1 / 34

Systemy wbudowane

Systemy wbudowane. Wykład nr 3: Komputerowe systemy pomiarowo-sterujące Elementy i urządzenia automatyki Piotr Bilski. Wymagania wobec sterowania obiektami i procesami. Dokładna identyfikacja obiektu lub procesu Pełna kontrola stanu obiektu lub procesu

kizzy
Download Presentation

Systemy wbudowane

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. Systemy wbudowane Wykład nr 3: Komputerowe systemy pomiarowo-sterujące Elementy i urządzenia automatyki Piotr Bilski

  2. Wymagania wobec sterowania obiektami i procesami • Dokładna identyfikacja obiektu lub procesu • Pełna kontrola stanu obiektu lub procesu • Duża szybkość przetwarzania znacznej ilości informacji (z czujników pomiarowych) • Uwzględnienie niekorzystnych efektów rzeczywistych (np. addytywnego szumu) • Uwzględnienie w sterowaniu wszystkich zależności między wielkościami procesu

  3. Struktura komputerowego systemu pomiarowo-sterującego (KSPS) • Jest to system cyfrowy połączony ze środowiskiem zewnętrznym przy pomocy modułów wejścia/wyjścia • Sprzęt obejmuje zestaw mikroprocesorowy pełniący rolę układu przetwarzającego dane • Oprogramowanie to całokształt środków programowych związanych z typem systemu cyfrowego

  4. Struktura sprzętu KSPS Pamięci zewnętrzne PROCES STEROWANY Kanały wejścia/wyjścia Kanał auto-maty-ki Urządzenie sterujące Pamięć operacyjna JEDNOSTKA CENTRALNA ALU Kanały wejścia/wyjścia Urządzenia zewnętrzne

  5. Elementy KSPS • Kanał automatyki – wyspecjalizowane urządzenia zewnętrzne, pośredniczące miedzy systemem cyfrowym a procesem sterowanym • Oprogramowanie dla sprzętu • System operacyjny (opcjonalny) • System programowania (języki symboliczne i graficzne) • Oprogramowanie użytkowe

  6. Idea oprogramowania dla systemów wbudowanych + GPOS + RTOS

  7. Klasyfikacja KSPS • Występowanie podsystemów: • Zbierania i przetwarzania zmiennych stanu procesu • Sygnalizacji, kontroli i dokumentacji procesu • Sterowania zmiennych procesowych binarnych • Sterowania zmiennych procesowych ciągłych • Sterowanie operatywne • Zarządzanie

  8. Klasyfikacja KSPS (c.d.) • Powiązanie systemu sterowania z procesem sterowanym • System nadzorujący • System sterowania automatycznego • System sterowania bezpośredniego • System sterowania nadrzędnego

  9. Rozproszona natura KSPS użytkownik nadzorca Element pomiarowo- wykonawczy medium transmisyjne monitorowany obiekt

  10. System sterowania bezpośredniego (DCC) zlecenia operatora meldunki SYSTEM CYFROWY SYGNAŁY STERUJĄCE WIELKOŚCI MIERZONE PROCES

  11. System sterowania nadrzędnego (SPC) zlecenia operatora meldunki SYSTEM CYFROWY SYGNAŁY STERUJĄCE R R R PROCES WIELKOŚCI MIERZONE

  12. Oprogramowanie systemu SPC • Program kontrolny i stałe z nim związane • Polecenia użytkowników • Wartości wielkości regulowanych w procesie • Informacja o stanie elementów wykonawczych • Dane historyczne na temat wielkości regulowanych i wykonawczych

  13. Obliczenia wykonywane przez SPC • Wnioskowanie o aktualnych wartościach zmiennych badanego obiektu • Procedury obliczeniowe dotyczące sterowania • Predykcja stanów obiektu • Raportowanie i dokumentacja obiektu

  14. Sterowanie binarne • Sterowanie dotyczy zmiennych o charakterze dwustanowym: • Przełączników i przekaźników • Zaworów odcinających • Dozowników • Problemem jest duża liczba zmiennych • Implementacja modułowa algorytmów

  15. Sterowanie zmiennych ciągłych • Problem konwersji danych ciągłych na dyskretne i odwrotnie • Konieczność zastosowania filtracji cyfrowej • Problem całkowania • Kontrola przekroczenia wartości granicznych • Konieczność linearyzacji i korekcji charakterystyk statycznych

