Adaptacyjne sterowniki ruchu

Źródło: Pixabay

Adaptacyjne regulatory ruchu dostosowują się do parametrów procesu i wraz z innymi urządzeniami poprawiają jego jakość.

Każdy regulator pracujący ze sprzężeniem zwrotnym można nazwać adaptacyjnym, gdyż zmienia swój sygnał wyjściowy w odpowiedzi na zmianę uchybu regulacji, czyli różnicy wartości regulowanej i zadanej. Rzeczywisty regulator adaptacyjny może jednak zmieniać zarówno swoje parametry, jak i strategię regulacji. Może on np. dostosować wewnętrzne parametry lub modyfikować algorytm regulacji tak, aby dopasować je do zmieniających się własności regulowanego procesu.

Adaptacyjny regulator proporcjonalny może zmienić współczynnik wzmocnienia, gdy wykryje, że proces reaguje zbyt szybko lub zbyt wolno na działania regulatora. To zapewnia dokładniejszą regulację procesu charakteryzującego się dużą zmiennością parametrów, jak na przykład robot pracujący z dużą zmiennością obciążenia.

Przykładowo, jeżeli szczególnie duże obciążenie spowalnia ruchy robota, adaptacyjny regulator proporcjonalny może skompensować to spowolnienie ruchu, zwiększając wzmocnienie sygnału regulacyjnego. W przeciwnym razie regulator może zmniejszyć wzmocnienie, gdy wykryje zbyt szybkie ruchy robota przy znacznym zmniejszeniu obciążenia. W każdym przypadku regulator musi analizować pracę robota, aby dostosować parametry regulacji do aktualnych warunków. Może to być bezpośredni pomiar obciążenia (ładunku), czas potrzebny do przetransportowania ładunku z punktu A do punktu B lub pomiar odchylenia ramienia robota od zadanej ścieżki ruchu.

Niestety, regulatory adaptacyjne stosunkowo wolno reagują na zmiany parametrów regulowanego procesu, gdyż zmiany długofalowe są często zakłócane przez jego szybkie, krótkotrwałe zaburzenia. Analiza długotrwałych trendów jest więc niezbędna do rozróżnienia długotrwałych tendencji od szybkich i krótkich zmian. Ale nawet wówczas, gdy regulator zidentyfikuje długotrwałe trendy w regulowanym procesie, często nie jest oczywiste to, jak zmienić algorytm sterowania dla skompensowania powstałych błędów.

Pomimo wielu ograniczeń adaptacyjne regulatory ruchu dobrze optymalizują przebieg procesu, tak aby osiągnąć pożądany rezultat. Szczególnie jest to wymagane w procesach, w których przeregulowania są niedopuszczalne, jak w naszym przykładzie z robotem. Gdy regulator nauczy się, jak robot reaguje na sygnały sterujące jego pracą, może wyliczyć tor ruchu jego ramienia tak, by osiągnąć zamierzoną pozycję bez potrzeby ruchów nawrotnych.

Narzędzia matematyczne niezbędne do realizacji tego procesu są niezwykle skomplikowane i nie ma jednego algorytmu, który mógłby tu być najlepszy. Jednak pewne metody modelowania online są stosowane dla znalezienia najlepszych równań matematycznych opisujących zmiany procesu w odpowiedzi na sygnały regulacyjne. Gdy model procesu zostanie opracowany, regulator adaptacyjny dostosowuje swoje parametry regulacji obiektu rzeczywistego, zakładając, że zachowanie rzeczywistego procesu będzie odpowiadać przyjętemu modelowi.

Vance VanDoren, PhD, PE, specjalista automatyk, CFE