Vad är Cascade Control?
i enslingskontroll ställs regulatorns börvärde in av en operatör och dess utgång driver ett slutligt styrelement. Till exempel: en nivåregulator som driver en reglerventil för att hålla nivån vid dess börvärde.
i ett kaskadstyrningsarrangemang finns det två (eller flera) styrenheter av vilka en styrenhets utgång Driver börvärdet för en annan styrenhet. Exempelvis: en nivåregulator som driver börvärdet för en flödesregulator för att hålla nivån vid dess börvärde. Flödesregulatorn driver i sin tur en reglerventil för att matcha flödet med det börvärde som nivåregulatorn begär.
styrenheten som kör börvärdet (nivåstyrenheten i exemplet ovan) kallas primär -, yttre eller huvudstyrenheten. Styrenheten som tar emot börvärdet (flödesregulatorn i exemplet) kallas sekundär -, inre-eller slavstyrenheten.
Cascade control kan förbättra styrsystemets prestanda över single-loop-kontroll när antingen: (1) störningar påverkar en mätbar mellanliggande eller sekundär processutgång som direkt påverkar den primära processutgången som vi vill kontrollera; eller (2) förstärkningen av den sekundära processen, inklusive ställdonet, är olinjär. I det första fallet kan ett kaskadstyrsystem begränsa effekten av störningarna som kommer in i sekundärvariabeln på primärutgången. I det andra fallet kan ett kaskadstyrsystem begränsa effekten av ställdon eller sekundära processförstärkningsvariationer på styrsystemets prestanda. Sådana förstärkningsvariationer uppstår vanligtvis från förändringar i arbetspunkten på grund av börvärdesförändringar eller långvariga störningar.
När ska Cascade Control användas?
Kaskadkontroll ska alltid användas om du har en process med relativt långsam dynamik (som Nivå, Temperatur, komposition, fuktighet) och ett vätske-eller gasflöde, eller någon annan relativt snabb process, måste manipuleras för att kontrollera den långsamma processen. Exempelvis: ändra kylvattenflödeshastighet för att styra kondensortrycket (vakuum) eller ändra ångflödeshastighet för att styra värmeväxlarens utloppstemperatur. I båda fallen bör flödeskontrollslingor användas som inre slingor i kaskadarrangemang.
har Cascade Control några nackdelar?
Kaskadkontroll har tre nackdelar. En, det kräver en ytterligare mätning (vanligtvis flödeshastighet) för att fungera. Två, det finns en extra kontroller som måste ställas in. Och tre, kontrollstrategin är mer komplex – både för ingenjörer och operatörer. Dessa nackdelar måste vägas mot fördelarna med den förväntade förbättringen av kontrollen för att avgöra om kaskadkontroll ska genomföras.
När ska Cascade Control inte användas?
Kaskadkontroll är endast fördelaktig om dynamiken i den inre slingan är snabb jämfört med den yttre slingan. Kaskadkontroll bör i allmänhet inte användas om den inre slingan inte är minst tre gånger snabbare än den yttre slingan, eftersom den förbättrade prestandan kanske inte motiverar den extra komplexiteten.
förutom de minskade fördelarna med kaskadkontroll när den inre slingan inte är signifikant snabbare än den yttre slingan finns det också en risk för interaktion mellan de två slingorna som kan leda till instabilitet – speciellt om den inre slingan är inställd mycket aggressivt.
hur ska Kaskadkontroller ställas in?
ett kaskadarrangemang bör ställas in med början med den innersta slingan. När den är inställd placeras den i kaskadkontroll eller externt börvärde, och sedan är slingan som kör sin börvärde inställd. Använd inte kvartsamplituddämpande inställningsregler (som de omodifierade Ziegler-Nichols och Cohen-Coon-reglerna) för att ställa in kontrollslingor i en kaskadstruktur eftersom det kan orsaka instabilitet om processdynamiken i de inre och yttre slingorna är likartade.