Praktyka inżynierska
Transkrypt
Praktyka inżynierska
Praktyka inżynierska – korzystamy z tego co mamy Urządzenia realizujące: - blok funkcyjny PID w sterowniku PLC - moduł PID w sterowniku PLC - regulator wielofunkcyjny - prosty regulator cyfrowy zadajnik SP e regulator CV u stacyjka sterowanie ręczne PV x elementy pomiarowe przetwornik pomiarowy zespół wykonawczy czujnik pomiarowy element wykonawczy element nastawczy obiekt (model) Konfiguracja regulatora • Nastawy • Struktura algorytmu PID (ISA, IND, …) • Strefa nieczułości • Ograniczenie wartości na wyjściu • Ograniczenie szybkości wzrostu wartości wyjścia regulatora • Zabezpieczenie przed nasyceniem członu całkującego • Stacyjka sterowania • Typ sygnału wyjściowego (analogowy, impulsowy, binarny) człon różniczkujący Td Bias SP + PV Kp Kp ograniczenie szybkości znak CV człon całkujący 1/Ti 1 Funkcje regulatora • Algorytm PID PID-IND (INDependent algorithm) PID-ISA (Ideal Standard Algorithm) • Auto-tuning (pre-tuning) • Adaptacja (self-tuning, …) • Komunikacja • inne (sterowanie ręczne, lokalna wizualizacja i archiwacja, ...) Auto-tuning (samonastrajanie) • 1metoda ZiegleraZieglera-Nicholsa (odpowiedzi skokowej) • identyfikacja modelu (przy otwartej pętli) • nastawy wg tabel dla różnych klas obiektów K0e − sT0 Ts + 1 h(t) Regulator Kp Ti PI 0,9T K 0T0 3,33T0 PID 1,2T K 0T0 2T0 Td K0 t 0,5T0 T0 T Uwagi: • Esperyment Zieglera-Nicholsa (1942) zautomatyzowany w latach '70 (+) prosty eksperyment (-) identyfikacja modelu obiektu przy rozwartej pętli regulacji • PID-ISA • A jeśli To≈0? np.: https://engineering.purdue.edu/~zak/ECE680/Ziegler-Nichls_1942.pdf 2 Auto-tuning (samonastrajanie) Ziegler-Nichols kp P TC h(t) Td 1/a PI 0.9/a 3τ PID 1.2/a 2τ t Chien, Hrones, Reswick Przereg. 0% kp TC P 0.3/a PI 0.35/a 1.2T PID 0.6/a T K0 τ τ/2 a 20% kp Td TC T Td 0.7/a τ/2 0.6/a 1.2T 0.95/a 1.4T 0.47τ Cohen - Coon Reg. P PI kp TC 1 0,35τ 1 + a 1 − τ 0.9 0.92τ 1 + a 1 − τ PD 1.24 0.13τ 1 + a 1−τ PID 1.35 0.18τ 1 + a 1 −τ Td 3.3 − 3.0τ τ 1 + 1.2τ 0.27 − 0.36τ τ 1 − 0.87τ 2.5 − 3.0τ τ 1 − 0.39τ 0.37 − 0.37τ τ 1 − 0.81τ τ= τ τ +T Auto-tuning - SIPART I. II. III. IV. V. VI. Sprawdzenie stałości PV przez okres 0,1 tU Wmuszenie skokowe CV i zapis odpowiedzi skokowej Zbadanie warunków wiarygodności eksperymentu Obliczenie parametrów modelu Strejca G(s)=k/(Ts+1)n (dla 1<=n<=8) Wyliczenie nastaw i sugestia algorytmu (PI lub PID) Wybór algorytmu i akceptacja nastaw przez operatora 3 Auto-tuning (samonastrajanie) • 2 metoda ZiegleraZieglera-Nicholsa (metoda cyklu granicznego) • nastaw działanie proporcjonalne • zwiększaj wzmocnienie i odczytaj okres oscylacji • nastawy wg wzorów dla różnych regulatorów Ti Regulator kp P 0,5k pkryt PI 0,45k pkryt 0,85Tosc 0,6k pkryt 0,5Tosc PID Td 0,12Tosc Modyfikacja Pessena: kp=0,2kpkryt; Ti=0,33Tosc; Td=0,5Tosc Modyfikacja Hanssena-Offereinsa (eliminacja pomiaru Tosc): PI: PID: • ustaw tylko działanie P (Ti=max) • zwiększaj kp do granicy stabilności; • odczytaj kpkryt → ustaw kp=0,45 kpkryt • zmniejszaj Ti do granicy stabilności; • odczytaj Tikryt → ustaw Ti=3Tikryt • dobierz nastawy dla działania PI • zwiększaj Td (do Tdmax) do maksymalnego tłumienia • ustaw Td=1/3Tdmax oraz Ti=4,5Tdmax • zmniejszaj kp do uzyskania pożądanego tłumienia np.: http://www.ceasiamag.com/article-2255-autotuningcontrolusingzieglernichols-Asia.html Auto-tuning (samonastrajanie) • 2 metoda Zieglera-Nicholsa – modyfikacja Äströma-Hägglunda • przełącz na sterowanie dwupołożeniowe • odczytaj amplitudę i okres oscylacji – Aosc, Tosc (ωosc = 2π / Tosc ) • nastawy wg uproszczonych wzorów Zieglera-Nicholsa • dla małych opóźnień kp=0,5 Ti=4/ωosc • dla dużych opóźnień: kp=0,25 Ti=1,6/ωosc Karl Äström, Tore Hägglund, 1984, Institute of Technology Lund (Szwecja) + bez rozwierania pętli - konieczność wprowadzania układu w stan oscylacji np.: http://www.ceasiamag.com/article-2255-autotuningcontrolusingzieglernichols-Asia.html 4 Adaptacja Układ z programowanymi zmianami parametrów regulatora Układy z identyfikacją modelu z pośrednią z bezpośrednią 5 Self-tuning - algorytm adaptacyjny EXACT (FOXBORO) I. II. III. IV. V. Oczekiwanie na istotne zakłócenie tzn. o amplitudzie większej niż trzykrotny poziom szumów – start algorytmu EXACT; Rejestruje trzy kolejne amplitudy E1, E2, E3 oraz okres T. Wyznacza przeregulowanie o=E1/E2 oraz tłumienie d=(E2+E3)/(E1+E2) Porównuje o, d z zadanymi wartościami o*, d* W razie konieczności koryguje nastawy • Auto-tuning (pre-tuning) • dobór nastaw przed uruchomieniem • zatrzymanie procesu, eksperyment, zatwierdzenie nastaw • Adaptacja (self-tuning, …) • korekcja nastaw w trakcie pracy • zmiana punktu pracy (układy nieliniowe) • zmiana parametrów (niestacjonarność, zużycie, ...) 6