Reglerdesign

Reglerdesign är en del av reglertekniken som innebär konstruktion och kalibrering av regleralgoritmer för att få ett dynamiskt system att följa en önskad referens. Målen är oftast stabilitet, korrekt referensspårning och god prestanda under störningar och modellfel. En reglersystem består vanligtvis av en modell av processen, en regleralgoritm och en utförandeenhet.

Metoderna delas ofta i klassisk reglerteori och modern regelteori. Klassisk reglerteori används främst för enkelt, ofta linjärt och SISO-system, med verktyg som PID-reglerning, rot-locus och Bode-analys samt konstruktion av lead/lag-förstärkare. Modern regelteori använder tillståndsrumsliga modeller och optimeringsbaserade metoder som Linear Quadratic Regulator (LQR), Kalman-filter/LQG och robusta tekniker som H-infinity, vilket ofta är bättre för MIMO-system och för att hantera modellfel och störningar.

Designprocessen varierar men innefattar ofta problemformulering, systemmodellering och val av arkitektur, följt av parameterurval, simulering och verifiering. Efter design följer implementering och testning, inklusive discretisering för digital kontroll och hantering av icke-linjäritet, tidsfördröjningar och saturations. Robusthetstester och anti-windup-tekniker används för att mildra effekter av modellfel och begränsningar i aktuatorer.

Viktiga begrepp är stabilitet, spårningsförmåga, övershoot, svarstid och bandbredd samt marginer för gain och fas. Vanliga utmaningar inkluderar störningar, sensorbrus, osäkerhet i modellen och begränsningar i aktuatorer. Implementering kräver ofta diskretisering, lämplig samplingstid och ibland observerare som Kalman-filter för estimation av tillstånd.

Användningsområden inkluderar processindustri, energi, fordons- och robotteknik samt flyg och rymd, där reglerdesign bidrar till automation och förbättrad prestanda.