Co je Cascade Control?
v řízení s jednou smyčkou je nastavená hodnota regulátoru nastavena operátorem a jeho výstup pohání konečný řídicí prvek. Například: regulátor hladiny pohánějící regulační ventil, který udržuje hladinu v nastavené hodnotě.

V kaskádě řídící uspořádání, jsou tam dva (nebo více) regulátory, z nichž jeden řadič výstup řídí nastavený bod jiný řadič. Příklad: regulátor hladiny řízení nastavenou hodnotu regulátoru průtoku udržet hladinu v nastavené hodnotě. Regulátor průtoku zase pohání regulační ventil tak, aby odpovídal průtoku s nastavenou hodnotou, kterou regulátor hladiny požaduje.

regulátor jízdy (na úrovni správce v příkladu výše), se nazývá primární, vnější, nebo master controller. Regulátor přijímající nastavenou hodnotu (regulátor průtoku v příkladu) se nazývá sekundární, vnitřní nebo podřízený regulátor.

jaké jsou výhody Kaskádového řízení?
Existuje několik výhod kaskádového řízení, a většina z nich se redukuje na izolaci pomalé regulační smyčky z nelinearity v závěrečné kontrolní prvek. Ve výše uvedeném příkladu je relativně pomalá regulační smyčka úrovně izolována od jakýchkoli problémů s regulačním ventilem tím, že tyto problémy řeší smyčka řízení rychlého toku.

Představte si, že regulační ventil má problém s lepením (viz blog o problémech s ventilem.) Bez smyčky řízení toku bude smyčka řízení hladiny (pohánějící lepivý ventil)nepřetržitě oscilovat v cyklu skluzu s dlouhou (pomalou) periodou, což pravděpodobně ovlivní následný proces. S rychlou regulační smyčkou na místě způsobí lepivý regulační ventil kmitání, ale v mnohem kratším (rychlejším) období v důsledku inherentního rychlého dynamického chování dobře vyladěné průtokové smyčky. Je pravděpodobné, že rychlé oscilace budou zeslabeny následným procesem, aniž by měly velký nepříznivý účinek.

nebo si představte, že regulační ventil má nelineární průtokovou charakteristiku (viz blog o problémech s ventily.) To vyžaduje, aby řídicí smyčka, která ji řídí, byla odpojena, aby byla zachována stabilita v celém možném rozsahu průtoků. (Samozřejmě existují lepší způsoby, jak se vypořádat s nelinearitami, ale to je téma jiného blogu.) Pokud regulátor hladiny přímo pohání ventil, musí být odpojen, aby byla zachována stabilita-což může mít za následek velmi špatnou kontrolu hladiny. V Kaskádovém regulačním uspořádání se smyčkou řízení toku, která řídí ventil, bude průtoková smyčka odpojena, aby byla zachována stabilita. To bude mít za následek relativně špatné řízení toku, ale protože průtoková smyčka je dynamicky mnohem rychlejší než hladinová smyčka, smyčka regulace hladiny je stěží ovlivněna.

kdy má být použito kaskádové řízení?
Cascade control by měl být vždy použit, pokud máte proces s relativně pomalou dynamikou (jako je hladina, teplota, složení, vlhkost) a kapaliny nebo plynu, nebo některé další relativně rychlý proces, musí být upraveny tak, aby ovládání pomalý proces. Například: změna průtoku chladicí vody pro řízení tlaku kondenzátoru (vakuum) nebo změna průtoku páry pro řízení výstupní teploty výměníku tepla. V obou případech by měly být smyčky řízení toku použity jako vnitřní smyčky v kaskádových uspořádáních.

má kaskádové řízení nějaké nevýhody?
kaskádové řízení má tři nevýhody. Za prvé, to vyžaduje další měření (obvykle průtok) pracovat. Za druhé, je zde další ovladač, který musí být naladěn. A za třetí, řídicí strategie je složitější – pro inženýry i operátory. Tyto nevýhody musí být zváženy proti přínosům očekávaného zlepšení kontroly, aby se rozhodlo, zda by měla být zavedena kaskádová kontrola.

kdy se nemá používat Cascade Control?
kaskádové řízení je výhodné pouze v případě, že dynamika vnitřní smyčky je rychlá ve srovnání s dynamikou vnější smyčky. Kaskádové řízení by se obecně nemělo používat, pokud vnitřní smyčka není alespoň třikrát rychlejší než vnější smyčka, protože Zlepšený výkon nemusí ospravedlnit přidanou složitost.

kromě zmenšil výhody kaskády kontrolu, když vnitřní smyčky je výrazně rychlejší než vnější smyčky, tam je také riziko, že interakce mezi dvěma smyčkami, které by mohly mít za následek nestabilitu – zvláště je-li vnitřní smyčka je naladěni velmi agresivně.

jak mají být kaskádové ovládací prvky vyladěny?
kaskádové uspořádání by mělo být vyladěno počínaje nejvnitřnější smyčkou. Jednou, že jeden je naladěn, je umístěn v cascade control, nebo externí set point režimu, a pak smyčka řízení jeho set point je naladěn. Nepoužívejte čtvrtletí-amplituda-tlumení ladění pravidel (např. nemodifikované Ziegler-Nichols a Cohen-Coon pravidla) k ladění řídicích smyček v kaskádové struktuře, protože to může způsobit nestabilitu pokud proces dynamiky vnitřní a vnější smyčky jsou podobné.