Kontrollsüsteeme

Kontrollsüsteemid on süsteemid, mis reguleerivad ja juhivad protsesside käitumist, et hoida kindlat parameetrit soovitud väärtusel või järgida ettenähtud käitumist. Neid jagatakse tavaliselt avatud ahela (open-loop) ja suletud ahela (closed-loop) kontrollidega.

Avatud ahela kontrollsüsteemid ei kasuta tagasisidet ja toimivad vastavalt eelnevalt määratud korraldusele. Nende tulemus sõltub protsessi seisunditest ja häiretest, mis võivad põhjustada kõrvalekaldeid ning vähendada täpsust.

Suletud ahela süsteemid mõõdavad tegelikku väärtust ja võrdlevad seda soovitud väärtusega (setpoint). Ebaõige väärtus töödeldakse kontrolleri kaudu ja muudetakse sisendiks protsessile, et viia süsteem soovitud tasemele. Tagasiside võimaldab kompenseerida häireid ja muutusi.

Tüüpilised komponendid on andur (mõõdab protsessi parameetrit), aktuaator või toimeahel (mõjutab protsessi), kontroller (otsustab ja genereerib sisendi) ning protsess või plant (tehas või süsteem, mida kontrollitakse). Süsteemidele lisanduvad sageli seire- ja sidevahendid ning toitesüsteemid.

Matemaatiliselt kirjeldatakse kontrollsüsteeme tavaliselt state-space või ülekandefunktsiooni mudelite abil. Blokdiagrammid aitavad kujutada kontrolleri, protsessi ja tagasiside vahelisi seoseid. Stabiilsust ja jõudlust hinnatakse ja kavandatakse analüütiliste meetoditega.

Kõige levinumad kontrollerid on PID-kontrollid (proportsionaalne, integreeriv ja diferentsiaalne). Lisaks kasutatakse robustset, adaptiivset ja prediktiivset kontrolli (MPC) meetodeid.

Rakendusalad hõlmavad tööstuslikku automatiseerimist ning protsess- ja energiatööstust, transporti, robootikat ning hoonete haldust ja HVAC-süsteeme. Peamised väljakutsed on viivitused, mürad, mittelineaarsus ja mudeli ebakindlus, mis mõjutavad stabiilsust ja jõudlust. Kontrollsüsteemid võimaldavad paindlikku, täpse ja usaldusväärset protsessijuhtimist.