Ohjauskapasiteetti

Ohjauskapasiteetti tarkoittaa ohjausjärjestelmän kykyä vaikuttaa prosessin tilaan tai tämän ulostuloihin halutulla tavalla. Se kuvaa, kuinka voimakkaasti, nopeasti ja laajasti järjestelmää voidaan ohjata käytettävissä olevilla aktuaattoreilla ja ohjausmenetelmillä. Ohjauskapasiteetti liittyy sekä teoreettiseen ohjattavuuteen että käytännön rajoituksiin, kuten lisäkuorman, energian, tilanrajojen ja vasteajoituksen vaikutuksiin.

Se riippuu useista tekijöistä. Aktuaattorien määrä, sijoittelu ja kapasiteetti määrittävät, millä tavoin järjestelmän tilaa voidaan muuttaa. Signaalin laatu, mittaus- ja viivehäiriöt sekä järjestelmän epävarmuudet pienentävät ohjauskapasiteettia. Lisäksi saturaatio, energianvaraukset sekä mekaniset tai sähkön tuottamisen rajoitteet voivat kaventaa vaikutusaluetta. Teoreettisesti ohjattavuus kuvaa, voiko järjestelmän minkä tahansa tilan saavuttaa sopivalla ohjauksella, kun taas käytännössä ohjauskapasiteetti on rajallinen.

Matemaattisesti ohjauksesta puhutaan usein lineaarisissa aikafunktioissa muotoa x' = Ax + Bu, y = Cx + Du. Tilan saavuttamisen mahdollisuus riippuu ohjausmasseista ja -rajoista sekä matriisien rakenteesta. Käytännön tarkastelussa huomioidaan aktuaattorien saturaatio, viiveet sekä epävarmuudet, jotka rajoittavat tilan ohjaamista haluttuun arvoon.

Hyväksikäytössä ohjauskapasiteetin huomioiminen parantaa järjestelmän suorituskykyä ja stabiliteettia. Parantavia keinoja ovat lisäaktuaattorit, anti-windup-rajat sekä kehittyneet ohjausmenetelmät kuten mallipohjainen ohjaus (MPC) ja robustit tai adaptatiiviset ratkaisut. Esimerkkejä ovat lennokit, ajoneuvojen ajotukijärjestelmät sekä teollisuusprosessit.