Palautekontrolli

Palautekontrolli on tilanohjausmenetelmä automaatio- ja säätötekniikassa, jossa järjestelmän ulostulo mitataan ja verrataan toivottuun arvoon. Virhe e(t) määritellään usein muodossa e(t) = r(t) - y(t), jossa r(t) on referenssiarvo ja y(t) järjestelmän todellinen ulostulo. Suljettu palautesilmukka antaa ohjaukselle mahdollisuuden mukautua häiriöihin ja pitää järjestelmän halutulla tilalla.

Järjestelmä koostuu viidestä pääosasta: referenssistä, mittausanturista, virheen laskusta, ohjaimesta sekä toimilaitteesta, jotka yhdessä muodostavat prosessin. Palautekontrolli voidaan toteuttaa sekä analogisesti että digitaalisesti, ja sitä hyödynnetään sekä säädellyissä prosesseissa että dynaamisissa järjestelmissä. Keskeistä on, että järjestelmän tilaa seurataan jatkuvasti ja säätöä muokataan sen mukaan.

Yleisin toteutus on PID-säätö, jossa virhe vahvistetaan useamman komponentin summana: P (proportional), I (integral) sekä D (derivative). P-osa reagoi suoraan virheeseen, I-osa kompensoi pysyvän virheen ja D-osa ennakoi muutoksia parantaen vasteaikaa. Pelkästään P-kontrolli voi olla nopea mutta epävakaa tai jättää pysyvän virheen; PI- tai PID-säätö parantaa vakautta, tarkkuutta ja häiriöiden sietokykyä.

Käytännön sovelluksia ovat esimerkiksi lämpötilan säätö, moottorin nopeuden hallinta, nesteen virtaus sekä monimutkaiset prosessiteollisuuden automaatiot. Palautekontrolli parantaa tarkkuutta ja reagointikykyä, mutta sen toiminta vaatii huolellista parametrien valintaa sekä huomioon otettavia viiveitä ja mittauskohinaa. Historiaan liittyen palautekontrolli on keskeinen käsite 1900-luvun puolivälistä alkaen teollisessa automaatiossa, ja siitä on kehittynyt jokapäiväinen perusta monille nykyaikaisille järjestelmille.