Digitaalkontrolleri

Digitaalkontrolleri on ohjausjärjestelmän komponentti, joka käyttää digitaalista prosessoria ohjelmallisen ohjausalgoritmin suorittamiseen. Se mittaa prosessin tilan antureilla, muuntaa signaalin digitaaliseksi, suorittaa ohjauslaskennan ja antaa toimilaitteelle signaalin. Digitaalinen toteutus mahdollistaa ohjelmointiominaisuudet, tallennuksen sekä etävalvonnan ja helpottaa monimutkaisten sääntöjen käyttöönottoa.

Usein digitaalkontrolleri koostuu mikrokontrollerista, digitaalisesta signaaliprosessorista (DSP) tai FPGA:sta, sekä ADC- ja DAC-moduuleista, antureista ja toimilaitteista sekä kommunikaatioyhteyksistä. Näyteprosessi etenee ajastetusti: prosessin muutos mitataan, signaali muunnetaan digitaaliseksi, ohjauslaskenta suoritetaan ja tulos muunnetaan takaisin analogiseksi ohjaussignaaliksi.

Yleisimmät ohjausalgoritmit ovat digitaalinen PID-ohjaus, mutta ohjelmallisesti voidaan toteuttaa myös monimutkaisempia säädöjä sekä suodattimia. Diskretisointi tarkoittaa jatkuvan ajan ohjauksen muuttamista diskreetiksi, ja siihen käytetään erilaisia muunnoksia, kuten bilineaarinen muunnos tai Eulerin menetelmä. Ohjauksessa huomioidaan antiwindup, viive sekä mittaus- ja ohjaussignaalin saturaatio.

Digitaaliset kontrollerit tarjoavat etuja kuten joustavuus, helppo parametrien säätö ja datalogging. Niillä on kuitenkin rajoituksensa: näytteenottoaikavälin ja laskennan aikaviive voivat vaikuttaa ohjauksen reaktiivisuuteen, tarkkuus riippuu digitaalisesta esityksestä sekä koodin pituudesta aiheuttavasta latenssista.

Digitaalkontrollerit ovat yleisiä teollisuusautomaation, prosessien säätöjen, robotiikan sekä sähköajoneuvojen voimansiirroissa ja monissa automaattisissa järjestelmissä, joissa tarvitaan ohjelmoitavaa ohjausta sekä tilanvalvontaa ja tilastollista seurantaa.