240 likes | 339 Views
Automatizálási tanszék. Szabályozási Rendszerek 2014/2015, őszi szemeszter Előadás. Tervezés frekvenciatartományban. Minőségi követelmények: - stabilitás - megfelelő statikus pontosság alapjelkövetésre és zavarelhárításra - a mérési zaj hatásának elnyomása
E N D
Automatizálási tanszék Szabályozási Rendszerek 2014/2015, őszi szemeszter Előadás
Tervezés frekvenciatartományban Minőségi követelmények: - stabilitás - megfelelő statikus pontosság alapjelkövetésre és zavarelhárításra - a mérési zaj hatásának elnyomása - érzéketlenség a paraméterváltozásokra - előírt dinamikus (tranziens) viselkedés - a gyakorlati megvalósításból adódó korlátozások figyelembevétele Probléma: a rendszerek viselkedése a legtöbbször nem felel meg minden elvárásnak Megoldás: szabályozás megfelelő tervezése
Hagyományos szabályozók tervezése A tervezés feladata Szabályozó definiálása - Szabályozó struktúrájának megválasztása - Szabályozó paramétereinek beállítása a minőségi követelmények figyelembe vétele szerint PID típusú szabályozócsalád
PID típusú szabályozócsalád • A megvalósított szabályozási feladatok 90%-át PID jellegű szabályozókkal valósítják meg. • Okai: • A minőségi előírások a legtöbb esetben teljesíthetők • Egyszerű felépítésűek • A paraméter-változtatásának hatása könnyen követhető • Egyszerű a gyakorlati megvalósítása • A PID szabályozó család szabályozói: • PID szabályozó • P szabályozó • I szabályozó • PI szabályozó • PD szabályozó
Szabályozók tervezése Ideális PID szabályozó Átviteli függvénye: Átmeneti függvénye: Kimenőjele:
Szabályozók tervezése Ideális PID szabályozó
Szabályozók tervezése Közelítő PID szabályozó Átviteli függvénye: Átmeneti függvénye: Túlvezérlés:
Szabályozók tervezése PID szabályozóból való származtatások Ideális PID: - Arányos (P): - Integráló (I): - Arányos - integráló (PI): - Arányos - differenciáló (PD): Közelítő PD : Közelítő PID (FKS), ha FS – tag FK – tag
Szabályozók tervezése P szabályozók hangolása • 0-típusú szabályozási kört eredményez, ha nem integráló jellegű a folyamat • Eredő átviteli függvényének erősítése: K/(1+K) • Realizáláskor (1+K)/Kstatikus kompenzációt alkalmazunk • Csak a frekvenciafüggvény amplitúdó menetét befolyásolja • Változtatásával állítható: a felnyitott kör erősítése és így a vágási körfrekvencia is • megfelelő fázistöbblet • Eredmény: a szabályozási rendszer általa stabilizálható, de állandósult statikus hibával • Tervezés menete: - előírt fázistöbblethez tartozó maximális körerősítés meghatározása • - Ebből számoljuk az elérhető minimális statikus hibát
Szabályozók tervezése I szabályozók hangolása • Célja: a szabályozási kört 1-típusúvá tegye, azaz az állandósult hiba értéke zérus legyen. • Méretezése: • Egyetlen állítható paramétere: KI • Maximális integrális körerősítés:
Szabályozók tervezése PI szabályozók hangolása (ideális) A P szabályozó hibáját hivatott javítani, kisebb statikus hiba elérése végett
Szabályozók tervezése PI szabályozók hangolása (közelítő) – FK tag Szinuszos bemenőjelekre a kimenőjel fázisban késik a bemenőjelhez képest
Szabályozók tervezése PD szabályozók hangolása (közelítő) – FS tag Szinuszos bemenőjelekre a kimenőjel fázisban siet a bemenőjelhez képestGyorsítja a rendszert
Szabályozók tervezése PID szabályozók hangolása (közelítő) A rendszer statikus pontosságának javítása, és a rendszer gyorsítása
Szabályozók tervezése PID szabályozók hangolása (közelítő) – FKS tag Nincs integráló hatás, beiktatásának hatására nincs zérus értékű állandósult hiba
Szabályozók tervezése Összefoglaló méretezési táblázat
Szabályozók tervezése Szabályozók összefoglalása P: - nincsenek statikus pontosságra vonatkozó nagy igények - lassú működésű lehet - integráló hatással együtt statikus szempontból is megfelelő működésű PI: - állandósult állapotban pontos beállás, egységugrásra - hibamentes beállást biztosít - lassú működés PD: - gyorsítja a rendszert, amit a szabályozó túlvezérlésével érünk el PID: - növelhetjük vele a szabályozó pontosságát és gyorsaságát is
Szabályozók realizálása Műveleti erősítőkkel I PI
Szabályozók realizálása Passzív elemekből FK FS FKS
Szabályozók tervezése Kompakt szabályozó
Tapasztalati szabályozó hangolási módszerek • Javaslatok stabilis folyamatok hangolására, üzembe helyezésre • Folyamatokon elvégzett mérések, szimulációk és gyakorlati megfigyelések alapján • Előnye: Kezdeti beállításoknak tekinthetők a gyors üzemi behangolás elérése érdekében (tesztelésre) • Hátránya: Nem alkalmasak a szabályozók viselkedésének meghatározására és a változásokhoz való hangolásokra
Tapasztalati szabályozó hangolási módszerek ZIEGLER-NICHOLS szabályok – frekvencia válasz módszer • Azt feltételezzük, hogy a folyamat technológiája megengedi, hogy a zárt szabályozási kör rövid időre a stabilitás határhelyzetére hozható, csak arányos szabályozást alkalmazva • Integráló és differenciáló tag kikapcsolása (TI = , TD = 0) • AP emelésével a stabilitás határának elérése • Minden AP változtatás után meg kell várni az állandósult állapot beálltát • ξ = 0.25 (40%-os túllendülés) • AP,kr= határhelyzethez tartozó erősítés • Tkr= állandósult szinuszos lengés határideje • Csak lassan változó zavarások kompenzálására alkalmas
Tapasztalati szabályozó hangolási módszerek ZIEGLER-NICHOLS szabályok – átmeneti függvény módszer • Átmeneti függvények kiértékelésén alapuló beállítások, holtidős, aperiodikus ipari folyamatokhoz, egységugrás alakú bemenetre. • Az átmeneti függvény inflexiós pontjában húzott egyenes által meghatározott: • TL = látens holtidő • ML = látens meredekség
Tapasztalati szabályozó hangolási módszerek OPPELT módszer • Közelítő egytárolós tag átmeneti függvényén alapuló grafo-analitikus (közelítő analitikus összefüggésekkel) beállítás. • Névleges munkapont kézi beállítása • ξ = 0.25-re (nagy túllendülés)