INSTYTUT ENERGOELEKTRYKI POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ Raport serii SPRAWOZDANIA Nr

Podobne dokumenty
INSTYTUT ENERGOELEKTRYKI POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ Raport serii SPRAWOZDANIA Nr LABORATORIUM TEORII I TEHCNIKI STEROWANIA INSTRUKCJA LABORATORYJNA

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI I INFORMATYKI INSTYTUT AUTOMATYKI I INFORMATYKI KIERUNEK AUTOMATYKA I ROBOTYKA STUDIA STACJONARNE I STOPNIA

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

Transmitancje układów ciągłych

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WI-ET / IIT / ZTT. Instrukcja do zajęc laboratoryjnych nr 6 AUTOMATYKA

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - podstawy matematyczne. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Rys 1 Schemat modelu masa- sprężyna- tłumik

Dyskretyzacja równań różniczkowych Matlab

Podstawy Automatyki. Wykład 6 - Miejsce i rola regulatora w układzie regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Tematyka egzaminu z Podstaw sterowania

Podstawy Automatyki. wykład 1 ( ) mgr inż. Łukasz Dworzak. Politechnika Wrocławska. Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji (I-24)

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - modelowanie matematyczne układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Ćwiczenie 7. Zasady przygotowania schematów zastępczych do analizy stanów ustalonych obliczenia indywidualne

KOMPUTERY W STEROWANIU. Ćwiczenie 5 Projektowanie kompensatora cyfrowego metodą symulacji

Wprowadzenie do technik regulacji automatycznej. prof nzw. dr hab. inż. Krzysztof Patan

Wielomiany Hermite a i ich własności

Wydział Elektryczny. Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej. Konstrukcje i Technologie w Aparaturze Elektronicznej.

Ćwiczenie nr 1 Odpowiedzi czasowe układów dynamicznych

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - modelowanie matematyczne układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Plan wykładu. Własności statyczne i dynamiczne elementów automatyki:

Systemy. Krzysztof Patan

1. POJĘCIA PODSTAWOWE I RODZAJE UKŁADÓW AUTOMATYKI

Mechanika kwantowa ćwiczenia, 2007/2008, Zestaw II

Dyskretne układy liniowe. Funkcja splotu. Równania różnicowe. Transform

CYFROWE PRZTWARZANIE SYGNAŁÓW (Zastosowanie transformacji Fouriera)

Automatyzacja. Ćwiczenie 9. Transformata Laplace a sygnałów w układach automatycznej regulacji

Laboratorium z automatyki

w.solnik, z.zajda Sieci przemysłowe Profibus DP i MPI w automatyce 1

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - matematyczne modelowanie układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

ELEMENTY AUTOMATYKI PRACA W PROGRAMIE SIMULINK 2013

Teoria przetwarzania A/C i C/A.

ĆWICZENIE 6 Transmitancje operatorowe, charakterystyki częstotliwościowe układów aktywnych pierwszego, drugiego i wyższych rzędów

Cyfrowe algorytmy sterowania AR S1 semestr 4 Projekt 4

Identyfikacja obiektów dynamicznych za pomocą sieci neuronowych

ZASTOSOWANIA PRZEKSZTAŁCENIA ZET

Procedura modelowania matematycznego

Przetworniki analogowo-cyfrowe

8. LINIOWE UKŁADY DYSKRETNE 8.1. WSTĘP

Inżynieria Systemów Dynamicznych (5)

Podstawy Automatyki. Wykład 4 - algebra schematów blokowych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Przekształcanie schematów blokowych. Podczas ćwiczenia poruszane będą następujące zagadnienia:

4. Właściwości eksploatacyjne układów regulacji Wprowadzenie. Hs () Ys () Ws () Es () Go () s. Vs ()

Katedra Automatyzacji Laboratorium Podstaw Automatyzacji Produkcji Laboratorium Podstaw Automatyzacji

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Regulacja dwupołożeniowa.

