Dopředné řízení

-- 30.05.10 20:17

Tradiční zpětnovazební řízení bývá přirovnáváno k jízdě autíčkem na autodromu pozpátku. Bez výhledu na prostor vpředu se musí řidič dívat dozadu, aby se rozhodl, kam jet. Úprava směru jízdy může proběhnout až po vyjetí vozu z trasy. Dopředné řízení více odpovídá jízdě vozem dopředu, takže řidič může o úpravě směru rozhodovat před dosažením příští zatáčky. Když řidič vidí, že překážka před ním by narušila požadovanou trajektorii, může provést preventivní zásah, který minimalizuje případné následné odchýlení. U průmyslových aplikací může dopředný řídicí prvek obdobně minimalizovat následky rušivého vlivu, ale jen v případě, že tento rušivý vliv lze změřit nebo vypočíst dříve, než ovlivní regulovanou veličinu.

Klasickým příkladem je systém rozvodu páry, kde centrální kotel dodává zařízení závodu páru s konstantním tlakem. Když se nečinný stroj rozběhne a začne odebírat z kotle páru, regulátor tlaku může preventivně zesílit topení a přidat vodu do kotle, pokud ví, kolik páry bude stroj potřebovat. Kdyby se musel tlakový regulátor spoléhat pouze na zpětnovazební řízení, musel by čekat, až tlak v kotli poklesne, a až poté kompenzovat s ohledem na novou zátěž. Tajemství efektivního dopředného řízení spočívá v přesném předvídání důsledků naměřených rušivých vlivů. Zkušený řidič vozíku na autodromu dokáže snadno rozhodnout, jak objet blížící se překážku. U rozvodu páry musí dopředný tlakový regulátor přesně vědět, kdy se určitý stroj rozběhne a kolik páry bude potřebovat.

Matematické modely dokážou předvídat, jak bude proces reagovat na měřitelné rušivé vlivy a na zásahy řídicího prvku. Protože model nemůže být stoprocentně přesný a protože regulovanou veličinu mohou ovlivnit i další neměřitelné rušivé vlivy, dopředný řídicí prvek se téměř vždy kombinuje se zpětnovazebním řídicím prvkem, aby se z obou vytěžilo co nejvíce. Dopředný řídicí prvek co možná nejlépe odhadne, jak upravit regulační zásah pro kompenzaci blížícího se rušivého vlivu, a zpětnovazební řídicí prvek chod zefektivní. Měří čistý dopad rušivého vlivu a preventivních zásahů dopředného řídicího prvku a poté kompenzuje případné odchylky regulované veličiny, kterým dopředný řídicí prvek nedokázal předejít.

Implementace dopředných řídicích prvků může být složitá, zejména pokud není chování procesu dobře chápáno nebo pokud jsou rušivé vlivy těžko měřitelné anebo je jich příliš mnoho. Nesprávně navržený dopředný řídicí prvek může také rušivý vliv ještě zesílit a ztížit tak práci zpětnovazebnímu řídicímu prvku. Přesto se může úsilí věnované implementaci dopředného řídicího prvku vyplatit, pokud jsou rušivé vlivy příliš časté nebo příliš velké, že by na ně samotný zpětnovazební řídicí prvek nestačil. Dobře navržený dopředný řídicí prvek může snížit dopady velkých změn zatížení na pouhé drobné výchylky regulované veličiny.

Ce

Vance VanDoren, Ph.D., P.E., je konzultant časopisu Control Engineering. Kontaktovat jej můžete na adrese controleng@msn.com.

Autor: Vance VanDoren, Ph.D., P.E., Control Engineering