25.1 : Konfiguracje kontrolerów

Konfiguracje kontrolerów są kluczowe w systemie tempomatu samochodu, ponieważ zarządzają prędkością w czasie, aby utrzymać stałe tempo niezależnie od warunków drogowych, spełniając tym samym cele projektowe. W tradycyjnych systemach sterowania projekt o stałej konfiguracji obejmuje z góry określone rozmieszczenie kontrolerów. Modyfikacje wydajności systemu są znane jako kompensacja.

Kompensacja układu sterowania obejmuje różne konfiguracje, najczęściej kompensację szeregową lub kaskadową, w której regulator dostosowuje się do procesu. W kompensacji szeregowej regulator jest umieszczany szeregowo z zakładem, modyfikując dynamikę systemu w celu spełnienia określonych kryteriów wydajności. Kompensacja sprzężenia zwrotnego z drugiej strony umieszcza regulator w ścieżce podrzędnego sprzężenia zwrotnego. Ta metoda umożliwia precyzyjne dostrojenie zachowania systemu bez bezpośredniego wpływu na główną pętlę sprzężenia zwrotnego.

Sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym stanu polega na sprzężeniu zwrotnym zmiennych stanu za pomocą stałych rzeczywistych wzmocnień w celu wygenerowania sygnału sterującego. Ta metoda jest skuteczna w projektowaniu systemów sterowania o określonych wymaganiach wydajnościowych. Może być jednak kosztowna lub niepraktyczna w przypadku systemów wyższego rzędu ze względu na konieczność pomiarów lub oszacowań zmiennych stanu. Sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym stanu ma na celu umieszczenie biegunów pętli zamkniętej w pożądanych lokalizacjach, co pozwala uzyskać lepszą wydajność przejściową i ustaloną.

Inne konfiguracje obejmują szeregową kompensację sprzężenia zwrotnego, która łączy kontroler szeregowy i sprzężenia zwrotnego, aby wykorzystać zalety obu. Kompensacja sprzężenia zwrotnego umieszcza kontroler sprzężenia zwrotnego szeregowo z systemem pętli zamkniętej, bezpośrednio adresując wejście odniesienia w celu zwiększenia wydajności.

Oprócz wyżej wymienionych konfiguracji, stopnie swobody w konfiguracjach kontrolera znacząco wpływają na wydajność systemu. Seria, sprzężenie zwrotne i sprzężenie zwrotne stanu to konfiguracje kontrolera o jednym stopniu swobody (1DOF), które napotykają ograniczenia w spełnianiu określonych kryteriów wydajności. Konfiguracje te mogą wykazywać słabą wrażliwość na zmiany parametrów lub nadmierne przeregulowanie w odpowiedzi skokowej. Natomiast konfiguracje o dwóch stopniach swobody (2DOF) oferują zwiększoną elastyczność w osiąganiu pożądanych kryteriów wydajności. System 2DOF umożliwia niezależne dostrajanie ścieżek śledzenia sprzężenia zwrotnego i odniesienia, zapewniając lepszą kontrolę nad dynamiką systemu i odporność na zmiany parametrów.

Podsumowując, chociaż konfiguracje 1DOF są prostsze i łatwiejsze do wdrożenia, nie zawsze spełniają rygorystyczne wymagania wydajnościowe nowoczesnych systemów sterowania. Elastyczność konfiguracji 2DOF sprawia, że ​​są one cennym narzędziem w projektowaniu zaawansowanych systemów sterowania, szczególnie w zastosowaniach takich jak tempomat samochodowy, gdzie precyzyjna wydajność i wytrzymałość mają kluczowe znaczenie.