Regulatory. Zadania regulatorów. Regulator

Transkrypt

1 Regulaory Regulaor Urządzenie, kórego podsawowym zadaniem jes na podsawie sygnału uchybu (odchyłki regulacji) ukszałowanie sygnału serującego umożliwiającego uzyskanie pożądanego przebiegu wielkości regulowanej niezależnie od wysępujących zakłóceń 1 Zadania regulaorów Porównanie warości mierzonej wielkości regulowanej z warością zadaną (określenie warości sygnału uchybu regulacji). Wywarzanie wyjściowego sygnału serującego o warości zależnej od uchybu regulacji, czasu wysępowania uchybu i szybkości jego zmian. Zapewnienie sygnałowi serującemu posaci i mocy porzebnej do uruchomienia urządzeń wykonawczych. Regulaory przemysłowe częso zawierają również urządzenia, kóre umożliwiają nasawianie warości zadanej (zw. zadajniki), przełączniki rodzaju pracy (ręczna, auomayczna), urządzenia do serowania ręcznego oraz mierniki do pomiaru wielkości isonych dla procesu regulacji 2

2 Rodzaje regulaorów Podział ze względu na rodzaj wykorzysywanej energii: Regulaory bezpośredniego działania (najsarsze); Regulaory korzysające z energii pomocniczej: elekryczne, pneumayczne, hydrauliczne. Podział ze względu na posać sygnału wyjściowego: Regulaory z sygnałem wyjściowym nieciągłym: dwusawne, rójsawne (inaczej dwupołożeniowe, rójpołożeniowe), ypowo są o regulaory elekryczne; Regulaory dwusawne i rójsawne z korekcją; Regulaory z sygnałem wyjściowym ciągłym ypu P, PI, PD, PID, elekryczne (analogowe lub cyfrowe), pneumayczne i hydrauliczne. Regulaory uniwersalne bądź specjalizowane. 3 Regulaory bezpośredniego działania Regulaory bezpośredniego działania pobierają energię porzebną do przesawiania zaworu nasawczego z procesu regulowanego za pośrednicwem czujnika pomiarowego. Zaley: prosa i zwara budowa, niska cena i duża niezawodność. Wady: ograniczenie do regulacji sałowarościowej o małej dokładności. ypowe elemeny regulaora: czujnik, nasawnik (zawór regulacyjny) i elemen wykonawczy (siłownik). ypowe zasosowania: regulacja emperaury, ciśnienia, srumienia, poziomu. 4

3 Regulaory bezpośredniego działania ermosa samochodowy regulacja emperaury wody w układzie chłodzenia silnika 1 - mieszek sprężysy 2 - grzybek 3 - gniazdo zaworu 5 Regulaory dwusawne i rójsawne Isoa regulacji polega na ym, że na wyjściu regulaora sygnał może przyjmować ylko dwa sany sygnału serującego: załączony lub wyłączony (dla regulaora rójpołożeniowego rzy sany). Regulaory nadają się do obieków o dużych sałych czasowych (dużych inercjach), gdzie nie jes isona duża dokładność regulacji, np. serowanie emperaurą w obiekach cieplnych. Zaley: prosoa budowy i serowania. Wady: oscylacje (o dużej ampliudzie) warości wielkości regulowanej wokół warości zadanej. 6

4 Regulaory dwusawne i rójsawne Przykład ermoregulaora bimealowego z bezpośrednim załączaniem obwodu z załączaniem migowym 1 - aśma bimealowa 2 - zesyk 3 - śruba regulacyjna A - maeriał o małym współczynniku rozszerzalności emperaurowej B - maeriał o dużym współczynniku rozszerzalności emperaurowej 7 Regulaory dwusawne i rójsawne Charakerysyka sayczna regulaora dwu i rójsawnego oraz przebiegi warości regulowanej (regulaor dwupołożeniowy) Regulaor dwusawny Regulaor rójsawny 8

5 Regulaory dwusawne z korekcją Umożliwiają zmniejszenie ampliudy oscylacji wielkości regulowanej przez wprowadzenie korekcyjnego sprzężenia zwronego (zwiększenie częsoliwości przełączeń) 9 Regulaory ciągłe Regulaor proporcjonalny P Zasosowanie regulaora ypu P zmniejsza wpływ zakłóceń, nie eliminuje ich całkowicie. Regulaor P wzmacnia uchyb w całym paśmie częsoliwości (w sanie usalonym i sanach przejściowych). Uchyb w układzie z regulaorem P jes wpros proporcjonalny do warości zakłóceń i odwronie proporcjonalny do wzmocnienia regulaora. Wzmocnienie K P lub zakres proporcjonalności X P =(1/K P )100%. y( ) = K Pε ( ) 10

