Virranohjaus

Virranohjaus on järjestelmän virran hallinnan tai säädön toimintaa. Termiä käytetään sekä sähköisessä kontekstissa, jossa kyse on sähkövirran säätelystä, että neste- tai kaasuvirrauksen hallinnassa, jolloin käsitellään virtausten suuntaa ja nopeutta. Tavoitteena on saavuttaa haluttu virran tai virtauksen arvo sekä parantaa järjestelmän suorituskyky, turvallisuus ja energiatehokkuus.

Elektroniset ja sähkökoneisiin liittyvät sovellukset muodostavat suurimman osan virranohjauksesta. Siinä mittaukseen käytetään yleisesti shunt-resistoreita tai Hall-anturit, ja toimilaitteina ovat MOSFET- tai IGBT-kytkimet sekä invertterit. Säädöt toteutetaan erilaisilla algoritmeilla, kuten PID- sekä mallipohjaisilla menetelmillä, usein yhdistettynä ennakoivaan säätöön (MPC). Virtakytkinten hallitsema virta säädetään useimmiten pulssinleveysmodulaatiolla (PWM), jolloin saavutetaan tarkka virran rajoitus, alhainen virheripple sekä suojatoiminnot ylivirralta.

Neste- tai kaasuvirrauksen ohjaus kattaa sovelluksia aerodynamiikassa, hydrauliikassa ja kemiallisissa prosesseissa. Ohjaus voi olla passiivista, esimerkiksi kanavien geometrian ja pintojen muotoilulla, tai aktiivista, kuten pienillä suuttimilla, venttiileillä ja muilla virtausta muokkaavilla aktuaattoreilla. Tavoitteita ovat virtausnopeuden ja suunnan hallinta, laminaarisuuden säilyttäminen sekä lämmönsiirron ja sekoittumisen optimointi.

Haasteita ovat mittauskohina, viivuus ja järjestelmän epälineaarisuus sekä rajallinen vasteaika. Ratkaisuiksi käytetään robust- tai adaptive-ohjausta sekä ennakoivaa ohjausta ja sensorifuusiota.