1 / 37

Meet- en Regeltechniek Les 1: Inleiding en modelvorming

Meet- en Regeltechniek Les 1: Inleiding en modelvorming. Prof. dr. ir. Toon van Waterschoot Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen ESAT – Departement Elektrotechniek KU Leuven, Belgium. Onderzoeksafdeling.

eilis
Download Presentation

Meet- en Regeltechniek Les 1: Inleiding en modelvorming

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Meet- en RegeltechniekLes 1: Inleiding en modelvorming Prof. dr. ir. Toon van WaterschootFaculteit Industriële IngenieurswetenschappenESAT – Departement ElektrotechniekKU Leuven, Belgium

  2. Onderzoeksafdeling • STADIUSCentrum voorDynamischeSystemen, Signaalverwerking en Data-Analyse: • DynamischeSystemen:identificatie, optimalisatie, regeltechniek, systeemtheorie • Signaalverwerking: spraak- & audioverwerking, digitalecommunicatie, biomedischesignaalverwerking • Data-Analyse: machine learning, bio-informatica • AdvISe– Advanced Integrated Sensing Lab: • Biomedisch:biomedischetechnologie,ambient assisted living • Audio:akoestischemodellering, audio-analyse, akoestischesignaalverbetering • Chip-ontwerp:stralingshardeelektronica

  3. Onderzoekstopics • Audio signal analysis • speech recognition • event detection • source localization • audio classification • Acoustic modeling • ear modeling • room modeling • loudspeaker modeling • signal modeling • Acoustic signal enhancement • noise reduction • echo/feedback control • room equalization

  4. Contactgegevens Toon van Waterschoot • Mail: toon.vanwaterschoot@esat.kuleuven.be • Kantoor (enkel op maandag + donderdag): KU Leuven Campus Geel, lokaal P220

  5. Meet- en Regeltechniek: Vakinhoud • Deel 1: Analoge regeltechniek • Les 1: Inleiding en modelvorming • Les 2: De regelkring • Les 3: Het wortellijnendiagram • Les 4: De klassieke regelaars • Les 5: Voorbeelden en toepassingen • Les 6: Systeemidentificatie en regelaarsinstelling • Les 7: Speciale regelstructuren • Les 8: Niet-lineaire regeltechniek en aan-uit regelaars • Deel 2: Digitale regeltechniek • Les 9: De discrete regelkring • Les 10: De toestandsregelaar • Les 11: Modelpredictievecontrole Les 12: Herhalingsles

  6. Meet- en Regeltechniek: Lesmateriaal • Cursustekst(beschikbaar op Toledo) • Deel 1: Analogeregeltechniek • [Nise] N. S. Nise, Control Systems Engineering, Wiley, uitg. 6, 2011. Hoofdstuk: 1 • [Baeten, REG1] J. Baeten, Regeltechniek 1: Basis Regeltechniek, KHLim, uitg.2005. Hoofdstukken: 1 – 7 • [Baeten, REG2, Deel 2] J. Baeten, Regeltechniek2, Deel 2: Niet-linaireRegeltechniek - Aan/Uit-regelaars, KHLim, uitg.2005.Hoofdstuk: 1 • Deel 2: Digitaleregeltechniek • [Baeten, REG2, Deel 1] J. Baeten, Regeltechniek2, Deel 1: DigitaleRegeltechniek, KHLim, uitg.2006.Hoofdstukken: 5, 6 • cursustekstrondmodelpredictievecontrolevolgt later • Slides(beschikbaar op Toledo) • Oefeningenbundel (beschikbaar op Toledo)

  7. Meet- en Regeltechniek: Labo • Doel: Lerenwerken met PLC (ProgrammeerbareLogische Controller) alscomputersysteemvoorindustriëlebesturingstaken en meet- en regeltoepassingen. • Docent: Hugo Belmans (hugo.belmans@kuleuven.be) • Uurrooster: 6 x 2u (2-wekelijks op maandagvoormiddag)

  8. Meet- en Regeltechniek: Examen • Examenvormtheorie: • mondeling met schriftelijkevoorbereiding • geslotenboek (enkelrekentoestel en formulariumzijntoegelaten) • Puntenverdeling: eindcijfer= gewogengemiddelde van theorie- en praktijkexamen • gewichtsfactortheorie = 2.3/3 (= 76.7%) • gewichtsfactorpraktijk= 0.7/3 (= 23.3%) • Voorbeeldexamen: (beschikbaar op Toledo)

  9. Meet- en Regeltechniek: Vakinhoud • Deel 1: Analoge regeltechniek • Les 1: Inleiding en modelvorming • Les 2: De regelkring • Les 3: Het wortellijnendiagram • Les 4: De klassieke regelaars • Les 5: Voorbeelden en toepassingen • Les 6: Systeemidentificatie en regelaarsinstelling • Les 7: Speciale regelstructuren • Les 8: Niet-lineaire regeltechniek en aan-uit regelaars • Deel 2: Digitale regeltechniek • Les 9: De discrete regelkring • Les 10: De toestandsregelaar • Les 11: Modelpredictievecontrole Les 12: Herhalingsles

  10. Les 1: Inleiding en modelvorming • Inleiding [Nise, Hoofdstuk 1] • Wat is een regelsysteem? • Voorbeelden van regelsystemen • Sturen vs. regelen • Transiente vs. steady-state responsie • Regelobjectieven • Hoe stellen we de regelkring in? • Modelvorming [Baeten, REG1, Hoofdstuk 1] • Modelvorming: waarom en hoe? • Lineare tijdsinvariante systemen • Transfertfunctie • Dynamisch assenkruis • Voorbeeld: watertoren