  16. Operacja odszumiania • Parametry filtrów: częstotliwości graniczne, dobroć, zafalowania (ripple) • Rodzaje filtrów: dolno-, górno-, pasmowoprzepustowe, pasmowozaporowe

  17. Schemat układu regulacji Sygnał regulujący u1(t) Sygnał regulowany Obiekt y(t) Element wykonawczy Element pomiarowy y1(t) Sygnał pomiarowy Sygnał sterujący u(t) x(t) e(t) - Regulator Zadajnik +

  18. Rodzaje regulatorów ciągłych • Regulator proporcjonalny typu P • Regulator całkujący typu I • Regulator różniczkujący typu D • Regulator proporcjonalno-całkujący typu PI • Regulator proporcjonalno-różniczkujący typu PD • Regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący typu PID

  19. Regulator proporcjonalny (typu P) • Sygnał sterujący regulatora: u(t)=k·e(t) gdzie k– współczynnik wzmocnienia regulatora: Δu/Δe • Zakres proporcjonalności: x = (1/k)·100% • Transmitancja idealnego regulatora: • Transmitancja regulatora z inercją:

  20. Regulator proporcjonalny (typu P) (c.d.) • Charakterystyka skokowa regulatora typu P idealnego oraz z inercją

  21. Regulator całkujący (typu I) • Sygnał sterujący regulatora: gdzie Ti– stała całkowania • Transmitancja idealnego regulatora: • Transmitancja regulatora z inercją:

  22. Regulator całkujący (typu I) (c.d.) • Charakterystyka skokowa regulatora typu I idealnego oraz z inercją

  23. Regulator różniczkujący (typu D) • Sygnał sterujący regulatora: gdzie Td– stała różniczkowania • Transmitancja idealnego regulatora: • Transmitancja regulatora z inercją:

  24. Regulator różniczkujący (typu D) (c.d.) • Charakterystyka skokowa regulatora typu D idealnego oraz z inercją

  25. Regulator proporcjonalno-całkujący (typu PI) • Sygnał sterujący regulatora: • Transmitancja idealnego regulatora: • Transmitancja regulatora z inercją:

  26. Regulator proporcjonalno-całkujący (typu PI) (c.d.) • Charakterystyka skokowa regulatora typu PI idealnego oraz z inercją

  27. Regulator proporcjonalno-różniczkujący (typu PD) • Sygnał sterujący regulatora: • Transmitancja idealnego regulatora: • Transmitancja regulatora z inercją:

  28. Regulator proporcjonalno-różniczkujący (typu PD) (c.d.) • Charakterystyka skokowa regulatora typu PD idealnego oraz z inercją

  29. Regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący (typu PID) • Sygnał sterujący regulatora: • Transmitancja idealnego regulatora: • Transmitancja regulatora z inercją:

  30. Regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący (typu PID) (c.d.) • Charakterystyka skokowa regulatora typu PID idealnego oraz z inercją

  31. Dobór regulatorów • Parametry dla regulatora: • Charakterystyki obiektu regulacji (wyznaczenie T0i T) • Wymagania odnośnie jakości regulacji • Etapy doboru regulatora: • Wybór rodzaju regulatora (np. ciągły lub impulsowy), w zależności od T0/T • Wybór typu regulatora (P, PD, PI, PID) • Dobór nastaw (wzmocnienie krytyczne, okres drgań krytycznych)

  32. Dobór elementów pomiarowych • Czujniki pomiarowe • Ciśnienia • Natężenia przepływu • Tensometry oporowe • Tensometry termoelektryczne • Termometry optyczne • Wilgotności • Zapylenia • Gęstości płynów • Przetworniki pomiarowe • Oporowo-stykowe • Tensometryczne • Magnetyczne • Pojemnościowe • fotoelektryczne

  33. Przetwornik pomiarowy Charakterystyka przetwornika: Struktura przetwornika: y czujnik wzmacniacz zasilanie x

  34. Przykład: tensometr oporowy • Czujnik mierzący naprężenie • Stosowany do pomiaru ciśnienia lub masy • Wykorzystuje zjawisko zmiany oporności w wyniku zmiany długości elementu: • gdzie: L – długość, A – pole przekroju poprzecznego

More Related