I. Wymagania/ograniczenia obiektowe II. Struktura układu
Transkrypt
I. Wymagania/ograniczenia obiektowe II. Struktura układu
Projekt układu sterowania = struktura+parametry I. Wymagania/ograniczenia obiektowe • • cel: założenia projektowe sposób: opis technologiczny, warunki techniczne • • cel: wybór struktury układu i typu regulatora sposób: wiedza+doświadczenie • • cel: spełnić wymaganie stabilności, dokładności sposób: dobór parametrów (analitycznie, symulacyjnie) • • cel: poprawić jakość sterowania sposób: wybór kryterium, strojenie parametrów II. Struktura układu sterowania III. Synteza parametryczna IV. Optymalizacja I. Wymagania/ograniczenia obiektowe a) cel sterowania • • dokładność statyczna - np. ster. binarne, proporcjonalne, PI - szybkość reakcji, rodzaj zakłóceń dokładność dynamiczna b) możliwości i ograniczenia techniczne • wybór PV Tgzi - regulacja centralna / lokalna - bezpośrednia / pośrednia Tgpi • wybór CV - liniowość / nieliniowość czułość i zakres sterowania (zmiany CV) opóźnienia sterowanie aktywne/bierne (np.pompa/zawór) • wartość SP ‒ stała, programowa, losowa (nadążanie) Tkz Twewi Tkp qk Tzew 1 Typy regulacji ze względu na wartość zadaną z (stochastyczne) Regulacja: - stałowartościowa (np.zmiana na żądanie) y =const * + e - u GR G0 y z (stochastyczne) - programowa (np.programowane wg czasu trwania, pory dnia, y (determ.) * + e - dni tygodnia, ...) - nadążna (np.śledzenie ruchu) u GR G0 y z (stochastyczne) + y (stochast.) * - e GR u G0 y [Findeisen/101] II. Struktura układu sterowania 1) struktura układu • • otwarty – – prostsze projektowanie ale wymaga wiedzy o obiekcie mniejsza dokładność (wrażliwy na zakłócenia) – – trudniejsze projektowanie (np. stabilność) dokładniejszy zamknięty 2) regulacja prosta-złożona • • • • jednoobwodowa wieloobwodowa Model Based Control (model jako część regulatora) wielowymiarowa (sterowanie w przestrzeni stanów) • • • regulator binarny (przekaźnikowy) klasyczny PID (A lub D) AI 3) typ i struktura regulatora 2 II-3. Wybór typu regulatora - zalecenia k r To / T kr kr Regulacja T 20To 1 1 kr 20 4 kr łatwa 1 20 regulator dwupołożeniowy jeśli tylko obiekt „mocno” uśrednia dość trudna regulator PI lub PID trudna 1 4 T 4To Typ regulatora a) regulatory przekaźnikowe b) regulatory ciągłe II3a) Regulatory przekaźnikowe – dwu/trójpołożeniowe x Obiekt u u 1/Tms u e e u1 x* x Obiekt u1 - e e - x* Simulink: relay 3 II3a) Regulatory przekaźnikowe + korekcja x Obiekt u u w w K(s) 1/Tms u - e - x* x Obiekt u1 u1 K(s) w w - e - x* 4 II3b) Regulatory ciągłe w układzie jednoobwodowym Gz (s) Ge ( s ) y Y (s) * + e - E (s) Y * (s) E (s) Gez ( s ) Z ( s) G yz ( s) Y (s) Z (s) G0 1 E ( s ) 1 GR G0 * Y ( s) G G Y ( s ) R 0 1 GR G0 Y * (s) y* + u GR - e u GR 1 E ( s ) 1 G R G0 Y ( s ) G G R 0 1 G R G0 z y1 y G0 y G0 1 G R G0 Y * ( s ) G0 Z ( s ) 1 G R G0 Regulatory ciągłe: Struktura PID PID-IND e PID-ISA Kp u 1/sTi e sTd GR K p 1 Td s Ti s u sTd 1 Td s ) Ti s PID ideal 1 Ns Gid P1 I D s sN 1 Ns D s sN Struktura PID zakładana przez zastosowany algorytm doboru nastaw 1/sTi GR K p (1 Simulink v.2010: PID Parallel G par P I Kp 1 ? Struktura PID wybrana w regulatorze 5 + SP TI - + TD + + KP CV manual Algorytm PID PV Struktury PID aplikacje CV Regulator ciągły + elementy nieliniowe Ograniczenie elementu wykonawczego x * + - Kp e u1 ki /s u u1 u Go x Strefa martwa e e1 PID u1 ograniczenie szybkości znak u Simulink: saturation, dead zone, rate limiter 6 Regulator ciągły + elementy nieliniowe Ograniczenie całkowania integrator anti-windup circuit e + - Kp u ui ki /s u1 u umin ka umax u1 u umax u1 układ z dodatkową nieliniowością Regulator ciągły + elementy nieliniowe Ograniczenie całkowania integrator antiwindup circuit e + - Kp ki /s ka ui układ z wykorzystaniem istniejącego nasycenia u1 + umin u umax u1 u - w czasie nasycenia → e + - Simulink v.2010: PID antiwindup (back-calculation method) Kp ki /s ka ui u1 + u + max 7 Regulator ciągły + elementy nieliniowe Regulator ciągły z wyjściem dyskretnym wyjście dwustanowe PWM SP PID PV CV SP A/F PV wypełnienie SERVO PID CV + włącz - wyłącz Hist położenie Tmod pozycjoner wypełnienie włącz/wyłącz Regulator ciągły + elementy nieliniowe Regulator ciągły z wyjściem dyskretnym wyjście trójstanowe x* - e PID u u1 +u1 - + u Obiekt PID e Obiekt x x - x* pozycjoner trójstanowy (zamykanie-stop-otwieranie) 8