säätöjärjestelmässä

Säätöjärjestelmä on laitteiden ja algoritmien muodostama kokonaisuus, jonka tehtävänä on ohjata jokin prosessin tilaa siten, että se seuraa asetettua arvoa mahdollisimman tarkasti. Järjestelmä mittaa todellisen tilan muuttujaa sensorin avulla, vertaa sitä asetettuun arvoon ja käyttää saamansa virheen perusteella säätöä, jolla prosessin toimintaa muokataan. Yleensä järjestelmä toimii suljetussa kiertojärjestelmässä, jossa palautesignaali vaikuttaa suoraan toimintaan.

Keskeiset komponentit ovat mittauslaite, säätölaite (ohjain), toimilaite (aktuator) sekä kontrolloitu prosessi. Asettettu arvo ja mitattu arvo muodostavat virheen, jonka mukaan ohjain tuottaa komentosignaalin toimilaitteelle. Säätö voidaan toteuttaa analogisesti tai digitaalisesti, jatkuvana tai aallon muotoisena, ja se voi hyödyntää erilaisia algoritmeja riippuen järjestelmän vaatimuksista.

Yleisimmät säädöt perustuvat PID-periaatteeseen, jossa virhe käsitellään proportional-, integral- ja derivative-termien yhdistelmällä. Koska monet käytännön järjestelmät ovat epälineaarisia tai niihin vaikuttavat viiveet, käytetään myös adaptiivisia, robusti- tai tilamallipohjaisia ratkaisuja. Järjestelmien mallintaminen ja analysointi tapahtuvat usein siirtofunktion tai tilamallin avulla, ja vakauden sekä suorituskyvyn arviointi voi hyödyntää menetelmiä kuten Bode-näyttö, Nyquist-kaavio tai root locus.

Käyttökohteita ovat teollisuusprosessit, lämpötilan ja paineen säätö, nopeuden hallinta, nesteytys sekä ilman- ja vesijärjestelmien ohjaus. Tärkeimpiä tavoitteita ovat järjestelmän vakaus, nopea reagointi, minimaalinen asetusvirhe sekä hyvä pitkäaikainen tarkkuus. Haasteita tuovat viiveet, häiriöt, mittausvirheet ja epälineaarisuus, jotka vaikuttavat suunnitteluun ja toteutukseen.