Ohjausalgoritmi

Ohjausalgoritmi on järjestelmän tilan tai tuotoksen säätämiseksi tarkoitettu algoritmi. Sen tehtävä on tuottaa ohjaussignaali mitattujen arvojen, viitearvon sekä mahdollisten häiriöiden perusteella. Ohjausalgoritmit toteuttavat usein suljetun säätöportin, jossa virhe (viitearvon ja todellisen tilan välinen ero) ohjaa toimilaitteeseen kohdistuvaa signaalia. Ne voivat olla lineaarisia tai epälineaarisia sekä jatkuva- tai diskretiaikaisia; valinta riippuu järjestelmän dynamiikasta ja suoritusvaatimuksista.

Yleisimmät ohjausalgoritmiryhmät ovat PID-säädin, LQR (lineaarinen kvadratiivinen regulaattori) ja MPC (mallipohjainen ohjaus). PID reagoi virheeseen sekä virheen aikaderivaatioon ja integraatioon; LQR ja MPC käyttävät järjestelmän matemaattista mallia optimoidakseen ohjaussignaalin ottaen huomioon rajat ja rajoitteet. Epälineaarisissa ja muuttuvissa ympäristöissä käytetään adaptatiivista tai robustiaa ohjausta sekä erilaisia tilaperustaohjauksia.

Suunnitteluprosessi alkaa järjestelmän mallintamisesta ja simuloinnista. Malli voidaan diskretisoida digitaaliseen toteutukseen. Säädöt viritetään kokeellisesti tai mallissa, tavoitteena vakaus, nopea ja tasainen vaste sekä minimointi virhe ja energiankulutus. Tärkeimmät mittarit ovat vakaus, vasteaika, ylivuoto ja virheen analyysi sekä järjestelmän robustisuus häiriöille.

Sovelluskohteita ovat teollisuusprosessit, robotiikka, ajoneuvo- ja lentokoneen ohjaus sekä energianhallinta. Haasteita ovat mallin epätarkkuus, viiveet, mittauskohina ja laskentapotentiaalin rajoitukset. Kehitystrendeihin kuuluvat dataohjautuva ohjaus, syväoppimisen hyödyntäminen sekä reaaliaikainen, hajautettu ja mukautuva ohjaus.