In automatisering wordt veelvuldig gebruikgemaakt van regelkringen die tot doel hebben om ervoor te zorgen dat een bepaalde parameter een gewenst setpoint bereikt. Het vloeistofniveau in een tank regelen, een bepaalde temperatuur aanhouden, de snelheid van een auto regelen met cruise control – het zijn allemaal voorbeelden van processen waarin regelkringen gebruikt worden.
In aandrijftechniek zijn het regelen van positie, snelheid en/of kracht of koppel de meest voorkomende uitdagingen. Servo’s zijn per definitie systemen die in mechanische toepassingen tot doel hebben deze grootheden te regelen. In dit artikel bekijken we wat een servosysteem is, hoe het werkt en wat het voor u kan betekenen.
Het antwoord op die laatste vraag is in principe vrij eenvoudig. Door gebruik te maken van servo drives kan u op een relatief eenvoudige manier geavanceerde motion control toepassingen realiseren. Zodra een controller bepaalde setpoints genereert voor de gewenste posities, of een van de andere grootheden, zorgen de servo drives er voor dat de gewenste waarden snel en nauwkeurig bereikt worden. De drives nemen de bediening van de motoren zelf voor hun rekening, wat wil zeggen dat ze de gewenste setpoints vertalen in de spanningen en stromen die aan de motoren opgelegd moeten worden om de gewenste setpoints zo snel mogelijk te bereiken.
Om dit alles te realiseren maken servo drives gebruik van een complexe cascade van controllers. In de regeltechniek onderscheidt men verschillende soorten controllers die met toenemende complexiteit steeds betere prestaties leveren.
De meest eenvoudige is de proportionele regelaar die het verschil tussen een gewenst setpoint en een gemeten waarde vermenigvuldigt met een versterkingsfactor om een actuator aan te sturen. Als men de temperatuur in een boiler wil regelen, bijvoorbeeld, zal een dergelijke controller het vermogen van het verwarmingselement verhogen naarmate het verschil tussen de gewenste temperatuur en de gemeten temperatuur groter wordt. Naarmate de gemeten temperatuur vervolgens opnieuw dichter bij het setpoint komt, wordt het vermogen gradueel verminderd.
Een integrator is een regelaar die de verschillen tussen setpoints en gemeten waarden over een bepaald tijdsverloop bij mekaar optelt. Het gevolg daarvan is dat de integrator restfouten die door een proportioneel regelaar alleen niet kunnen gecorigeerd worden, wegwerkt.
Een differentiële regelaar, tenslotte, baseert zich niet op de fout tussen setpoint en meetwaarde maar op de snelheid van verandering van die fout, zodat bij een grotere verandering een meer uitgesproken reactie van de actuator getriggerd wordt.
In de praktijk worden allerlei combinaties van deze basisregelaars gebruikt, met als meest voorkomende de PI en PID regelaars. Een PI controller, bijvoorbeeld, bestaat uit een proportionele en een integraal controller waarvan de outputs elk een versterkingsfactor krijgen en dan bij elkaar worden opgeteld om het sturingssignaal voor de actuator te genereren. Door met de versterkingsfactoren te spelen, kan de gebruiker de nauwkeurigheid en de dynamiek van de regelaar afstemmen aan de vereisten voor een specifieke toepassing.