Reglerteknik: Vad är det? (Och dess historia)
Vad är reglerteknik
Reglersystemteknik är den gren av teknik som handlar om principerna för reglersteori för att utforma ett system som ger önskad beteende på ett kontrollerat sätt. Därför undervisas reglerteknik ofta inom elektrisk ingenjörsvetenskap vid universitet, men det är ett interdisciplinärt ämne.
Reglersystemingenjörer analyserar, utformar och optimerar komplexa system som består av högt integrerad samordning av mekaniska, elektriska, kemiska, metallurgiska, elektroniska eller pneumatiska element. Reglerteknik sysslar med en mångfald dynamiska system som inkluderar mänskligt och teknologiskt gränssnitt. Dessa system kallas generellt för reglersystem.
Reglersystemteknik fokuserar på analys och utformning av system för att förbättra systemets respons tid, noggrannhet och stabilitet.
De två metoderna för reglersystem inkluderar klassiska metoder och moderna metoder. Det matematiska modellen av systemet ställs upp som det första steget följt av analys, utformning och testning. Nödvändiga villkor för stabilitet kontrolleras och till sist följer optimering.
I den klassiska metoden görs matematisk modellering vanligtvis i tidsdomänen, frekvensdomänen eller komplexa domänen. Stegresponsen hos ett system modelleras matematiskt i tidsdomänen differentialekvationsanalys för att hitta dess stabiliserings tid, % överstyrning, etc. Laplace-transformer används mest i frekvensdomänen för att hitta det öppna lopsförstärkningen, fasreserv, bandbredd, etc. av systemet. Begreppet överföringsfunktion, Nyquists stabilitetskriterium, datainsamling, Nyquist-diagram, poler och nollor, Bode-diagram, systemfördröjningar allt faller under paraplyet för klassisk reglerteknik.
Modern reglerteknik hanterar flera ingångar och flera utgångar (MIMO) system, tillståndsrymdsapproach, egenvärden och vektorer, etc. Istället för att transformera komplexa ordinära differentialekvationer, konverterar moderna metoder högre ordning ekvationer till första ordning differentialekvationer och löses med vektormetod.
Automatiska reglersystem används oftast eftersom det inte involverar manuell kontroll. Den reglerade variabeln mäts och jämförs med ett angivet värde för att få det önskade resultatet. Som ett resultat av automatiserade system för kontrollsyfte, kommer kostnaden för energi eller effekt, samt processkostnaden, att minska vilket ökar dess kvalitet och produktivitet.
Historia av reglersystem
Användningen av automatiska reglersystem anses ha varit i bruk ända sedan de antika civilisationerna. Flera typer av vattenur konstruerades och implementerades för att mäta tiden exakt från tredje århundradet f.Kr., av greker och araber. Men det första automatiska systemet anses vara Watts flygballregulator från 1788, vilket startade den industriella revolutionen. Den matematiska modellen av regulatorn analyserades av Maxwell 1868. Under 19th århundradet utvecklade Leonhard Euler, Pierre Simon Laplace och Joseph Fourier olika metoder för matematisk modellering. Det andra systemet anses vara Al Butz's Damper Flapper - en termostat 1885. Han startade företaget nu kallat Honeywell.
Början av 20th århundradet kallas för guldåldern för reglerteknik. Under denna tid utvecklades klassiska reglermetoder vid Bell Laboratory av Hendrik Wade Bode och Harry Nyquist. Automatiska styrare för styrning av fartyg utvecklades av Minorsky, en russisk-amerikansk matematiker. Han införde också begreppet integral och derivatakontroll under 1920-talet. Samtidigt lades begreppet stabilitet fram av Nyquist och följdes av Evans. Transformer applicerades i reglersystem av Oliver Heaviside. Moderna reglermetoder utvecklades efter 1950-talet av Rudolf Kalman, för att övervinna begränsningarna i klassiska metoder. PLC's introducerades 1975.
Typer av reglerteknik
Reglerteknik har sin egen kategorisering beroende på de olika metodologier som används. De huvudsakliga typerna av reglerteknik inkluderar:
Klassisk reglerteknik
Modern reglerteknik
Robust reglerteknik
Optimal reglerteknik
Adaptiv reglerteknik
Icke-linjär reglerteknik
Spelteori
Klassisk reglerteknik
Systemen representeras vanligtvis med hjälp av ordinära differentialekvationer. I klassisk reglerteknik transformeras och analyseras dessa ekvationer i en transformerad domän. Laplace-transform, Fourier-transform och z-transform är exempel. Denna metod används vanligtvis i system med en enda ingång och en enda utgång (SISO).
Modern reglerteknik
I modern reglerteknik, konverteras högre ordning differentialekvationer till första ordning differentialekvationer. Dessa ekvationer löses mycket likt vektormetod. Genom att göra så, löses många komplikationer som uppstår vid lösning av högre ordning differentialekvationer.
Dessa används i system med flera ingångar och flera utgångar där analys i frekvensdomänen inte är möjlig. Icke-linjäriteter med flera variabler löses av modern metodologi. Tillståndsrymdsvektorer, egenvärden och egenvektorer tillhör denna kategori. Tillståndsvariabler beskriver ingång, utgång och systemvariabler.
Robust reglerteknik
I robust reglermetodik mäts förändringar i systemets prestanda med förändringar i parametrar för optimering. Detta bidrar till att öka stabilitet och prestanda, och hittar alternativa lösningar. Därför tas miljö, interna oegentligheter, brus och störningar i beaktning för att reducera fel i systemet i robust reglerteknik.
Optimal reglerteknik
I optimal reglerteknik formuleras problemet som en matematisk modell av processen, fysiska begränsningar och prestandabegränsningar, för att minimera kostnadsfunktionen. Således är optimal reglerteknik den mest rimliga lösningen för att utforma ett system med minimal kostnad.
