mikä on Cascade Control?
yksisilmukkaisessa ohjauksessa ohjaimen asetuspisteen määrää operaattori,ja sen ulostulo ajaa lopullisen ohjauselementin. Esimerkiksi: tasonsäädin, joka ohjaa säätöventtiiliä pitääkseen tason asetuspisteessään.

kaskadiohjausjärjestelyssä on kaksi (tai useampia) ohjainta, joista yhden ohjaimen lähtö ajaa toisen ohjaimen asetuspistettä. Esimerkiksi: tasosäädin, joka ohjaa virtaussäätimen asetuspistettä, jotta taso pysyy asetuspisteessään. Virtauksen ohjain puolestaan ajaa säätöventtiiliä, joka vastaa virtausta tasonsäätimen pyytämän asetuspisteen kanssa.

asetuspistettä ajavaa ohjainta (yllä olevassa esimerkissä olevaa tasosäädintä) kutsutaan ensisijaiseksi, ulommaksi tai pääohjaimeksi. Asetuspisteen vastaanottavaa ohjainta (virtausohjainta esimerkissä) kutsutaan toissijaiseksi, sisäiseksi tai orjaohjaimeksi.

mitkä ovat Kaskadiohjauksen edut?
kaskadiohjauksessa on useita etuja, ja useimmat niistä liittyvät hitaan ohjaussilmukan eristämiseen epälineaarisuudesta lopullisessa ohjauselementissä. Yllä olevassa esimerkissä suhteellisen hidas tasonsäätösilmukka eristetään kaikista säätöventtiiliongelmista siten, että nopea virtaussäätösilmukka käsittelee näitä ongelmia.

Kuvittele, että säätöventtiilissä on tikkausongelma (katso blogia venttiiliongelmista.) Ilman virtauksen säätösilmukkaa tasonsäätösilmukka (tahmean venttiilin ajaminen) värähtelee jatkuvasti stick-slip-syklissä pitkällä (hitaalla) jaksolla, mikä vaikuttaa melko todennäköisesti loppupään prosessiin. Nopean virtauksen säätösilmukan ollessa paikallaan tahmea säätöventtiili aiheuttaa sen värähtelyn, mutta paljon lyhyemmällä (nopeammalla) jaksolla, joka johtuu hyvin viritetyn virtaussilmukan luontaisesta nopeasta dynaamisesta käyttäytymisestä. On todennäköistä, että nopea heilahtelu vaimenee jatkokäsittelyprosessissa ilman, että sillä on suurta kielteistä vaikutusta.

tai kuvitellaan, että säätöventtiilillä on epälineaarinen virtausominaisuus (KS.venttiiliongelmia käsittelevä blogi.) Tämä edellyttää sitä ajavan säätösilmukan irrottamista vakauden säilyttämiseksi kaikilla mahdollisilla virtausnopeuksilla. (Tietenkin on olemassa parempia tapoja käsitellä epälineaarisuutta, mutta se on toisen blogin aihe.) Jos tasonsäädin ohjaa suoraan venttiiliä, se on erotettava vakauden säilyttämiseksi, mikä voi johtaa erittäin huonoon tasonsäätöön. Kaskadiohjausjärjestelyssä, jossa virtauksen säätösilmukka ohjaa venttiiliä, virtaussilmukka detunoidaan vakauden säilyttämiseksi. Tämä johtaa suhteellisen huonoon virtauksen säätöön, mutta koska virtaussilmukka on dynaamisesti niin paljon nopeampi kuin tasosilmukka, tasonsäätösilmukka tuskin vaikuttaa.

milloin Kaskadiohjausta tulisi käyttää?
Kaskadiohjausta tulee käyttää aina, jos prosessi, jonka dynamiikka on suhteellisen hidas (kuten taso, lämpötila, koostumus, kosteus) ja neste-tai kaasuvirtaa tai jotain muuta suhteellisen nopeaa prosessia on manipuloitava hitaan prosessin ohjaamiseksi. Esimerkiksi: jäähdytysveden virtauksen muuttaminen lauhduttimen paineen (tyhjiö) säätämiseksi tai höyryvirran muuttaminen lämmönvaihtimen ulostulolämpötilan säätämiseksi. Molemmissa tapauksissa virtauksen säätösilmukoita tulisi käyttää sisäsilmukoina kaskadijärjestelyissä.

Onko Kaskadiohjauksesta haittaa?
Kaskadinhallinnassa on kolme haittapuolta. Yksi, se vaatii ylimääräisen mittauksen (yleensä virtausnopeus) toimiakseen. Kaksi, on ylimääräinen ohjain, joka on viritettävä. Ja kolmanneksi, ohjausstrategia on monimutkaisempi-insinööreille ja operaattoreille. Näitä haittoja on punnittava suhteessa torjunnan odotetusta parantumisesta saataviin hyötyihin, jotta voidaan päättää, olisiko kaskadinhallinta toteutettava.

milloin Kaskadiohjausta ei tulisi käyttää?
Kaskadiohjauksesta on hyötyä vain, jos sisemmän silmukan dynamiikka on nopea verrattuna ulomman silmukan dynamiikkaan. Kaskadiohjausta ei yleensä tulisi käyttää, jos sisempi silmukka ei ole vähintään kolme kertaa nopeampi kuin ulompi silmukka, koska parantunut suorituskyky ei välttämättä oikeuta lisättyä monimutkaisuutta.

sen lisäksi, että kaskadiohjauksen hyödyt ovat pienentyneet, kun sisempi silmukka ei ole merkittävästi nopeampi kuin ulompi silmukka, on olemassa myös kahden silmukan välisen vuorovaikutuksen riski, joka voi aiheuttaa epävakautta – varsinkin jos sisempi silmukka on viritetty hyvin aggressiivisesti.

miten Kaskadisäätimet pitäisi virittää?
kaskadijärjestely viritetään sisimmästä silmukasta alkaen. Kun se on viritetty, se asetetaan kaskadiohjaukseen eli ulkoiseen asetuspistetilaan, ja sitten sen asetuspistettä ajava silmukka viritetään. Älä käytä quarter-Amplitudi-vaimennussääntöjä (kuten muokkaamattomia Ziegler-Nichols-ja Cohen-Coon-sääntöjä) säätösilmukoiden virittämiseen kaskadirakenteessa, koska se voi aiheuttaa epävakautta, jos sisempien ja ulompien silmukoiden prosessidynamiikka on samanlainen.