Print

Principy dopředného řízení

-- 19.06.20

Dopředné řízení, aplikované na proces při omezených a měřitelných narušeních, dokáže udržovat regulovanou veličinu blízko žádané hodnotě.

Tradiční zpětnovazební řízení v mnohém připomíná běh pozpátku. Aniž by se díval na trať, musí se běžec otočený dozadu spoléhat pouze na to, co už má za sebou, aby určil svůj další směr. Při pohledu dozadu se může běžec udržovat ve své dráze pouze úpravou pravolevé polohy, když se okrajové čáry přibližují. Pokud běžec běží příliš rychle, je snadné skončit mimo trať dříve, než se aplikuje korekce směru pohybu (viz obrázek 1).

Průmyslové zpětnovazební řídicí prvky čelí stejné výzvě. Pro udržení řízeného procesu na požadované teplotě, tlaku, průtoku atd. musí čistě zpětnovazební řídicí prvek počkat na výsledky svého působení, pak opravit chyby a podívat se znovu. To obecně není náhodným postupem typu pokus–omyl. Dokonce i když řídicí prvek ví dost o chování procesu, aby mohl provádět kvalifikovaný odhad o potřebných korekcích, vždy se musí tyto korekce provádět až následně.

Proto stejně jako běžec běžící pozpátku musí i čistě zpětnovazební řídicí prvek postupovat obezřetně, aby se vyhnul nadměrnému nebo nedostatečnému korigování minulých chyb. To platí zejména tehdy, když je řídicí prvek navržen s nepřesnými nebo neúplnými znalostmi o chování procesu. Pokud řídicí prvek nedokáže předpovědět možný dopad svých současných regulačních zásahů, nemá jinou možnost než jednat konzervativně v delším časovém intervalu než agresivně v kratším intervalu (viz obrázek 2).

Dívejte se dopředu, ne zpět

Zřejmé řešení dilematu běžce je otočit se a dívat se za běhu dopředu spíše než dozadu. S lepší znalostí nadcházejících oblouků bude běžec hledící dopředu schopen aplikovat mnohem informovanější korekce směru a bude moci běžet mnohem rychleji.

Pozorný běžec může také sledovat trať a přijmout preventivní opatření, aby zůstal uprostřed dráhy, když je vidět blížící se oblouk. Běžec může začít zatáčet doleva přesně podle potřeby, jak je znázorněno v diagramu „Běh vpřed“ na obrázku 3.

Procesní řídicí prvek vybavený senzory schopnými měřit předzvěsti nadcházejících narušení může pracovat rychleji a preventivně. Nemusí čekat na výsledky předchozích regulačních zásahů, které se objevují v měřeních. Senzory a řídicí prvky spolupracují na sledování přicházejících narušení a dodávají informace dopředu, aby pomohly počítat budoucí regulační zásahy.

Příklad dopředného řízení

Klasickou aplikací dopředného řízení je systém rozvodu páry, kde centrální kotel dodává různým zařízením v závodě páru s konstantním tlakem. Když se nečinný stroj rozběhne a začne odebírat z kotle páru, regulátor tlaku může preventivně zesílit topení a přidat další vodu do kotle, pokud systém dokáže určit, kolik páry stroj potřebuje.

Pokud by se regulátor spoléhal výhradně na zpětnou vazbu, musel by počkat, až tlak v kotli poklesne, než se bude snažit kompenzovat dodatečné zatížení. Pokud může předvídat nadcházející narušení, regulátor tlaku bude schopen aktivně zabránit poklesu tlaku, který by zpětnovazební řídicí prvek musel nejprve vidět, než by mohl provést zásah.

Trikem pro efektivní dopředné řízení je měření indikátorů nadcházejících narušení a přesná predikce možných dopadů na regulovanou veličinu. Běžec otočený vpřed nemusí příliš přemýšlet o tom, co má dělat, když je před ním oblouk, avšak dopředný regulátor tlaku bude muset přijímat méně zřejmá rozhodnutí. Bude potřebovat vědět nejen to, kdy se rozběhne určitý stroj, ale také kolik páry bude odebírat a jak přesně tento odběr ovlivní tlak v kotli v průběhu času.

Tyto predikce jsou často prováděny pomocí matematického modelu, jenž ukazuje, jak proces reaguje na měřitelná narušení. Těmito modely mohou být jednoduché náhledové tabulky obsahující dopady narušení naměřené při dřívějších testech anebo složité víceparametrové rovnice na bázi základních zákonů nebo empirických pozorování. Vytvořit nebo alespoň vylepšit matematický model v průběhu času někdy mohou on-line algoritmy učení a další formy umělé inteligence.

To nejlepší ze zpětnovazebního a dopředného řízení

Protože žádný model nemůže být stoprocentně přesný a protože regulovanou veličinu také pravděpodobně ovlivní i další neměřitelné rušivé vlivy, dopředný řídicí prvek se téměř vždy kombinuje se zpětnovazebním řídicím prvkem. Dopředný řídicí prvek co možná nejlépe odhadne potřebný regulační zásah pro kompenzaci blížícího se rušivého vlivu a zpětnovazební řídicí prvek chod zefektivní. Zpětnovazební řídicí prvek měří čistý dopad rušivého vlivu a preventivních zásahů dopředného řídicího prvku a poté kompenzuje případné odchylky regulované veličiny, kterým dopředný řídicí prvek nedokázal předejít.

Dopředné řídicí prvky může být obtížné implementovat. Návrh dopředného řídicího systému je náročný, když chování procesu není dobře pochopeno, proměnné rušivých vlivů jsou těžko měřitelné nebo je jich příliš mnoho.

Nesprávně navržený dopředný řídicí prvek může někdy dopady rušivých vlivů ještě zesílit a ztížit tak práci zpětnovazebnímu řídicímu prvku.

Méně energie a menší opotřebení

Úsilí věnované implementaci dopředného řídicího prvku se může vyplatit, pokud jsou rušivé vlivy příliš časté nebo příliš velké a zpětnovazební řídicí prvek samotný by na ně nestačil. Dobře navržený dopředný řídicí prvek může snížit dopady velkých narušení na pouhé drobné výchylky regulované veličiny. Pokud to navíc eliminuje oscilační chování čistě zpětnovazebního řídicího prvku, kombinovaný dopředný/zpětnovazební řídicí prvek bude používat méně energie tím, že sníží počet řídicích zásahů. Méně řídicích zásahů také snižuje opotřebení akčního prvku, který se používá pro realizaci výstupu řídicího prvku do procesu.

Tento výukový přehled časopisu Control Engineering upravili Chris Vavra a Mark T. Hoske, mhoske@cfemedia.com, CFE Media.

Autor: Chris Vavra + Mark T. Hoske, CFE Media


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Nekonvenční zdroje elektrické energie
2020-08-04 - 2020-08-06
Místo: Hotel Ryšavý, Vémyslice
Dny teplárenství a energetiky
2020-09-08 - 2020-09-09
Místo: KC ALDIS, Hradec Králové
Digitální výroba 2020
2020-09-09 - 2020-09-10
Místo: Praha
Digitální logistika 2020
2020-09-10 - 2020-09-10
Místo: Praha
Potravinářství + Farmacie 2020
2020-09-22 - 2020-09-22
Místo: Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2020 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI