säätöalgoritmeilla

Säätöalgoritmeilla tarkoitetaan menetelmiä, joiden avulla dynaamisten järjestelmien käyttäytymistä säädetään kohti toivottua tilaa. Säätöjärjestelmä sisältää yleensä kolme osaa: mittausantureista saatu palaute, ohjausalgoritmin (säätimen) tuottama ohjaus sekä toimilaitteet, jotka vaikuttavat prosessiin. Järjestelmä voi toimia jatkuvassa tai diskreettisessä ajassa, ja tavoitteena on minimoida poikkeama sekä saavuttaa vakaasti määritelty vaste.

Yleisimmät säätöalgoritmit ovat PID-ohjaus (proportionaalinen, integroiva ja derivatiivinen osa), joka soveltuu moniin lineaarisiin prosesseihin. Muita yleisesti käytettyjä lähestymistapoja ovat mallipohjainen ohjaus (MPC), lineaarinen kvadraattinen regulaattori (LQR) sekä adaptiivinen ja robusti ohjaus. Epälineaaristen järjestelmien ratkaisuihin liittyvät menetelmät kuten fuzzy-ohjaus voivat täydentää muita ratkaisuja. Algoritmeja voidaan suunnitella niin, että ne huomioivat mittausviiveet, rajoitteet ja ennusteet.

Suunnittelu alkaa järjestelmän mallintamisesta ja identifioinnista sekä simuloinnista. Säätöarvojen virittäminen (tuning) voidaan tehdä manuaalisesti tai automaattisesti, esimerkiksi Ziegler-Nichols- tai Cohen-Coon -menetelmillä. Suorituskykyä arvioidaan vasteajoilla, kuten nousu- ja vakiintumisajalla sekä pysyvällä virheellä.

Säätöalgoritmeja sovelletaan laajasti: prosessiteollisuudessa (kemikaalit, öljy ja kaasut, elintarvikkeet), energian ja HVAC-järjestelmien sekä robotiikan, auto- ja ilmailuteollisuuden kaltaisissa sovelluksissa ja muissa automatisoiduissa järjestelmissä.

Haasteisiin kuuluvat epälineaarisuus, viiveet, epävarmuudet sekä mittaus- ja toimilaitteiden rajoitteet. Digitalisaatio ja verkottuminen mahdollistavat suuremman datan hyödyntämisen sekä etäohjauksen, mutta tuovat myös tietoturva- ja luotettavuusvaatimuksia.