Ce este controlul în cascadă?
în controlul cu o singură buclă, punctul de setare al controlerului este setat de un operator, iar ieșirea acestuia conduce un element de control final. De exemplu: un controler de nivel care conduce o supapă de control pentru a menține nivelul la punctul său de setare.
control cu o singură buclă
într-un aranjament de control în cascadă, există două (sau mai multe) controlere dintre care ieșirea unui controler conduce punctul setat al altui controler. De exemplu: un controler de nivel de conducere punctul set de un controler de debit pentru a menține nivelul la punctul său set. La rândul său, regulatorul de debit acționează o supapă de control pentru a se potrivi debitului cu punctul de setare solicitat de controlerul de nivel.
controlul în cascadă
controlerul care conduce punctul de setare (controlerul de nivel din exemplul de mai sus) se numește controlerul principal, exterior sau principal. Controlerul care primește punctul setat (controlerul de flux în exemplu) se numește controlerul secundar, interior sau sclav.
care sunt avantajele controlului în cascadă?
există mai multe avantaje ale controlului în cascadă, iar cele mai multe dintre ele se rezumă la izolarea unei bucle de control lent de neliniarități în elementul de control final. În exemplul de mai sus, bucla de control a nivelului relativ lent este izolată de orice problemă a supapei de comandă prin faptul că bucla de control al debitului rapid se ocupă de aceste probleme.
Imaginați-vă că supapa de control are o problemă stiction (a se vedea blog pe probleme de supapă.) Fără bucla de control al debitului, bucla de control al nivelului (care conduce supapa lipicioasă) va oscila continuu într-un ciclu de alunecare cu o perioadă lungă (lentă), ceea ce va afecta destul de probabil procesul din aval. Cu bucla de control al debitului rapid în loc, supapa de control lipicioasă va determina oscilația acesteia, dar la o perioadă mult mai scurtă (mai rapidă) datorită comportamentului dinamic rapid inerent al unei bucle de flux bine reglate. Este probabil ca oscilațiile rapide să fie atenuate de procesul din aval fără a avea prea mult efect advers.
sau imaginați-vă că supapa de control are o caracteristică de curgere neliniară (a se vedea blogul despre problemele supapei.) Acest lucru necesită ca bucla de control care o conduce să fie detunată pentru a menține stabilitatea pe toată gama posibilă de debite. (Desigur, există modalități mai bune de a face față neliniarităților, dar acesta este subiectul unui alt blog.) Dacă regulatorul de nivel acționează direct supapa, aceasta trebuie detunată pentru a menține stabilitatea – ceea ce poate duce la un control de nivel foarte slab. Într-un aranjament de control în cascadă cu o buclă de control al debitului care conduce supapa, bucla de debit va fi detunată pentru a menține stabilitatea. Acest lucru va duce la un control relativ slab al fluxului, dar deoarece bucla de flux este dinamic mult mai rapidă decât bucla de nivel, bucla de control a nivelului este greu afectată.
când trebuie utilizat controlul în cascadă?controlul în cascadă trebuie utilizat întotdeauna dacă aveți un proces cu o dinamică relativ lentă (cum ar fi nivelul, temperatura, compoziția, umiditatea) și un flux de lichid sau gaz sau un alt proces relativ rapid trebuie manipulat pentru a controla procesul lent. De exemplu: schimbarea debitului apei de răcire pentru a controla presiunea condensatorului (vid) sau schimbarea debitului de abur pentru a controla temperatura de ieșire a schimbătorului de căldură. În ambele cazuri, buclele de control al fluxului trebuie utilizate ca bucle interioare în aranjamente în cascadă.
controlul în cascadă are dezavantaje?
controlul cascadei are trei dezavantaje. În primul rând, este nevoie de o măsurare suplimentară (de obicei debitul) pentru a funcționa. Doi, există un controler suplimentar care trebuie reglat. Și trei, strategia de control este mai complexă – atât pentru ingineri, cât și pentru operatori. Aceste dezavantaje trebuie puse în balanță cu beneficiile îmbunătățirii preconizate a controlului pentru a decide dacă ar trebui implementat controlul în cascadă.
când nu trebuie utilizat controlul în cascadă?controlul în cascadă este benefic numai dacă dinamica buclei interioare este rapidă în comparație cu cea a buclei exterioare. În general, controlul cascadei nu trebuie utilizat dacă bucla interioară nu este de cel puțin trei ori mai rapidă decât bucla exterioară, deoarece performanța îmbunătățită poate să nu justifice complexitatea adăugată.
în plus față de beneficiile diminuate ale controlului în cascadă atunci când bucla interioară nu este semnificativ mai rapidă decât bucla exterioară, există, de asemenea, un risc de interacțiune între cele două bucle care ar putea duce la instabilitate – mai ales dacă bucla interioară este reglată foarte agresiv.
cum ar trebui reglate comenzile în cascadă?
un aranjament în cascadă trebuie reglat începând cu bucla cea mai interioară. Odată ce acesta este reglat, acesta este plasat în control cascadă sau în modul punct de setare extern, iar apoi bucla care conduce punctul său de setare este reglată. Nu utilizați reguli de reglare a amortizării sfertului de amplitudine (cum ar fi Regulile nemodificate Ziegler-Nichols și Cohen-Coon) pentru a regla buclele de control într-o structură în cascadă, deoarece poate provoca instabilitate dacă dinamica procesului buclelor interioare și exterioare este similară.
