Laboratorium Pomiarów i Automatyki w Inżynierii Chemicznej Regulacja Ciągła

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Laboratorium Pomiarów i Automatyki w Inżynierii Chemicznej Regulacja Ciągła"

Krzysztof Włodarczyk
6 lat temu
Przeglądów:

1 Zakład Wydzałowy Inżyner Bomedycznej Pomarowej Laboratorum Pomarów Automatyk w Inżyner Chemcznej Regulacja Cągła Wrocław 2005

2 . Mary jakośc regulacj automatycznej. Regulacja automatyczna polega na oddzaływanu na proces technologczny (ekt regulacj) aby przebeg procesu merzony przebegem wartośc welkośc regulowanej, był zgodny z przebegem założonym. Oddzaływane realzuje urządzene technczne zwane regulatorem. Regulator na podstawe różncy (uchybu regulacj ε) pomędzy wartoścą welkośc określającej stan procesu a wartoścą zadaną tej welkośc generuje sygnał sterujący dla ektu o wartośc zależnej równeż od szybkośc zman stanu procesu występujących zakłóceń. Rys. Struktura układu regulacj automatycznej. W pracach projektowych najczęścej przyjmuje sę uproszczene, że zakłócena z( oddzałują na welkość wyjścową ektu w sposób addytywny z(+ (rys. 6). Istotnym zadanem jest dór rodzaju regulatora do właścwośc dynamcznych ektu a w dalszej częśc dór nastaw (parametrów) regulatora, tak aby przebeg procesu regulacj był zgodny z założenam. Ocenę jakośc procesu regulacj przeprowadza sę w oparcu o pewne wskaźnk: czas regulacj t r, jest to czas po którym uchyb regulacj ε( ne przekracza 5% wartośc ε ust, maksymalny uchyb regulacj ε ust, przeregulowane κ. Wartośc tych wskaźnków wyznacza sę w oparcu o zarejestrowaną odpowedź układu na skokową zmanę zakłócena dzałającego na ekt regulacj lub skokową zmanę wartośc zadanej.

3 Rys.2 Wyznaczane wskaźnków jakośc regulacj. Określene, który wskaźnk jest najstotnejszy w ocene zależy od konkretnych zastosowań układu regulacj w procesach technologcznych. 2. Regulacja cągła Dór rodzaju regulacj automatycznej do ektu (procesu) pownen być poprzedzony wyznaczenem jego charakterystyk dynamcznej. Najczęścej spotykane ekty to ekty ceplne, mechanczne ( suszark, pece, ultratermostaty, pomeszczena klmatyzowane, wrówk, pojazdy tp.), które mają charakter członów nercyjnych perwszego lub wyższych rzędów, a dla celów projektowych można zastosować uproszczene przypsując m łańcuchowe połączene członu nercyjnego perwszego rzędu członu opóźnającego. Dór parametrów 0, T 0, członów zastępczych przeprowadza sę na podstawe analzy odpowedz ektu na pudzene skokowe u ( = A( Rys.3 Zasada przyblżana odpowedz skokowej ektu nercyjnego wyższego rzędu charakterystyką członu nercyjnego I-go rzędu o stałej czasowej wzmocnenu 0 połączonego łańcuchowo z członem opóźnającym o opóźnenu T 0.

