Säätöalgoritmeja

Säätöalgoritmit ovat ohjausjärjestelmissä käytettyjä matematiikkaan perustuvia menetelmiä, joiden tehtävänä on muuttaa toimilaitteen vasteita siten, että järjestelmän ulostulo seuraa haluttua referenssiä. Ne hyödyntävät mittausarvoja palautteena ja pyrkivät kompensoimaan häiriöitä sekä epävarmuuksia.

Yleisimpiä ovat klassiset säätimet kuten P-, PI- ja erityisesti PID-säätimet (proportional-integral-derivative). PID-säätimillä voidaan hallita monia prosesseja; lisäksi käytetään PI- tai P-säätimiä yksinkertaisempiin tehtäviin. Laajempia järjestelmiä suunniteltaessa käytetään state-space- ja mallipohjaisia menetelmiä, kuten MPC (model predictive control), LQR ja H-infinity -sääntöjä.

Digitaaliset säätöalgoritmit toteutetaan yleisimmin näytteenottoisina, jolloin järjestelmä on diskreetti ja vaste määritellään ajanjaksoittain. Discretizationin ja z-transformation avulla voidaan muuntaa jatkuva malli digitaaliseksi.

Suunnittelussa tavoitteena ovat vakaus, hyvä vaste sekä kestävyys häiriöille ja parametrit muuttuville prosesseille. Tuning-menetelmiä ovat esimerkiksi Ziegler-Nichols, Cohen-Coon ja IMC-perusteiset lähestymistavat; ne antavat arvoja P- ja I-päätteille sekä D- tai integraalisen vasteen säädettäväksi.

Säätöalgoritmeja sovelletaan teollisuudessa, kuten prosessiteollisuudessa, automaatiossa, robotiikassa ja energia-alalla. Haasteita ovat ei-lineaarisuus, viiveet sekä mittauskohinan aiheuttama epävarmuus, jotka rajoittavat suorituskykyä.