Kontrollimallin

Kontrollimalli (genitiv: kontrollimallin) on malli, jota käytetään kuvaamaan, miten järjestelmä voidaan hallita halutun suorituskyvyn saavuttamiseksi. Se kuvaa järjestelmän dynamiikan, sen vasteen syötteisiin sekä mahdolliset häiriöt. Kontrollimalli voi olla lineaarinen tai epälineaarinen, jatkuva- tai diskreettiaikainen, ja se voi olla deterministinen tai stokastinen.

Kontrollimallit muodostavat perustan säätöpiirien suunnittelulle, simuloinnille ja analyysille. Ne toimivat mallina, jonka perusteella voidaan suunnitella ja optimoida ohjauslaitteiston toimintaa. Yleisiä lähestymistapoja ovat PID-säätö, tilakonelmallit (state-space), siirtofunktiopohjainen säätö sekä mallipohjaiset lähestymistavat kuten LQR ja MPC. Digitaalisissa järjestelmissä kontrollimalli on usein diskretoitu.

Sovelluksia ovat muun muassa automaatioprocessien hallinta, robotiikka, rakennus- ja energiateollisuus sekä tuotannonohjaus. Myös taloustieteessä ja riskienhallinnassa käytetään vastaavia mallipohjaisia käsitteitä, kun pyritään kuvatuksi tai ohjattavaksi järjestelmän tilan muutosta päätösten vaikutusten kautta.

Kontrollimallin tarkkuus vaikuttaa suoraan säätöjärjestelmän suorituskykyyn. Mallin epävarmuus, lineaarisuuden puute sekä mittaus- ja viivevirheet voivat heikentää ohjausta. Tämän vuoksi mallin identifiointi, validointi ja herkkyysanalyysit ovat keskeisiä vaiheita kehitysprosessissa.

Esimerkki: lämpötilan säätö järjestelmä, jossa prosessi kuvataan yksinkertaisella viiveellä ja gainilla, ja jonka avulla lasketaan ohjainmallin perusteella lämmitysvastetta halutun lämpötilan ylläpitämiseksi.