Säätöpiireissä

Säätöpiireissä tarkoitetaan järjestelmää, jossa prosessin arvo (process variable, PV) pyritään pitämään asetetulla tasolla (setpoint, SP) reaaliaikaisella säädöllä. Järjestelmä koostuu prosessista, ohjain- eli säädin, mittauslaitteista sekä toimilaitteista ja palautelinjasta. Negatiivinen palaute pienentää virhettä ja parantaa stabiilisuutta häiriöitä vastaan.

Tyypillisesti säätöpiiri on suljettu kierto, joka toteuttaa negatiivisen palautteen. SISO- ja MIMO-järjestelmissä on yksi tai useampi ohjattava muuttuja. Suljettu kierto vastaa asetetun arvon seuraamista, kun taas avoin kierto ei käytä palautetta.

Matemaattisesti säätöpiiri voidaan kuvata prosessilla P(s) ja ohjaimella C(s). Suljettu kierron siirto T(s) = P(s)C(s) / (1 + P(s)C(s)). Herkkyysfunktio S(s) = 1 / (1 + P(s)C(s)). Näillä voidaan analysoida vakaus ja vaste sekä raidan häiriöt.

Ohjaintyyppejä ovat yleensä P-, PI- ja PID-säätimet; lisävarusteisiin kuuluvat anti-windup ja derivointi rajoituksineen. Digitaaliset ohjaimet toteuttavat säädön näytteenottovälein ja diskretisoinnin avulla; yleisiä diskretisointimenetelmiä ovat Tustinin (bilin) muunnos.

Varmuus, responsi ja suorituskyky osoitetaan mittareilla kuten nousuaika, asettumisajanjakso, ylivuoto sekä pitkäaikainen vakaa virhe. Säätötekniikassa käytetään viritystapoja, kuten Ziegler–Nichols, Cohen–Coon tai IMC, sekä optimointia ja tilaohjausta huipputason säädöissä.

Säätöpiirit ovat keskeisiä teollisuudessa: lämpötilan ja paineen säädöt, nopeuden ja kuljettamisen hallinta sekä kemiallisten prosessien hallinta. Hyvä säädöstäjä huomioi epävarmuuden, mittaushäiriöt ja ajoittaiset muutokset prosessin dynamiikassa.