dergelijk signaal ertoe leidt dat het systeem zichzelf overcorrigeert, kan een verschijnsel optreden dat “hunting” wordt genoemd, waarbij het systeem zichzelf eerst in de ene richting overcorrigeert en vervolgens in de tegenovergestelde richting overcorrigeert. Omdat “hunting” ongewenst is, worden gewoonlijk maatregelen genomen om het te corrigeren. De meest gebruikelijke corrigerende maatregel is het toevoegen van demping ergens in het systeem. Demping vertraagt de systeemrespons en voorkomt overmatige overshoots of overcorrecties. Demping kan de vorm aannemen van een elektrische weerstand in een elektronische schakeling, de toepassing van een rem in een mechanische schakeling, of het forceren van olie door een kleine opening zoals bij de demping van schokdempers.

Een andere methode om de stabiliteit van een regelsysteem vast te stellen is het bepalen van de frequentierespons – d.w.z. de respons op een continu variërend ingangssignaal bij verschillende frequenties. De output van het regelsysteem wordt dan vergeleken met de input wat betreft amplitude en fase – d.w.z. de mate waarin de input- en outputsignalen uit de pas lopen. De frequentierespons kan experimenteel worden bepaald – vooral in elektrische systemen – of wiskundig worden berekend indien de constanten van het systeem bekend zijn. Wiskundige berekeningen zijn bijzonder nuttig voor systemen die kunnen worden beschreven door gewone lineaire differentiaalvergelijkingen. Grafische snelkoppelingen zijn ook zeer nuttig bij de bestudering van systeemreacties.

Bij het ontwerpen van geavanceerde regelsystemen komen nog andere technieken om de hoek kijken. Adaptieve controle is het vermogen van het systeem om zijn eigen werking te wijzigen om de best mogelijke werkingswijze te bereiken. Een algemene definitie van adaptieve besturing houdt in dat een adaptief systeem in staat moet zijn de volgende functies te vervullen: voortdurend informatie verstrekken over de huidige toestand van het systeem of het proces identificeren; de huidige systeemprestatie vergelijken met de gewenste of optimale prestatie en een beslissing nemen om het systeem te wijzigen om de gedefinieerde optimale prestatie te bereiken; en een juiste wijziging in gang zetten om het besturingssysteem naar het optimum te brengen. Deze drie beginselen – identificatie, beslissing en wijziging – zijn inherent aan elk adaptief systeem.

Dynamisch-optimerende controle vereist dat het controlesysteem zodanig werkt dat aan een specifiek prestatiecriterium wordt voldaan. Dit criterium wordt gewoonlijk zo geformuleerd dat het gecontroleerde systeem in een zo kort mogelijke tijd of tegen zo laag mogelijke totale kosten van de oorspronkelijke naar een nieuwe positie moet gaan.

Lerende controle impliceert dat het controlesysteem voldoende rekencapaciteit heeft zodat het representaties van het wiskundige model van het gecontroleerde systeem kan ontwikkelen en zijn eigen werking kan wijzigen om voordeel te halen uit deze nieuw ontwikkelde kennis. Het lerende regelsysteem is dus een verdere ontwikkeling van de adaptieve regelaar.

Multivariabele niet-interagerende controle betreft grote systemen waarin de grootte van interne variabelen afhankelijk is van de waarden van andere gerelateerde variabelen van het proces. De één-lus-technieken van de klassieke controletheorie zullen dus niet volstaan. Er moeten meer gesofisticeerde technieken worden gebruikt om geschikte regelsystemen voor dergelijke processen te ontwikkelen.