Reglerstabilitet

Reglerstabilitet är ett begrepp inom reglerteknik som beskriver om ett slutet reglerkretsystem beter sig på ett förutsägbart och kontrollerat sätt när det påverkas av referenssignaler och störningar. Ett stabilt system närmar sig referensvärdet utan att växa i amplitud eller ge otrevliga långsiktiga oscillerationer; i praktiken innebär det att återkopplningen dämpar avvikelsen snabbt och systemets tillstånd hålls inom rimliga gränser.

Det finns flera stabilitetsbegrepp som ofta används inom design och analys. BIBO-stabilitet (bounded input, bounded output) innebär att varje begränsad inmatning ger en begränsad utmatning. Asymptotisk stabilitet beskriver att systemets tillståndsvariabler konvergerar till ett jämviktsläge över tid. Inre stabilitet handlar om att alla interna tillstånd är säkert kontrollerade och att inga delar av kedjan utvecklar ohälsa eller osäkerhet vid störningar.

Analystekniker för reglerstabilitet innefattar frekvensdomänverktyg som Nyquist-, Bode- och root-locus-diagram samt tidsdomäntester som Routh-Hurwitz. Lyapunov-teori används vid icke-linjära eller tidsvarierande system. Vid tidfördröjningar och aktuatorkapacitetsbegränsningar krävs ofta särskilda metoder för att ändå uppnå stabilitet.

Vanliga regulatorer är P-, PI- och PID-reglerare. Integralåtgärd förbättrar stationär noggrannhet men kan orsaka instabilitet om inte kompensation görs. anti-windup-tekniker motverkar aktuatorkapacitetsbegränsningar. Vid design beaktas stabilitetshyllor såsom fas- och gain-marginer för att bedöma robusthet mot modellfel och störningar.

Betydelsen av reglerstabilitet är stor inom processindustri, robotik, fordonsreglering och flygteknik. Oanpassad reglerstabilitet kan leda till översväng, långsamt svar eller systemsvikt under störningar eller parametervariationer. God praxis innefattar noggrann modellering, robusthetsanalys och testning med realistiska störningar. Se även: reglerteori, PID-reglering, Nyquist-kriterium, Lyapunov-stabilitet.