mi az a Kaszkádvezérlés?
az egyhurokos vezérlésnél a vezérlő alapértékét egy operátor állítja be, kimenete pedig egy végső vezérlőelemet hajt. Például: egy szintszabályozó, amely egy vezérlőszelepet vezet, hogy a szintet a beállított ponton tartsa.

kaszkádvezérlési elrendezésben két (vagy több) vezérlő van, amelyek közül az egyik vezérlő kimenete meghajtja egy másik vezérlő alappontját. Például: a szintszabályozó vezetés a beállított pont egy áramlásszabályozó tartani a szintet a beállított ponton. Az áramlásszabályozó viszont egy vezérlőszelepet hajt meg, hogy megfeleljen az áramlásnak a szintszabályozó által kért beállítási ponttal.

a beállított pontot vezérlő vezérlőt (a fenti példában szereplő szintvezérlőt) elsődleges, külső vagy fő vezérlőnek nevezzük. A beállított pontot fogadó vezérlőt (a példában az áramlásszabályozót) másodlagos, belső vagy slave vezérlőnek nevezzük.

milyen előnyei vannak a Kaszkádvezérlésnek?
a kaszkádvezérlésnek számos előnye van, és ezek többsége egy lassú vezérlőhurok elkülönítésére szolgál a végső vezérlőelem nemlinearitásaitól. A fenti példában a viszonylag lassú szintű vezérlőhurok el van szigetelve minden vezérlőszelep problémától azáltal, hogy a gyors áramlásszabályozó hurok foglalkozik ezekkel a problémákkal.

képzelje el, hogy a vezérlőszelepnek ragasztási problémája van (lásd a szelepproblémákról szóló blogot.) Az áramlásszabályozó hurok nélkül a szintszabályozó hurok (a ragadós szelep vezetése) folyamatosan oszcillál egy bot-csúszási ciklusban, hosszú (lassú) periódussal, ami valószínűleg befolyásolja a downstream folyamatot. Ha a gyors áramlásszabályozó hurok a helyén van, a ragadós vezérlőszelep oszcillálni fog, de sokkal rövidebb (gyorsabb) periódusban, a jól hangolt áramlási hurok eredendő Gyors dinamikus viselkedése miatt. Valószínű, hogy a gyors oszcillációkat a downstream folyamat gyengíti anélkül, hogy sok káros hatása lenne.

vagy képzelje el, hogy a vezérlőszelep nemlineáris áramlási jellemzővel rendelkezik (lásd a szelepproblémákról szóló blogot.) Ez megköveteli, hogy az azt hajtó vezérlőhurok hangolva legyen, hogy fenntartsa a stabilitást az áramlási sebességek lehetséges tartományában. (Természetesen vannak jobb módszerek a nemlinearitások kezelésére, de ez egy másik blog témája.) Ha a szintszabályozó közvetlenül hajtja a szelepet, akkor azt a stabilitás fenntartása érdekében le kell hangolni – ami valószínűleg nagyon rossz szintszabályozást eredményez. A szelepet hajtó áramlásszabályozó hurokkal rendelkező kaszkádvezérlő elrendezésben az áramlási hurok a stabilitás fenntartása érdekében hangolódik. Ez viszonylag gyenge áramlásszabályozást eredményez, de mivel az áramlási hurok dinamikusan sokkal gyorsabb, mint a szinthurok, a szintszabályozó hurkot alig érinti.

mikor kell használni a Kaszkádvezérlést?
A Kaszkádvezérlést mindig akkor kell használni, ha viszonylag lassú dinamikájú folyamata van (például szint, hőmérséklet, összetétel, páratartalom), és folyadék-vagy gázáramot, vagy más viszonylag gyors folyamatot kell manipulálni a lassú folyamat szabályozásához. Például: a hűtővíz áramlási sebességének megváltoztatása a kondenzátor nyomásának (vákuum) szabályozására, vagy a gőz áramlási sebességének megváltoztatása a hőcserélő kimeneti hőmérsékletének szabályozására. Mindkét esetben az áramlásszabályozó hurkokat belső hurkokként kell használni a kaszkád elrendezésekben.

vannak-e hátrányai a Kaszkádvezérlésnek?
A Kaszkádvezérlésnek három hátránya van. Az egyik, hogy további mérést igényel (általában áramlási sebesség) a működéshez. Kettő, van egy további vezérlő, amelyet be kell hangolni. Harmadszor, a vezérlési stratégia összetettebb-mind a mérnökök, mind az üzemeltetők számára. Ezeket a hátrányokat össze kell vetni az ellenőrzés várható javulásának előnyeivel annak eldöntése érdekében, hogy végre kell-e hajtani a kaszkádszabályozást.

mikor nem használható a Cascade Control?
A Kaszkádvezérlés csak akkor előnyös, ha a belső hurok dinamikája gyors a külső hurok dinamikájához képest. A kaszkádvezérlést általában nem szabad használni, ha a belső hurok nem legalább háromszor gyorsabb, mint a külső hurok, mert a jobb teljesítmény nem indokolhatja a hozzáadott összetettséget.

a kaszkádvezérlés csökkent előnyei mellett, amikor a belső hurok nem szignifikánsan gyorsabb, mint a külső hurok, fennáll a két hurok közötti kölcsönhatás veszélye is, amely instabilitást eredményezhet – különösen, ha a belső hurok nagyon agresszíven van hangolva.

hogyan kell beállítani a Kaszkádvezérlőket?
a kaszkád elrendezést a legbelső hurokkal kezdve kell hangolni. Miután ez be van hangolva, kaszkádvezérlésbe vagy külső beállítási módba kerül, majd a beállított pontot hajtó hurok be van hangolva. Ne használjon negyed amplitúdó-csillapító hangolási szabályokat (mint például a módosítatlan Ziegler-Nichols és Cohen-Coon szabályok) A vezérlőhurkok kaszkádszerkezetben történő hangolására, mert instabilitást okozhat, ha a belső és a külső hurok folyamatdinamikája hasonló.