co je kaskádové řízení?
v řízení s jednou smyčkou je nastavená hodnota regulátoru nastavena operátorem a jeho výstup pohání konečný řídicí prvek. Například: regulátor hladiny pohánějící regulační ventil, který udržuje hladinu v nastavené hodnotě.
v Kaskádovém řídicím uspořádání existují dva (nebo více) regulátory, z nichž výstup jednoho regulátoru pohání nastavenou hodnotu jiného regulátoru. Příklad: regulátor hladiny řízení nastavenou hodnotu regulátoru průtoku udržet hladinu v nastavené hodnotě. Regulátor průtoku zase pohání regulační ventil tak, aby odpovídal průtoku s nastavenou hodnotou, kterou regulátor hladiny požaduje.
regulátor, který řídí nastavenou hodnotu (regulátor hladiny v příkladu výše), se nazývá primární, vnější nebo hlavní regulátor. Regulátor přijímající nastavenou hodnotu (regulátor průtoku v příkladu) se nazývá sekundární, vnitřní nebo podřízený regulátor.
kaskádové řízení může zlepšit výkon řídicího systému oproti řízení s jednou smyčkou, kdykoli: (1) poruchy ovlivňují měřitelný mezilehlý nebo sekundární procesní výstup, který přímo ovlivňuje primární procesní výstup, který chceme ovládat; nebo (2) zisk sekundárního procesu, včetně pohonu, je nelineární. V prvním případě může kaskádový řídicí systém omezit účinek poruch vstupujících do sekundární proměnné na primární výstup. Ve druhém případě může kaskádový řídicí systém omezit vliv variací zesílení pohonu nebo sekundárního procesu na výkon řídicího systému. Takové změny zisku obvykle vznikají změnami v provozním bodě v důsledku změn žádané hodnoty nebo trvalých poruch.
kdy má být použito kaskádové řízení?
kaskádové řízení by mělo být vždy použito, pokud máte proces s relativně pomalou dynamikou (jako je hladina, teplota, složení, vlhkost) a pro řízení pomalého procesu musí být manipulován tok kapaliny nebo plynu nebo nějaký jiný relativně rychlý proces. Příklad: změna průtoku chladicí vody pro řízení tlaku kondenzátoru (vakuum) nebo změna průtoku páry pro řízení výstupní teploty výměníku tepla. V obou případech by měly být smyčky řízení toku použity jako vnitřní smyčky v kaskádových uspořádáních.
má kaskádové řízení nějaké nevýhody?
kaskádové řízení má tři nevýhody. Za prvé, to vyžaduje další měření (obvykle průtok) pracovat. Za druhé, je zde další ovladač, který musí být naladěn. A za třetí, řídicí strategie je složitější – pro inženýry i operátory. Tyto nevýhody musí být zváženy proti přínosům očekávaného zlepšení kontroly, aby se rozhodlo, zda by měla být zavedena kaskádová kontrola.
kdy by se nemělo používat kaskádové řízení?
kaskádové řízení je výhodné pouze tehdy, pokud je dynamika vnitřní smyčky rychlá ve srovnání s dynamikou vnější smyčky. Kaskádové řízení by se obecně nemělo používat, pokud vnitřní smyčka není alespoň třikrát rychlejší než vnější smyčka, protože Zlepšený výkon nemusí ospravedlnit přidanou složitost.
kromě snížených výhod kaskádového řízení, když vnitřní smyčka není výrazně rychlejší než vnější smyčka, existuje také riziko interakce mezi oběma smyčkami – které by mohly vést k nestabilitě-zejména pokud je vnitřní smyčka naladěna velmi agresivně.
jak by měly být kaskádové ovládací prvky naladěny?
kaskádové uspořádání by mělo být vyladěno počínaje nejvnitřnější smyčkou. Jakmile je naladěn, je umístěn v Kaskádovém řízení nebo v externím režimu nastavené hodnoty a poté je naladěna smyčka, která řídí nastavenou hodnotu. Nepoužívejte pravidla ladění tlumení čtvrtiny amplitudy (jako jsou nemodifikovaná pravidla Ziegler-Nichols a Cohen-Coon) k vyladění ovládacích smyček v kaskádové struktuře, protože může způsobit nestabilitu, pokud je dynamika procesu vnitřní a vnější smyčky podobná.