co to jest kontrola kaskadowa?
w sterowaniu z jedną pętlą, nastawa Sterownika jest ustawiana przez operatora, a jego wyjście napędza końcowy element sterujący. Na przykład: sterownik poziomu napędzający zawór regulacyjny, aby utrzymać poziom w punkcie zadanym.
w układzie sterowania kaskadowego istnieją dwa (lub więcej) kontrolery, z których jedno wyjście sterownika napędza nastawę innego kontrolera. Na przykład: regulator poziomu sterujący nastawą regulatora przepływu, aby utrzymać poziom w punkcie nastawy. Z kolei sterownik przepływu napędza zawór regulacyjny, aby dopasować przepływ do zadanego punktu, o który prosi sterownik poziomu.
kontroler sterujący wartością zadaną (kontroler poziomu w powyższym przykładzie) nazywany jest kontrolerem podstawowym, zewnętrznym lub głównym. Kontroler odbierający wartość zadaną (w przykładzie kontroler przepływu) nazywany jest kontrolerem wtórnym, wewnętrznym lub slave.
Kontrola kaskadowa może poprawić wydajność systemu sterowania nad kontrolą z pojedynczą pętlą, gdy: (1) zakłócenia wpływają na mierzalne pośrednie lub wtórne wyjście procesu, które bezpośrednio wpływa na pierwotne wyjście procesu, które chcemy kontrolować; lub (2) wzmocnienie procesu wtórnego, w tym siłownika, jest nieliniowa. W pierwszym przypadku układ sterowania kaskadowego może ograniczyć wpływ zakłóceń wprowadzanych do zmiennej wtórnej na wyjściowe Wyjście pierwotne. W drugim przypadku kaskadowy system sterowania może ograniczyć wpływ zmian wzmocnienia siłownika lub wtórnego procesu na wydajność systemu sterowania. Takie zmiany wzmocnienia zwykle wynikają ze zmian punktu roboczego spowodowanych zmianami nastaw lub trwałymi zakłóceniami.
kiedy należy stosować kontrolę kaskadową?
Kontrola kaskadowa powinna być zawsze używana, jeśli masz proces o stosunkowo powolnej dynamice (jak poziom, temperatura, skład, wilgotność) i przepływ cieczy lub gazu, lub jakiś inny stosunkowo szybki proces, musi być manipulowany, aby kontrolować powolny proces. Na przykład: zmiana natężenia przepływu wody chłodzącej w celu kontroli ciśnienia skraplacza (próżnia) lub zmiana natężenia przepływu pary w celu kontroli temperatury wylotu wymiennika ciepła. W obu przypadkach pętle kontroli przepływu powinny być stosowane jako wewnętrzne pętle w układach kaskadowych.
czy sterowanie kaskadowe ma jakieś wady?
Kontrola kaskadowa ma trzy wady. Po pierwsze, do pracy wymaga dodatkowego pomiaru (zwykle natężenia przepływu). Po drugie, jest dodatkowy kontroler, który musi być dostrojony. Po trzecie, strategia sterowania jest bardziej złożona – zarówno dla inżynierów, jak i operatorów. Te wady należy porównać z korzyściami wynikającymi z oczekiwanej poprawy kontroli, aby zdecydować, czy kontrola kaskadowa powinna zostać wdrożona.
kiedy nie należy stosować kontroli kaskadowej?
Kontrola kaskadowa jest korzystna tylko wtedy, gdy dynamika wewnętrznej pętli jest szybka w porównaniu do tych z pętli zewnętrznej. Kontrola kaskadowa na ogół nie powinna być stosowana, jeśli wewnętrzna pętla nie jest co najmniej trzy razy szybsza niż zewnętrzna pętla, ponieważ lepsza wydajność może nie uzasadniać dodatkowej złożoności.
oprócz zmniejszonych korzyści z kontroli kaskadowej, gdy wewnętrzna pętla nie jest znacznie szybsza niż zewnętrzna pętla, istnieje również ryzyko interakcji między dwiema pętlami, które mogłyby spowodować niestabilność – zwłaszcza jeśli wewnętrzna pętla jest dostrojona bardzo agresywnie.
jak należy stroić sterowanie kaskadowe?
układ kaskadowy powinien być dostrojony zaczynając od najbardziej wewnętrznej pętli. Gdy ten jest dostrojony, jest on umieszczany w sterowaniu kaskadowym lub zewnętrznym trybie nastawy, a następnie dostrajana jest pętla napędzająca jego punkt nastawy. Nie używaj reguł strojenia tłumiącego ćwierć amplitudy (takich jak niezmodyfikowane reguły Zieglera-Nicholsa i Cohena-Coona) do strojenia pętli sterujących w strukturze kaskadowej, ponieważ może to spowodować niestabilność, jeśli dynamika procesu wewnętrznej i zewnętrznej pętli jest podobna.