Säätöpiirit

Säätöpiirit ovat ohjausjärjestelmiä, joissa palautteen avulla pyritään pitämään prosessin tila asetettujen tavoitteiden mukaisena. Tyypillisesti säätöpiiri koostuu mittausanturista, säädöstä (säätimestä), toimilaitteesta ja prosessista. Mittausarvo antaa prosessimuuttujan, asetusarvo määrittää tavoitellun tilan ja virhe e = asetusarvo – prosessimuuttuja lasketaan jatkuvasti. Palautteen avulla säädin säätää toimilaitteen toimintaa siten, että virhe pienenee.

Suljettu säätöpiiri käyttää sensorin mittaamaa arvoa virheen laskemiseen ja ohjaa prosessia vastaavasti. Avoin säätöpiiri ei käytä palautetta; se voi toimia esimerkiksi toistuvissa tai ennakoivissa sovelluksissa, joissa mittaus on epäluotettava tai asetelma ei muutu prosessin aikana.

Säätimet voivat olla P-, I-, D- tai niiden yhdistelmiä, kuten PID-säätö. Proportional-osa reagoi virheeseen suhteessa siihen, integraliosa korvaa pitkäaikaisia virheitä, ja derivaatti ennustaa tulevaa virhettä. Digitaaliset säätimet ovat yleisiä, mutta myös analogisia toteutuksia käytetään. Säätö voidaan toteuttaa lineaarisena transfer-funktiona tai digitaalisesti ohjelmallisesti.

Suunnittelussa tavoitteena ovat vakaus, nopea reagointi ilman suurta ylilyöntiä sekä mahdollisimman pieni pysyvä virhe ja riittävä vasteaika. Säädöt voidaan tehdä manuaalisesti tai automaattisesti; yleisiä menetelmiä ovat Ziegler–Nichols, Cohen–Coon sekä sovelluksiin sovitetut algoritmit. Taajuusvasteen analyysi (Bode, Nyquist) sekä tilallinen malli auttavat arvioimaan vakauden marginaalit.

Sovelluskohteita ovat teollisuusautomaatio, lämpötilansäätö, paine- ja nestekierrot, nopea moottorinohjaus sekä robotiikka. Säätöpiirejä käytetään sekä yksinkertaisissa että monimutkaisissa MIMO-järjestelmissä, joissa useat muuttujat vaikuttavat toisiinsa.