Wat is Cascade Control?
bij één-lusbesturing wordt het instelpunt van de regelaar ingesteld door een operator, en de uitgang drijft een eindbesturingselement aan. Bijvoorbeeld: een niveauregelaar die een regelklep aanstuurt om het niveau op het ingestelde punt te houden.
in een cascade – regeling zijn er twee (of meer) regelaars waarvan de uitgang van een regelaar het instelpunt van een andere regelaar aanstuurt. Bijvoorbeeld: een niveauregelaar die het instelpunt van een stroomregelaar aanstuurt om het niveau op zijn instelpunt te houden. De debietregelaar drijft op zijn beurt een regelklep aan om de debiet af te stemmen op het instelpunt dat de niveauregelaar vraagt.
de controller die het instelpunt aanstuurt (de niveauregelaar in het voorbeeld hierboven) wordt de primaire, buitenste of hoofdcontroller genoemd. De regelaar die het instelpunt ontvangt (stroomregelaar in het voorbeeld) wordt de secundaire, innerlijke of slave regelaar genoemd.
Cascade-besturing kan de prestaties van het besturingssysteem verbeteren ten opzichte van een enkele-lus-besturing wanneer: (1) storingen een meetbare tussen-of secundaire procesoutput beïnvloeden die direct de primaire procesoutput beïnvloedt die wij willen controleren; of (2) de winst van het secundaire proces, inclusief de actuator, niet-lineair is. In het eerste geval kan een cascade-besturingssysteem het effect van de storingen die de secundaire variabele binnenkomen op de primaire uitgang beperken. In het tweede geval kan een cascade-besturingssysteem het effect van actuator-of secundaire procesversterkingsvariaties op de prestaties van het besturingssysteem beperken. Dergelijke winstvariaties ontstaan meestal uit veranderingen in het werkpunt als gevolg van instelpuntveranderingen of aanhoudende verstoringen.
Wanneer moet Cascade Control worden gebruikt?
Cascade controle moet altijd worden gebruikt als u een proces met een relatief langzame dynamiek (zoals niveau, temperatuur, samenstelling, vochtigheid) en een vloeistof-of gasstroom, of een ander relatief snel proces, moet worden gemanipuleerd om het langzame proces te regelen. Bijvoorbeeld: het veranderen van het koelwater debiet om de condensordruk (vacuüm) te regelen, of het veranderen van het stoomdebiet om de uitlaattemperatuur van de warmtewisselaar te regelen. In beide gevallen moeten stromingsregellussen worden gebruikt als binnenste lussen in cascade-arrangementen.
heeft Cascade-controle nadelen?Cascade control heeft drie nadelen. Een, het vereist een extra meting (meestal debiet) om te werken. Twee, Er is een extra controller die moet worden afgestemd. En ten derde is de besturingsstrategie complexer – zowel voor ingenieurs als bedieners. Deze nadelen moeten worden afgewogen tegen de voordelen van de verwachte verbetering van de controle om te beslissen of cascadecontrole moet worden uitgevoerd.
Wanneer mag Cascade Control niet worden gebruikt?Cascade control is alleen nuttig als de dynamiek van de binnenste lus snel is in vergelijking met die van de buitenste lus. Cascade control mag over het algemeen niet worden gebruikt als de binnenste lus niet ten minste drie keer sneller is dan de buitenste lus, omdat de verbeterde prestaties de toegevoegde complexiteit mogelijk niet rechtvaardigen.
naast de verminderde voordelen van cascade controle wanneer de binnenste lus niet significant sneller is dan de buitenste lus, bestaat er ook een risico op interactie tussen de twee lussen die kan resulteren in instabiliteit – vooral als de binnenste lus zeer agressief is afgesteld.
hoe moeten Cascade-besturingselementen worden afgestemd?
een cascade-opstelling moet worden afgestemd vanaf de binnenste lus. Zodra die is afgestemd, wordt het in cascade control geplaatst, of externe instelpuntmodus, en dan wordt de lus die zijn instelpunt aanstuurt, afgestemd. Gebruik geen Quarter-amplitude-demping tuning regels (zoals de ongewijzigde Ziegler-Nichols en Cohen-Coon regels) om controle lussen af te stemmen in een cascade structuur omdat het instabiliteit kan veroorzaken als de procesdynamiek van de binnenste en buitenste lussen zijn vergelijkbaar.