Ohjausmallit

Ohjausmallit ovat dynaamisten järjestelmien matemaattisia representaation, joita käytetään ohjausjärjestelmien suunnittelussa ja analyysissä. Ne kuvaavat, miten järjestelmän sisääntulot vaikuttavat sen ulostuloihin ja miten järjestelmä reagoi aikapoikkeamiin, viiveisiin ja häiriöihin. Mallien avulla voidaan sekä ymmärtää järjestelmän käyttäytymistä että suunnitella ja arvioida erilaisten ohjausmenetelmien toimivuutta.

Mallien muodot voivat olla sekä jatkuva- että diskreettiaikaisia. Yleisimmät muodot ovat state-space-mallit, muodossa ẋ = Ax + Bu, y = Cx + Du, sekä vastefunktiot transfer function -muodossa G(s). Lisäksi käytetään differentiaaliyhtälöitä sekä impulssivasteen tai lumpum-reaktioiden malleja. Linearisaation kautta monia järjestelmiä käsitellään lineaarisina aikariippumattomina malleina (LTI), mutta on yleistä huomioida myös ei-lineaariset mallit ja aikataulutettujen ohjausmenetelmien, kuten mallipohjaisen ohjauksen ja dynaamisten kompensaattorien, käyttö. Lisäksi voidaan käyttää stokastisia malleja, joissa huomioidaan kohina ja epävarmuus.

Mallien tunnistus ja validoiminen ovat keskeisiä vaiheita: parametreja estimaatiosta ja mallin tarkkuuden arviointiin sopivien havaintojen avulla. Hyödyllisiä ovat sekä kokeelliset että dataan perustuvat menetelmät.

Sovelluksissa ohjausmallit ovat olennaisia teollisuudessa (prosessi-, tuotanto- ja sähköjärjestelmät), robotiikassa, ajoneuvoalalla sekä rakennusten automaatiossa. Ohjausmallien avulla suunnitellaan erilaisia regaattoreita, kuten PID-, tilareunatöihin perustuvia sekä mallipohjaisia ennakoivia ohjausmenetelmiä (MPC). Ne ovat myös keskeisiä järjestelmien simuloinnissa ja optimoinnissa sekä robustin ja adaptiivisen ohjauksen kehittämisessä.

Rajoitteet ja haasteet liittyvät mallin epätarkkuuksiin, unmodeled-dynamiikkaan sekä muuttuviin toimintaympäristöihin, mikä korostaa jatkuvaa identifiointia, validointia ja ohjausjärjestelmien adaptointia.