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI I INFORMATYKI INSTYTUT AUTOMATYKI I INFORMATYKI KIERUNEK AUTOMATYKA I ROBOTYKA STUDIA STACJONARNE I STOPNIA

Ćwiczenie 9. Zasady przygotowania schematów zastępczych do analizy układu generator sieć sztywna obliczenia indywidualne

OPTOELEKTRONIKA IV. ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE WEWNĘTRZNE W PÓŁPRZEWODNIKACH.

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Projektowanie układów metodą sprzężenia od stanu - metoda przemieszczania biegunów

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

O co chodzi z tym MATLAB'em?!

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania SYSTEMY DYNAMICZNE

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOLOGII. Roman Kaula

Informatyczne Systemy Sterowania

przy warunkach początkowych: 0 = 0, 0 = 0

1. Transformata Laplace a przypomnienie

ROZDZIAŁ 5. Renty życiowe

analogowego regulatora PID doboru jego nastaw i przetransformowanie go na cyfrowy regulator PID, postępując według następujących podpunktów:

Sposoby modelowania układów dynamicznych. Pytania

Funkcje wymierne. Jerzy Rutkowski. Działania dodawania i mnożenia funkcji wymiernych określa się wzorami: g h + k l g h k.

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Badanie wpływu parametrów korektora na własności dynamiczne układu regulacji automatycznej Ćwiczenia Laboratoryjne Podstawy Automatyki i Automatyzacji

1. Podstawowe pojęcia

INSTYTUT ENERGOELEKTRYKI POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ Raport serii SPRAWOZDANIA Nr LABORATORIUM TEORII I TEHCNIKI STEROWANIA INSTRUKCJA LABORATORYJNA

Przetworniki cyfrowo-analogowe C-A CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE

Spis treści. Dzień 1. I Elementy układu automatycznej regulacji (wersja 1109) II Rodzaje regulatorów i struktur regulacji (wersja 1109)

LINIOWE UKŁADY DYSKRETNE

Wykład z Technologii Informacyjnych. Piotr Mika

Politechnika Warszawska Instytut Automatyki i Robotyki. Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny PODSTAWY AUTOMATYKI

PROGRAMOWALNE STEROWNIKI LOGICZNE

Inteligentnych Systemów Sterowania

Automatyka i robotyka

Algorytmy sztucznej inteligencji

Temat: Projektowanie sterownika rozmytego. Instrukcja do ćwiczeń przedmiotu INŻYNIERIA WIEDZY I SYSTEMY EKSPERTOWE

Wydział Elektryczny Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej

Wstęp do Techniki Cyfrowej... Synchroniczne układy sekwencyjne

Wydział Elektryczny Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Modelowanie systemów mechatronicznych Platformy przetwarzania danych

Transformata Laplace a to przekształcenie całkowe funkcji f(t) opisane następującym wzorem:

Wzmacniacze różnicowe

Podstawy Automatyki. Wykład 4 - algebra schematów blokowych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

1. Synteza automatów Moore a i Mealy realizujących zadane przekształcenie 2. Transformacja automatu Moore a w automat Mealy i odwrotnie

Podstawy środowiska Matlab

K p. K o G o (s) METODY DOBORU NASTAW Metoda linii pierwiastkowych Metody analityczne Metoda linii pierwiastkowych

Ćw. 7: Układy sekwencyjne

Instrukcja do laboratorium Materiały budowlane Ćwiczenie 12 IIBZ ĆWICZENIE 12 METALE POMIAR TWARDOŚCI METALI SPOSOBEM BRINELLA

Zadania zaliczeniowe z Automatyki i Robotyki dla studentów III roku Inżynierii Biomedycznej Politechniki Lubelskiej

Projekt z przedmiotu Systemy akwizycji i przesyłania informacji. Temat pracy: Licznik binarny zliczający do 10.

