Wie funktioniert die Kaskadensteuerung?

Was ist Kaskadensteuerung?

Anwendungen mit zwei oder mehr Kapazitäten (z. B. beheizte Jacken) sind aufgrund großer Überschwinger und inakzeptabler Verzögerungen von Natur aus schwierig mit einem einzigen Regelkreis zu steuern. Die Lösung ist eine Kaskade von zwei oder mehr Regelkreisen mit jeweils eigenem Eingang in Reihe, die eine einzige Regeleinrichtung bilden.

Die Produktsolltemperatur wird am Master-Regelkreis eingestellt. Dies wird mit der Produkttemperatur verglichen, und der PID-Ausgang des Masters wird verwendet, um den Remote-Sollwert des Slaves einzustellen. Dies wird skaliert, um jeder erwarteten Temperatur zu entsprechen. Die natürliche Reaktionszeit der Slave-Schleife sollte idealerweise mindestens 5-mal schneller sein als die des Masters.

Historisch gesehen wurde die Kaskadenregelung üblicherweise durch die Verwendung von 2 oder mehr einzelnen Reglern erreicht, es ist jedoch möglich, dies unter Verwendung eines Dual- oder Multi-Loop-Reglers zu erreichen, der eine Kaskadenregelungsfunktionalität bietet.

Tuning für Kaskadensteuerung

Stellen Sie zuerst den Master in den manuellen Modus. Stellen Sie den Slave-Regelkreis nur mit Proportionalregelung ein (I & D ist normalerweise nicht erforderlich) und stellen Sie den Master vor dem Einstellen des Masters wieder in den Automatikmodus.

Beispiel einer Kaskadenregelanwendung

Im folgenden Beispiel wird eine Produkttemperatur über einen beheizten Ölmantel geregelt. Der maximale Input stellt 400ºC dar und so begrenzt die Manteltemperatur.

Beim Start vergleicht der Master die Produkttemperatur (Umgebungstemperatur) mit seinem Sollwert (300ºC) und gibt die maximale Leistung ab. Dadurch wird der maximale Sollwert (400ºC) am Slave eingestellt, der mit der Manteltemperatur (Umgebungstemperatur) verglichen wird und die maximale Heizleistung ergibt.

Mit steigender Manteltemperatur in Richtung Sollwert sinkt die Heizleistung des Slaves. Die Temperatur des Produkts wird auch begonnen haben, mit einer Rate zu steigen, die von der Übertragungsverzögerung zwischen dem Mantel und dem Produkt abhängt. Dies bewirkt, dass der Master-PID-Ausgang abnimmt, wodurch der ‘Jacke’ -Sollwert auf dem Slave reduziert wird, wodurch die Ausgabe an die Heizung effektiv reduziert wird. Dies wird fortgesetzt, bis das System ausgeglichen ist.

Das Ergebnis ist eine schnellere, sanftere Steuerung mit minimalem Überschwingen und die Fähigkeit, Laständerungen zu bewältigen, während die Manteltemperatur innerhalb akzeptabler Toleranzen gehalten wird.