Kaskadisäädön anti-windup-toteutus MATLABin S-funktiolla

Abstract

Kaskadisäätö on kehittynyt säätöpiirirakenne, jota käytetään yleisesti esimerkiksi prosessiteollisuudessa. Rakenne koostuu kahdesta tai useammasta itsenäisestä säätimestä ja sen hyöty perustuu kasvaneeseen järjestelmästä saatavan mittaustiedon määrään. Anti-windup viittaa toimilaitteiden rajallisista kyvyistä johtuvien ongelmien huomioimiseen. Windup-ilmiön mahdollisuus on huomioitava kaikissa säätöpiirin säätimissä siten, että yhdessä säätimessä tapahtuva erikoistilanne ei vaikuta negatiivisesti muiden piirissä olevien säätimien toimintaan. Tässä työssä toteutetaan kaskadisäätöpiirin simulaattori käyttäen MATLABin S-funktiota PI-tyyppisten säätimien luomiseen. Toteutetussa kaskadipiirissä on anti-windup-toiminto, joka on luotu käyttäen tracking back-calculation -rakennetta. Tässä työssä huomioitavat erikoistilanteet ovat kaskadipiirin sekundäärisäätimen paikallisen asetusarvon kytkentä ja sekundäärisäätimen manuaalinen ohjaus. S-funktioilla toteutetun simulaattorin oikeellinen toiminta varmistetaan tekemällä samanlainen kaskadipiirin simulaattori alkeislohkoja käyttäen. Toteutusten eroja vertaillaan ajamalla simulaattorien läpi testiskenaario, joka simuloi toimilaitteen saturoitumista, sekundäärisäätimen paikallisen asetusarvon, sekundäärisäätimen manuaaliohjauksen käyttöä sekä askelmaisen häiriön vaikutusta säätöpiirin ulostuloon. Häiriöitä kohdistetaan sekä simulaattorissa ohjattavan järjestelmän primääri- että sekundääriprosessiin. Simulaattorissa ohjattava järjestelmä ei perustu mihinkään reaaliseen järjestelmään ja sen ominaisuudet on valittu mielivaltaisesti. Työssä toteutetun simulaattorin pohjalta on mahdollista luoda simulaattori mitä tahansa kaksitasoista kaskadisäätöpiiriä varten.