4 Praktyczne krytera doru rodzaju regulacj do ektu scharakteryzowanego czasem opóźnena (czasem martwym) T 0 stałą czasową zakładają że stosuje sę: T regulację dwupołożenową jeżel 0 < 0. 2, T regulację cągłą jeżel 0.2 0, regulację krokowo-mpulsową jeżel T < 0 Zadane przyblżana charakterystyk dynamcznych można przeprowadzć analtyczne, można też zrealzować eksperymentalne korzystając np. z paketu Smulnk programu Matlab podczas eksperymentu porównywana odpowedz skokowej modelu ektu (człon nercyjny n-tego rzędu) przyblżonego modelu w postac łańcuchowego połączena członów opóźnającego nercyjnego -go rzędu. Ocena jakośc dopasowana odbywa sę na podstawe porównana zarejestrowanych odpowedz skokowych za pomocą rejestratora (rys.4) 0 Skok 3s+ Człon Inerc. 5s+ Cłon Inerc. 2 7s+ Człon Inerc.3 Rejest Człon s+ Człon Inerc Opóźn Rys. 4 Struktura przykładowa umożlwająca porównane odpowedz skokowej ektu: człon nercyjny 3-go rzędu (kolor żółty) z odpowedzą skokową modelu przyblżającego: łańcuchowe połączene członu opóźnającego członu nercyjnego -go rzędu (kolor nebesk). y0 Zadajnk Sum PID Regulator PID z Aproksymacją Różnczkowa Obekt-opóź s+ Obekt-nercja Scope2 Rys. 5 Struktura umożlwająca badane stanu przejścowego w układze regulacj automatycznej typu P,PI,PID, bez ecnośc zakłóceń dla ektu nercyjnego -go rzędu z opóźnenem.

5 y 0 Zadajnk Sum PID Regulator PID z aproksymacją różnczkow s+ Obekt-opóź Obekt-nercja Sum Scope2 Generator zakłóceń Rys.6 Struktura umożlwająca badane stanu przejścowego w układze regulacj automatycznej typu P,PI,PID, z ecnoścą zakłóceń dla ektu nercyjnego -go rzędu z opóźnenem. Genera Generator sygnałowy Sum PID Regulator PID Obekt opóźnene s+ Obekt nercja Scope2 Rys.7 Struktura umożlwająca badane zachowana sę ektu w odpowedz na programowaną (przebeg: płokształtny, prostokątny, snusodalny) zmanę wartośc zadanej 3. Dór nastaw regulatora Aby uzyskać przebeg regulacj spełnający wymagana narzucone przez automatyzowany proces technologczny trzeba drać nastawy regulatora tak aby odchyłka regulacj ε( zmenała sę zgodne z założonym parametram. Do parametrów określających bezpośredne cechy przebegu odchyłk przede wszystkm należą: czas regulacj t r a węc czas, po którym odchyłka jest mnejsza od dopuszczalnej, maksymalna odchyłka chwlowa ε max, odchyłka ustalona ε ust utrzymująca sę po ustanu zakłócena, przeregulowane κ (rys.2). Istneją opracowane algorytmy, które dla przyjętych kryterów jakośc, pozwalają drać wstępne nastawy regulatorów. Współczesne, ntelgentne regulatory umożlwają samoczynny dór nastaw regulatora według wybranego przez sługę kryterum.

