Palauteohjaus

Palauteohjaus, tai palautepohjainen ohjaus, on ohjausjärjestelmän toimintaperiaate, jossa järjestelmän tuotos mitataan, verrataan tavoitearvoon ja tämän virheen perusteella säädetään järjestelmän ohjausmuuttujaa. Tavoitteena on vähentää virhettä ja palauttaa haluttu tila mahdollisimman nopeasti ja vakaasti, myös häiriöiden ja muuttuvien toimintaympäristöjen sallitessa.

Yleinen rakenne koostuu kohteesta (so. prosessi tai laite, jota ohjataan), sensorista mittaamaan nykytilaa, säädin- tai ohjausyksiköstä sekä toimilaitteesta, joka vaikuttaa järjestelmän tilaan. Palautteen avulla järjestelmä pyrkii pysymään halutulla tasolla käyttämällä negatiivista palautetta, joka pysäyttää tai vastaa virheeseen, sekä harvoin positiivista palautetta, joka voi johtaa järjestelmän kiihtyvään epätoivottuun tilaan. Yleisin ohjausmenetelmä on PID-säädin (proportional–integral–derivative), joka säätää ohjausmuuttujaa virheen, sen integralin ja sen muutoksen perusteella. Palauteohjauksen suunnittelussa tarkastellaan järjestelmän stabiliteettia, vasteaikaa, tarkkuutta sekä robustisuutta häiriöille.

Analyysi ja suunnittelu perustuvat usein matemaattisiin malleihin ja suunnittelumenetelmiin, kuten suljetun silmukan stabiliteetin tutkimiseen käytettäviin menetelmiin (root locus, Nyquist, Bode), sekä suorituskyvyn arviointiin kokeellisesti. Kehityksessä korostuvat digitaaliset ohjausjärjestelmät, suorituskyvyn optimointi sekä kehittyneet lähestymistavat kuten mallipohjainen ohjaus ja asetusoptimointi (model predictive control, MPC).

Sovelluksia löytyy teollisuusprosesseista, automaatiosta, robotiikasta, ajoneuvoista ja ilmailusta sekä biologiasta homeostaattisten ilmiöiden mallintamisesta. Palauteohjaus on keskeinen tekijä nykyaikaisissa ohjausjärjestelmissä, joissa tarkkuus, vakaus ja nopea reagointi ovat olennaisia.