  11. Wat is een regelsysteem? • In zijn eenvoudigste vorm geeft een regelsysteem een uitgangssignaal (responsie) voor een gegeven ingangssignaal (stimulus)

  12. Waarom hebben we regelsystemen nodig? • vermogenversterking (bv. vermogensturing van radarantenne) • besturing vanop afstand (bv. telerobotische operaties, ontmijningrobot) • gemak van het ingangssignaal (bv. converteer positie van thermostaat naar kamertemp.) • compenseren van verstoringen (bv. cruise control en bv. bergop en/of wind) • verbeteren van de snelheid, nauwkeurigheid, herhaalbaarheid, … van het systeem

  13. Voorbeelden van regelsystemen (1) • Rover is gebouwd om te werken in gecontamineerde gebieden op Three Mile Island in Middleton, PA, waar een nucleair ongeval gebeurde in 1979. • De op afstand geregelde arm van de robot zie je vooraan op het voertuig.

  14. Voorbeelden van regelsystemen (2) • Video laser disk speler • Objectief leest gaten op een laser disk

  15. Voorbeelden van regelsystemen (2) • Optisch pad voor het afspelen met “tracking” spiegel die geroteerd wordt door regelsysteem zodat laserstraal gepositioneerd blijft op sporen van gaten.

  16. Voorbeelden van regelsystemen (3) • Harde schijf met lees-/schrijfkoppen

  17. Sturen vs. regelen • Openlussysteem = sturing

  18. Sturen vs. regelen • Geslotenlussysteem = regeling

  19. Transiente vs. steady-state responsie • Voorbeeld: regeling van lift

  20. Transiente vs. steady-state responsie Stapresponsie van een positieregelsysteem met effect van hoge en lage regelaar versterking % Overshoot (doorschot) =

  21. Regelobjectieven • Stabilisatie van systeem • Genereren van gewenste transient responsie • Vermindering/eliminatie van standfout • Robuustheid tegen storing en variaties in procesparameters • Behalen van optimale performantie

  22. Hoe stellen we de regelkring in? • Met behulp van een modelvan het systeem: • Analytisch: meestal via lineaire diff. vgl. + Laplace-transform. • Experimenteel: via systeemidentificatie

  23. Les 1: Inleiding en modelvorming • Inleiding [Nise, Hoofdstuk 1] • Wat is een regelsysteem? • Voorbeelden van regelsystemen • Sturen vs. regelen • Transiente vs. steady-state responsie • Regelobjectieven • Hoe stellen we de regelkring in? • Modelvorming [Baeten, REG1, Hoofdstuk 1] • Modelvorming: waarom en hoe? • Lineare tijdsinvariante systemen • Transfertfunctie • Dynamisch assenkruis • Voorbeeld: watertoren

  24. Modelvorming: waarom en hoe? • Om een proces in te stellen hebben we een model van het te regelen proces nodig • Elk regelsysteem kan beschreven worden door een blokkendiagram • Waarom? Met het systeemmodelkan men • systeemgedrag verklaren (tijd, frequentie) • probleem opdelen in deelproblemen (vereenvoudiging) • Hoe? • systeemvergelijkingenopstellen en lineariseren(vereenvoudigen) • differentiaalvergelijkingoplossen • of omzetten van tijd- naar frequentiedomein (eenvoudiger)

  25. Modelvorming: waarom en hoe? • Beperkingen? • lineariseerbaaren tijdsinvariant (geen ) en causaal verband ingang-uitgang

  26. Lineaire tijdsinvariante systemen • Drie soorten basisblokken: • Integrator: (op treedt het systeem in werking) • Sommatiepunt: • Schaalelement:

  27. Transfertfunctie Basisblokkenomzettennaar Laplace domein • p-variabele • verondersteltdynamischassenkruis • Laplace-transf. van differentiator • Enkelgeldigvoorlineairetijdsinvariantesystemenniet-lineairesystemenlineariseren!

  28. Dynamisch assenkruis Algemeen

  29. Dynamisch assenkruis • Waaromassenstelselverplaatsen? • Rekenwerkvereenvoudigen! • Veronderstel niet-lineaire relatie: • Werkingsgebied rond lineariserenrond (Taylor-benadering): • Verplaats assenstelsel naar , voorwaarden: • behoud van afgeleide in nieuwe nulpunt: • offset: linearisatiepunt wordt nieuw nulpunt

  30. Dynamisch assenkruis • lineariserenrond -16 -2

  31. Voorbeeld: watertoren • Ingang: debiet () water regelbaar met actuator • Uitgang: waterniveau (h) • Meting/Sensor: Spanning (V) i.f.v. waterniveau (h)

  32. Voorbeeld: watertoren • Regelsysteem

  33. Voorbeeld: watertoren • Blokkendiagram: transfertfunctie van elk blok? • TF actuator: relatie tussen spanning (V) en debiet ( ) • TF watervat: relatie tussen debiet () en hoogte (h) • TF sensor: relatie tussen hoogte (h) en spanning (V)

  34. Voorbeeld: watertoren • TF watervat: relatie tussen debiet ( ) en hoogte (h)

  35. Voorbeeld: watertoren • TF watervat: relatie tussen debiet ( ) en hoogte (h)

  36. Voorbeeld: watertoren • TF watervat: relatie tussen debiet ( ) en hoogte (h)

  37. Voorbeeld: watertoren • TF sensor: relatie tussen hoogte (h) en spanning (V) • Sensor is een lineair systeem dat uitgang direct weergeeft: • TF actuator: relatie tussen spanning (V) en debiet ( ) • Motor heeft een vertraging: 1e orde systeem met en

More Related