6 Tab. Dór nastaw regulatorów cągłych ( p - wzmocnene; T - czas całkowana; T d czas różnczkowana) dla ektów statycznych o wzmocnenu ; czase opóźnena T 0 ; stałej czasowej, przy założenu mnmalnego czasu regulacj t r dwóch wartoścach Typ Reg ulato ra przeregulowana. (Poradnk nżynera automatyka, WNT Warszawa 995.) Przeregulowane 0%, mnmum t r Przeregulowane 20%, mnmum t r t r T 0 P 4.5 PI 8 PID 5.5 Nastawy t r T P T0 OB T p =0.8T T p =2.4T 0,T d =0.4T 0 0 Nastawy.0 = p T0 0.7 = T, T p =T = T, T p =2.0T 0,T d =0.4T 0 0 Dane w tabel wyznaczone zostały dla następującej funkcj przetwarzana regulatora: dε ( yr ( = p{ ε ( + Td + ε ( } T 4. Program ćwczena 4. Dla ektu nercyjnego wyższego rzędu (np. peca, czujnka) o modelu zadanym przez prowadzącego drać eksperymentalne model przyblżony w postac łańcuchowego połączena członu opóźnającego członu nercyjnego perwszego rzędu wyznaczyć parametry zgodne z modelem przedstawonym na rys Dla ektu z pkt. 4. zaprogramować układ regulacj cągłej PID o stałej wartośczadanej y 0 (uzgodnonej z prowadzącym) bez ecnośc zakłóceń (rys.5). zarejestrować przebeg czasowe: - odpowedz ektu, - odchyłk regulacj, - sygnału na wyjścu regulatora. Wyznaczyć lczbowe wartośc czasu regulacj t r, przeregulowana κ, odchyłk statycznej ε ust. Badana przeprowadzć dla różnych nastaw regulatorów P, PI, PID, określć wartośc nastaw przy których układ regulacj przestaje być stablny. Uwag a!!! nastawy regulatora PID w pakece Smulnk, p zdefnowane są następująco: I =, P= p, D= T d p T 4.3 Do struktury z pkt. 4.2 włączyć generator zakłócający (rys.6). Dla uprzedno wybranych nastaw regulatorów przeprowadzć badana wpływu zakłóceń. Wartośc średne warancje zakłóceń derać ze zboru: [ 0; 0.05y 0 ; 0.y 0 ; 0.2y 0 ] Porównać uzyskane wynk z wynkam z zad Drać optymalne warunk nastaw regulatora przeprowadzć proces regulacj, stałowartoścowej dla regulatora P oraz PI, porównać uzyskane wynk z wynkam z poprzednch zadań. 4.5 Dla optymalnych nastaw regulatora przeprowadzć symulację regulacj przy

7 programowej zmane wartośc zadanej y 0, bez ecnośc zakłóceń, (rys. 7). Zalecany wybór płokształtnego przebegu y 0. 5.Lteratura uzupełnająca [] S. Węgrzyn, Podstawy automatyk, PWN Warszawa. [2] ostro, Automatyka w pytanach odpowedzach, WNT Warszawa 990 [3] Praca zborowa, Poradnk nżynera Automatyka. WNT, Warszawa 973. [4] Notatk z wykładu Podstawowe lnowe człony dynamczne. Poneważ w programe ćwczena przewdzano korzystane z model opsywanych z zastosowanem przekształcena Laplace a ponżej zameszczono zestawene opsów matematycznych tych model. Człon proporcjonalny = = Człon nercyjny perwszego rzędu d + = ( ) u s s + Człon całkujący = T = T s Człon całkujący rzeczywsty Człon różnczkujący Człon różnczkujący rzeczywsty Człon opóźnający d + = T = T s( s + ) = T d = T d d s d + = T Td s = s + d d

= t-t 0 ) sto = e Regulator PID dε ( yr ( = p{ ε ( + Td + ε ( } T yr ( = p{ + Td s + } ε ( T s Regulator PID stosowany w pakece Smulnk programu Matlab zawera składową nercyjną w bloku odpowadającym

8 = t-t 0 ) sto = e Regulator PID dε ( yr ( = p{ ε ( + Td + ε ( } T yr ( = p{ + Td s + } ε ( T s Regulator PID stosowany w pakece Smulnk programu Matlab zawera składową nercyjną w bloku odpowadającym za różnczkowane sygnału odchyłk ε( Poszczególne nastawy do poprzedno sformułowanego opsu zdefnowane są następująco: p I =, P= p, D= T d p T Transmtancja tego regulatora ma postać: y R ( Ds = P + + I ε ( / Ns + s P Proporcjonalna Wejśce ε I s Całkująca Sum Wyjśce yr Ds /Ns+ Różnczkująca Rys.8 Struktura regulatora PID wykorzystywanego w ćwczenu jego tablca nastaw.

Podobne dokumenty

(Wszystkie wyniki zapisywać na dysku Dane E:)

(Wszystkie wyniki zapisywać na dysku Dane E:) Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z budową i zasadą działania PID oraz ocena jakości regulacji ciągłej na przykładzie obiektu rzeczywistego (mikrotermostat) i badań symulacyjnych. UWAGA Temperatura mikrotermostatu