Controlealgoritmen

Controlealgoritmen zijn wiskundige methoden die de besturing van een dynamisch systeem bepalen. Ze berekenen een signaal voor de actuator op basis van metingen van de uitvoer en een gewenste referentie, met als doel de respons van het systeem te volgen en verstoringen te onderdrukken. In de meeste toepassingen maken ze deel uit van een gesloten regelkring: de sensor geeft de actuele toestand door aan de controller, die op zijn beurt bijstuurt via de actuator.

Er zijn verschillende benaderingen. Klassieke controlesystemen richten zich op eenvoudige, vaak lineaire modellen en op prestaties zoals stabiliteit en snelle respons. Moderne benaderingen behandelen vaak complexere, mogelijk niet-lineaire of tijd-variant modellen en gebruiken optimale of robuuste criteria.

Bekende algoritmen zijn onder meer de PID-controller (proportioneel, integraal en derivatief), die breed inzetbaar is; Model Predictive Control (MPC), dat toekomstige outputs projecteert en de actuatoren vooruit plant; en lineaire-quadratische-regelaar (LQR) voor lineaire systemen in een stochastische setting. Daarnaast bestaan adaptieve en robuuste controles, zoals H-infinity en gain-scheduling, die blijven functioneren bij modelonzekerheid of veranderlijke omstandigheden.

Ontwerp en implementatie omvatten modellering en identificatie van het systeem, discretisatie voor digitale implementatie, en tuning van parameters. Belangrijke prestatie-indicatoren zijn stabiliteit, overshoot, settling time, inspectie van tracking- en rejects, en robuustheid tegen verstoringen.

Toepassingen komen voor in de procesindustrie, robotica, autonome voertuigen, aerospace en HVAC-systemen, waar efficiënte en betrouwbare regelingen de prestaties en veiligheid vergroten.