Projektowanie regulatorów wykorzystujących modele procesów

W kręgach akademickich tradycyjnym podejściem jest wykorzystanie modeli matematycznych w celu syntezy odpowiednich algorytmów regulacji. Takie podejście umożliwia wyznaczenie wartości sygnałów sterujących, które pozwalają na minimalizację odchyłki regulacji w przyszłych stanach procesu.

Modele matematyczne dostarczają istotnych informacji o zachowaniach procesów. Aby utrzymać wybraną zmienną procesową na zadanym poziomie regulator musi być odpowiednio skonfigurowany i sparametryzowany do rozpatrywanego procesu. Innymi słowy: odpowiednio mocno i długo reagować na błędy pomiędzy wartościami procesowymi i zadanymi. Modelowanie procesów dotyczy ilościowego określenia związków pomiędzy poszczególnymi sygnałami wejściowymi, użytymi w regulatorze, a pomiarami wartości procesowych.

Prosty przykład

Omawiany proces składa się z obciążnika umieszczonego na elemencie sprężystym, który wychyla się w prawo lub w lewo na skutek wymuszenia wywołanego zakłóceniem lub działaniem regulatora. Zmienną procesową jest więc kąt odchylenia wahadła θ. Równanie [1] jest uproszczonym modelem tego procesu. Dokładność każdego modelu zależy od formy przyjętego opisu matematycznego, charakteryzującego zachowania procesu oraz przyjętych wartości współczynników. Forma opisu oraz nieznane współczynniki powinny zostać wyprowadzone, zmierzone, wyznaczone lub w inny sposób zidentyfikowane tak, aby model mógł być użytecznym narzędziem w czasie projektowania układu regulacji.