25.1 : תצורות בקר

תצורות בקר חשובות במערכת בקרת השיוט של רכב, שכן הן מנהלות את מהירות הנסיעה לאורך זמן כדי לשמור על קצב עקבי, ללא תלות בתנאי הדרך, ובכך עוזרות לעמוד ביעדי העיצוב. במערכות בקרת מסורתיות, עיצוב בתצורה קבועה כולל מיקום קבוע מראש של הבקר. שינויי ביצועי המערכת ידועים כפיצוי.

פיצוי במערכות בקרה כולל תצורות שונות, בעיקר פיצוי בטור או פיצוי מדורג (cascade compensation), שבו הבקר מיושר עם התהליך. בפיצוי בטור, הבקר ממוקם בטור עם המִתְקֶן (plant), ומשנה את הדינמיקה של המערכת כדי לעמוד בקריטריונים ספציפיים לביצועים. פיצוי במשוב, לעומת זאת, ממקם את הבקר במסלול המשוב המשני, מה שמאפשר כוונון עדין של התנהגות המערכת מבלי להשפיע ישירות על לולאת המשוב הראשית.

בקרת משוב מצב כוללת משוב של משתני המצב דרך רווחים קבועים אמיתיים ליצירת אות הבקרה. שיטה זו יעילה לעיצוב מערכות בקרה בעלות דרישות ביצועים ספציפיות, אך היא עלולה להיות יקרה או לא מעשית במערכות מסדר גבוה בשל הצורך במדידות או הערכות של משתני מצב. בקרת משוב מצב שואפת למקם את הקטבים של המערכת הסגורה במיקומים הרצויים, להשגת ביצועים משופרים במצב המעבר ובמצב התמידי.

תצורות נוספות כוללות פיצוי משוב בטור, המשלב בקר בטור ובקר במשוב כדי לנצל את היתרונות של שניהם. פיצוי במסלול ישיר (feedforward) ממקם את בקר המסלול הישיר בטור עם המערכת הסגורה, ומטפל ישירות בקלט ההפניה כדי לשפר את הביצועים.

בנוסף לתצורות שהוזכרו, דרגות החופש בתצורות בקר משפיעות משמעותית על ביצועי המערכת. תצורות בטור, במשוב ובמשוב מצב הן תצורות בקרה בעלות דרגת חופש אחת (1DOF), וייתכן שיש להן מגבלות במענה לקריטריוני ביצועים מסוימים. תצורות אלו עלולות להציג רגישות גבוהה לשינויים בפרמטרים או עליה מוגזמת בתגובת מדרגה. לעומת זאת, תצורות בעלות שתי דרגות חופש (2DOF) מציעות גמישות משופרת להשגת קריטריוני ביצועים רצויים. מערכת 2DOF מאפשרת כוונון עצמאי של מסלולי המשוב ומעקב ההפניה, מה שמספק שליטה טובה יותר על הדינמיקה של המערכת ועמידות לשינויים בפרמטרים.

לסיכום, בעוד שתצורות 1DOF פשוטות וקלות יותר ליישום, הן עשויות שלא לעמוד בדרישות הביצועים הקפדניות של מערכות בקרת מודרניות. הגמישות של תצורות 2DOF הופכת אותן לכלי חשוב בעיצוב מערכות בקרה מתקדמות, במיוחד ביישומים כמו בקרת שיוט לרכב, שבהם דיוק ועמידות בביצועים הם קריטיים.