Kontrolsystemet

Kontrollsystemet är en anordning som reglerar ett processvärde för att uppnå ett önskat utfall hos en maskin eller process. Det består av fyra grundkomponenter: en referenssignal som anger målvärdet, en sensor som mäter det faktiska värdet, en regulator eller styrsignal som beräknar en korrigering, och en aktuator som verkställer korrigeringen på processen. Genom feedback från sensorn kan kontrollsystemet justera insatsen för att minska skillnaden mellan referens och faktisk utgång.

I ett öppet kontrollsystem görs korrigeringen utan återkoppling, vilket gör systemet känsligt för störningar och modellfel. I ett slutet eller återkopplat kontrollsystem används feedback för att hålla utgången nära målet, trots störningar och parametervariationer. Viktiga egenskaper är stabilitet, snabbhet, noggrannhet och robusthet.

Modeller används för att analysera och designa kontrollsystem. Vanliga representationer är överföringsfunktioner och tillståndsrum. En av de mest spridda reglerna är PID-reglering (proportional-integral-derivat), som kan implementeras i analog eller digital form, i kontinuerlig eller diskret tid. Modern kontroll använder även algoritmer från regler- och systemteori som robusthet, adaptiv kontroll och modellprediktiv reglering.

Användningsområden inkluderar industriell automation och processstyrning, HVAC-system, fordons- och robotteknik, flyg- och rymdteknik samt konsumentprodukter som termostater och tvättprogram. Kontroller används för att spara energi, förbättra kvalitet och öka säkerheten i komplexa system.

Kontrollteori utvecklades under 1900-talet inom regler- och cybernetik. Nyquist, Bode och Ziegler–Nichols bidrog till stabilitets- och kompensationsteknik, medan Norbert Wiener lade grunden för cybernetikens syn på styrning och kommunikation. Utvecklingen har fortsatt med digitalisering, observerbara sensorer och nya lösningar som modellbaserad och prediktiv reglering.