Hybrydowe systemy sterowania w praktyce

Jeśli chcesz być na bieżąco z trendami w dziedzinie sterowania, powinieneś zapoznać się z narzędziami do analizy i syntezy systemów hybrydowych. W artykule omawiamy zarówno teoretyczne, jak też praktyczne aspekty tego zagadnienia.

Dynamika przemysłowych układów automatyki jest zwykle bardzo skomplikowana. To wynik złożoności procesów fizycznych, jakie w nich zachodzą. Charakteryzują się zwykle trudnymi do analizy i modelowania nieliniowościami. Dla badaczy poszukujących istoty działania złożonych systemów automatyki typowym narzędziem modelowania są układy nieliniowych równań różniczkowych bądź różnicowych. Bardzo trudno jest efektywnie zaprojektować, a następnie nastroić układ sterowania na podstawie złożonych zależności wiernie odwzorowujących fizyczne właściwości obiektu. Typowym podejściem jest upraszczanie opisu działania obiektów sterowania przez linearyzację w wybranych punktach pracy. Punktach, w pobliżu których spodziewamy się typowych warunków pracy dla określonego układu. Regulatory PID, predykcyjne oraz inne znane rodzaje regulatorów zwykle stroi się na podstawie uproszczonej informacji na temat sterowanego procesu.

Dodatkowo, większość procesów przemysłowych opisywanych jest za pomocą logiki dyskretnej, zależnej od występujących w układach zdarzeń. Pośród elementów działających w taki właśnie sposób wymienić można: przełączniki, zawory, pompy i przekładnie. Na ogół projektuje się część sterującą procesami ciągłymi, a następnie uzupełnia algorytmy o część sterującą procesami dyskretnymi. Projektowanie części dyskretnej praw sterowania oparte jest zazwyczaj na doświadczeniach obsługi procesu. Przykładowo: ustalenie progów przełączania w regulatorach PID, działających w trybie tzw. gain-scheduling.

Definicja systemów hybrydowych

Ewolucja technologiczna wbudowanych systemów sterowania wywołała zwiększenie zainteresowania świata nauki zagadnieniami sterowania złożonymi procesami przemysłowymi o dyskretno-ciągłym charakterze. Procesy dyskretno-ciągłe zwykło nazywać się hybrydowymi. Określenie hybrydowe oznacza, że lokalnie proces może być określany jako ciągły. Jednakże globalnie procesy przemysłowe traktuje się jako układy zależne od następujących zdarzeń. W układach hybrydowych wyróżnia się zatem pojęcie dynamiki ciągłej oraz dynamiki zależnej od zdarzeń. Panos J. Antsaklis w artykule „Hybrid Control Systems: An introductory discussion to the special issue” (IEEE Transactions on Automatic Control, April, 1998) zauważa, że „hybrydowe systemy sterowania wywodzą się z interakcji pomiędzy algorytmami dyskretnego planowania a algorytmami sterowania procesami ciągłymi”.