Czas martwy to okres pomiędzy zastosowaniem wysiłku kontrolnego a jego pierwszym zauważalnym wpływem na zmienną procesową. Czas martwy jest najczęściej spotykany w procesach, w których występuje opóźnienie transportu między siłownikami a czujnikami, na przykład woda przepływająca przez instalację wodociągową w łazience od zaworu ciepłej wody do głowicy prysznicowej.
Czas martwy to okres pomiędzy zastosowaniem wysiłku kontrolnego a jego pierwszym zauważalnym wpływem na zmienną procesową. Czas martwy jest najczęściej spotykany w procesach, w których występuje opóźnienie transportu między siłownikami a czujnikami, np. woda przepływająca przez instalację wodociągową w łazience od zaworu ciepłej wody do głowicy prysznica. Zwiększenie natężenia przepływu przez rurę nie będzie miało wpływu na temperaturę prysznica, dopóki gorąca woda nie pokona całej długości rury.
W tym znanym systemie sterowania, użytkownik manipuluje temperaturą prysznica poprzez regulację zaworu ciepłej wody. Ponieważ jednak gorąca woda musi pokonać odległość D, aby dotrzeć do skóry, użytkownik nie może zmienić temperatury prysznica natychmiast. Zanim zmiana natężenia przepływu spowoduje choćby najmniejszą zmianę temperatury prysznica, musi upłynąć czas martwy. Osoba kąpiąca się musi być cierpliwa podczas manipulowania nieznanymi zaworami lub wystarczająco doświadczona, aby wiedzieć z wyprzedzeniem, jak daleko należy otworzyć zawór, aby osiągnąć pożądane rezultaty.
Używanie wanien jako kontrolera czasu martwego
Kąpiący się służą jako kontroler takiego procesu. Wyczuwają oni temperaturę wody pod prysznicem i manipulują zaworem ciepłej wody, aby osiągnąć cele związane z komfortem. Kąpiący się starają się osiągnąć pożądaną temperaturę wody tak szybko, jak to możliwe, ale muszą poczekać, aż upłynie czas martwy, zanim ich wysiłki kontrolne przyniosą pożądany efekt.
Czas martwy jest szczególnie trudnym problemem do przezwyciężenia, ponieważ kontroler nie może nic zrobić, aby wpłynąć na zmienną procesową szybciej niż pozwala na to czas martwy. Sterownik, który oczekuje natychmiastowych rezultatów swoich wcześniejszych działań kontrolnych, nieuchronnie dojdzie do wniosku, że były one nieskuteczne. Będzie on nadal wykonywał coraz bardziej agresywne ruchy kontrolne, dopóki zmienna procesowa nie zacznie się zmieniać.
Wtedy będzie już za późno. Wszystkie ruchy kontrolne zastosowane do tego momentu będą już miały skumulowany wpływ na proces, często wyrządzając więcej szkody niż pożytku. W przykładzie z prysznicem, niecierpliwy kąpiący się może zostać poparzony.
Dostrajanie w celu skorygowania czasu martwego
Radzenie sobie z czasem martwym wymaga od kontrolera cierpliwości lub przezorności. Kontroler może wykonywać swoje ruchy kontrolne bardzo powoli i czekać, aż wyniki każdego z nich staną się widoczne, lub jeśli ma zaawansowaną wiedzę na temat tego, jak zachowuje się proces, może wykonywać ruchy kontrolne, o których wie, że ostatecznie przyniosą pożądany efekt.
Regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący (PID) można wyposażyć w cierpliwość, wybierając stosunkowo małe parametry strojenia, które ograniczają wielkość wysiłków regulatora. Najprostszym sposobem jest uczynienie wartości parametrów strojenia odwrotnie proporcjonalnymi do czasu martwego. Ta strategia dostrajania została włączona do praktycznie wszystkich klasycznych reguł strojenia, w tym słynnego zestawu zaproponowanego przez Johna Zieglera i Nathaniela Nicholsa w 1942 roku.
Wykorzystanie predyktora Smitha
Nieco bardziej skomplikowane rozwiązanie problemu czasu martwego zostało zaproponowane w 1957 roku przez Otto Smitha. Otto Smith zademonstrował, w jaki sposób można wykorzystać matematyczny model procesu, aby wyposażyć kontroler w zdolność do generowania właściwych ruchów kontrolnych bez czekania na wynik każdego z nich.
W przykładzie z prysznicem byłoby to równoważne z kąpiącym się pod swoim domowym prysznicem. Każdy z nich zazwyczaj wie z doświadczenia, jak daleko należy otworzyć zawór ciepłej wody, aby uzyskać żądaną temperaturę pod prysznicem. Gdy taki dobrze zaplanowany ruch kontrolny zostanie wykonany, to tylko kwestia czasu, zanim pojawią się pożądane rezultaty.
Osoba niezaznajomiona z prysznicem musiałaby przyjąć bardziej ostrożne podejście i otwierać zawór powoli, tak jak w przypadku niedostrojonego sterownika. Tak zwane podejście Smith Predictor generalnie zapewnia lepszą wydajność niż strategia przestrajania, ale jest trudniejsze do wdrożenia i wymaga dokładnej wiedzy ilościowej na temat zachowania procesu.