6 Regulaory ciągłe Regulaor proporcjonalno-całkujący PI Dzięki zasosowaniu elemenu całkującego, uchyb usalony w układzie może zosać sprowadzony do zera (w sanach usalonych). Wada pogorszenie sabilności układu i problemy z ograniczeniem całkowania. Obecność członu proporcjonalnego daje szybszą reakcję w porównaniu do samego regulaora całkującego. 1 y( ) = K + P ε ( ) ε ( ) dτ i 0 11 Regulaory ciągłe Paramery regulaora PI Wzmocnienie K P Czas zdwojenia i h( ) = K P 1 + ε1( ) i 12

7 Regulaory ciągłe Regulaor proporcjonalno-różniczkujący PD Regulaor PD reaguje na zmianę uchybu regulacji i wprowadza odpowiednią poprawkę do sygnału serującego, kóra zabezpiecza przed powsawaniem dużej ampliudy oscylacji sygnału wyjściowego. Wprowadzenie bloku różniczkującego poprawia sabilność układu i wpływa na poprawę jakości dynamicznej regulacji (w sanach przejściowych). Paramery regulaora: wzmocnienie K P i czas wyprzedzenia d y( ) = K ε ( P ) + d dε d 13 Regulaory ciągłe Regulaor PID Łączy zaley regulaora PI oraz PD y( ) 1 dε = K + + P ε ( ) ε ( ) dτ d d i 0 ransmiancja operaorowa regulaora PID Idealny PID Rzeczywisy PID G( s) K G( s) = K s sd + s + 1 = P d si P 1 s i 14

8 Regulaory ciągłe Odpowiedź skokowa regulaora PID idealnego i rzeczywisego 15 ) ( ) ( 1 ) ( 1 K h d i P ε δ + + = ) ( 1 ) ( 1 / e K h d i P ε + + = PID idealny PID rzeczywisy Regulaory ciągłe Własności regulaorów ciągłych podsumowanie 16

9 Regulaory ciągłe Regulaory przemysłowe PID Regulaor emperaury FCD13A Regulaor ciśnienia CPC Regulaory PID, dobór nasaw Zakresy paramerów regulaorów uniwersalnych: Zakres proporcjonalności X P w granicach 3 400%; Czas zdwojenia i w granicach 3s 30min; Czas wyprzedzenia d w granicach 0 15min. Dobór nasaw paramerów regulaora ze względu na: Sabilność; Uchyb usalony e u (ε u ) ; Czas regulacji s ; Przeregulowanie M p lub względne κ. 18

10 Regulaory PID, dobór nasaw Założenia odnośnie meod srojenia regulaorów Mają być w miarę prose. Najlepiej, aby nie było konieczności dokładnej znajomości modelu obieku. Porzebne paramery powinny być ławe do zarejesrowania, zmierzenia i wyznaczenia. Powinny dawać wyniki w miarę szybko. Eksperymen niezbędny do przeprowadzenia nie powinien zaburzać samego procesu. Powinna isnieć możliwość samoczynnego doboru nasaw przez regulaor. 19 Regulaory PID, dobór nasaw Meoda Zieglera-Nicholsa doboru nasaw regulaora PID (dla nieznanej charakerysyki dynamicznej) Meoda doświadczalna meoda cyklu granicznego Ograniczenie konieczność doprowadzenia obieku do granicy sabilności (nie zawsze jes o bezpieczne i możliwe) 20

11 Regulaory PID, dobór nasaw Schema posępowania dla meoda Zieglera-Nicholsa Uakywnić ylko część P regulaora ( i, d =0); Nasawić wzmocnienie regulaora K p =K kr ak aby układ znalazł się na granicy sabilności; Wyznaczyć okres drgań niegasnących osc = kr ; Obliczyć nasawy regulaora korzysając z K kr oraz osc. 21 Regulaory PID, dobór nasaw Aproksymacja obieków Obieky sayczne Dla wymuszenia skokowego G( s) = s Ke o s + 1, Obieky asayczne s Ke o s e o 1 G( s) = =, K = s s 22

12 Regulaory PID, dobór nasaw Dobór nasaw regulaorów PID Znana charakerysyka skokowa obieku saycznego (znane paramery obieku aproksymującego K,, o 23 Regulaory PID, dobór nasaw Dobór nasaw regulaorów PID Znana charakerysyka skokowa obieku asaycznego (znane paramery obieku aproksymującego, o 24