Werkboek · hoofdstuk 31Regelsystemen

Duid aan of het systeem een open of een gesloten lus is, en schrijf erbij wat er gemeten wordt (of 'niets').

In een toiletreservoir drijft een vlotter op een arm. Zakt het water na het doorspoelen, dan zakt de vlotter en opent de arm een klep: er stroomt water in. Stijgt het water, dan duwt de vlotter de klep weer dicht. Met een schroefje stel je de hoogte van de vlotter op de arm in.

's Nachts schuift er een nachtscherm onder het kasdak: de module verliest dan 16,3 W/K in plaats van 20,2 (hoofdstuk 19). Het is −5 °C buiten, de band is 16,0 tot 17,0 °C, $C_L=80kJ/K$, de verwarming geeft 800 W. Neem aan dat de sensor zonder vertraging meet en dat de buffer niets uitwisselt.

De verwarming van de module schakelt met een band van 1,0 K. Voorspel voor elke verandering of het aantal keer aan per uur, de schommeling van de lucht en de energie per nacht groter, kleiner of ongeveer gelijk worden. Verander telkens maar één ding.

Een leerling schreef deze regeling voor de verwarming (band 16,5 tot 17,5 °C). Ze compileert, maar werkt niet goed.

const int LAAG = 16.5, HOOG = 17.5;
bool verwarmen;

void regelen(float t) {
  if (t < LAAG) verwarmen = true;
  if (t > LAAG) verwarmen = false;
  digitalWrite(VERWARMING, verwarmen);
}

Twintig minuten uit het logboek van een januarinacht, één regel per minuut (T = gemeten temperatuur, verwarming 1 = aan). Band: 16,0 tot 17,0 °C.

tijd	T (°C)	verwarming		tijd	T (°C)	verwarming
00:00	16,0	0		00:10	16,4	0
00:01	16,0	1		00:11	16,3	0
00:02	16,3	1		00:12	16,2	0
00:03	16,6	1		00:13	16,1	1
00:04	17,1	0		00:14	16,1	1
00:05	17,2	0		00:15	16,4	1
00:06	17,1	0		00:16	16,8	1
00:07	17,0	0		00:17	17,1	0
00:08	16,9	0		00:18	17,2	0
00:09	16,6	0		00:19	17,0	0

Een bewoner werkt een uur hard in de warme module. Zijn lichaam maakt dan ongeveer 500 W warmte, in rust ongeveer 100 W. De verdampingswarmte van zweet is ongeveer 2,4 MJ per kg.

Voer de proef uit het handboek zelf uit, met drie breedtes van de band en twee plaatsen voor de sensor.

Een smalle band (0,2 K) houdt de lucht mooi rond 16,5 °C, maar de klep schakelt te vaak. Een oplossing uit warmtepompen en koelkasten: de verwarming mag pas weer aan als ze minstens een vaste tijd uit geweest is (een antipendeltijd).

De simulatie van het handboek met een sensor die steeds trager is (band 16,0 tot 17,0 °C, buiten 0 °C):

tijdconstante sensor	keer aan per uur	boven 17,0 (K)	onder 16,0 (K)	gem. afwijking (K)
0 s	9,1	0,04	0,02	0,24
60 s	5,7	0,36	0,25	0,38
180 s	3,6	0,87	0,64	0,61
300 s	2,9	1,25	0,96	0,78

De groeilampen worden nu gedimd met het daglicht (hoofdstuk 25): een LDR onder een kapje meet de hemel en de Mega rekent uit hoeveel lamplicht er nog nodig is. Een collega wil een PAR-sensor op het kweekbed, onder de lampen, die het totale licht op de planten meet.

Overdag voegt de CO₂-klep (D10) CO₂ toe aan de kweekruimte (11,5 m³): sla groeit sneller bij 800 tot 1000 ppm dan bij 425 ppm. Met de klep open stijgt het gehalte 170 ppm per minuut; met de klep dicht daalt het ongeveer 80 ppm per uur (planten en lekken). De CO₂-sensor meet om de 2 s met een ruis van ±30 ppm, en de CO₂ moet zich eerst mengen: de meting loopt ongeveer 2 minuten achter. Vanaf 1000 ppm geldt voor mensen een waarschuwing (hoofdstuk 14).