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

Badanie stabilności liniowych układów sterowania

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

WYZANCZANIE STAŁEJ DIELEKTRYCZNEJ RÓŻNYCH MATERIAŁÓW. Instrukcja wykonawcza

INSTRUKCJA LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI

Regulator PID w sterownikach programowalnych GE Fanuc

1. Opis teoretyczny regulatora i obiektu z opóźnieniem.

Podstawy Automatyki. Wykład 7 - obiekty regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Zadania z badań operacyjnych Przygotowanie do kolokwium pisemnego

Transkrypt:

Na prawach rękopisu o użytku służbowego INSTYTUT ENEROEEKTRYKI POITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ Raport serii SPRAWOZDANIA Nr ABORATORIUM UKŁADÓW IMPUSOWYCH la kierunku AiR Wyziału Mechanicznego INSTRUKCJA ABORATORYJNA ĆWICZENIE Nr SPOSOBY OPISU UKŁADU AUTOMATYKI STEROWANIE DYSKRETNE OBIEKTEM CIĄŁYM MODE CYFROWY OBIEKTU CIĄŁEO Mirosław Łukowicz Słowa kluczowe: transmitancja, przestrzeń stanów, okres próbkowania, ekstrapolator. WROCŁAW 28

. Wstęp Moelowanie procesu sterowania komputerowego ma swe powaliny w teorii ukłaów impulsowych. Jest ona z powozenie stosowana w syntezie algorytmów sterowania oraz yskretnej symulacji ukłaów ciągłych. Rozważmy hipotetyczny system mikroprocesorowy, którego zaaniem jest powielenie ciągłego sygnału wejściowego na wyjście, przy czym sygnał wyjściowy bęzie yskretyzowany w czasie, oraz bęzie ciągły w poziomie, tzn. bęzie mógł przyjmować owolne wartości ze zbioru liczb rzeczywistych. Ogólny schemat takiego sytemu przestawiony jest na rys.. Rys.. Dyskretne sterowanie obiektem ciągłym ze sterownikiem o transmitancji (z). W syntezie algorytmu sterowania wymagana jest często znajomość moelu yskretnego obiektu ciągłego, w którym uwzglęniony jest proces formowania sygnału wyjściowego z przetwornika C/A. W takich rozważaniach pomocny może być rys. 2, w którym przestawiono kolejno procesy przetwarzania sygnału wejściowego. Rys. 2. Moel matematyczny procesu yskretnego sterowania obiektem ciągłym ze sterownikiem o transmitancji (z). Ciągły sygnał wejściowy jest próbkowany przez impulsator, którego moel matematyczny opisany jest następująca zależnością:

u *( t) u( t) n δ ( t nt ) u( nt ) δ ( t nt ) () p Z zależności tej wynika, że sygnał za impulsatorem jest zestawieniem impulsów Dirac a, czyli impulsów o nieskończonej wysokości i nieskończenie krótkim czasie trwania oraz polach powierzchni po wykresami impulsów równym współczynnikom u(nt p ). Pomięzy impulsami sygnał przyjmuje wartość zero. W związku z tym informacja w tym sygnale ukryta jest w postaci pól powierzchni poszczególnych impulsów Diraca generowanych przez impulsator. Współczynniki te są następnie przetwarzane przez mikroprocesor a właściwie algorytm (program w nim pracujący) reprezentowany przez opowienią transmitancję impulsową s (z). Sygnał wyjściowy algorytmu przetwarzającego ma taką samą naturę, jak sygnał wejściowy, tzn. jest ciągiem impulsów Diraca, ale o zmienionych przez ten algorytm współczynnikach, czyli polach powierzchni po impulsami. W rzeczywistym ukłazie regulacji obiekt ciągły jest sterowany najczęściej sygnałem schokowym wyprowazanym z systemy µp poprzez przetwornik C/A. Proces ten można zamoelować poając impulsy Diraca napływające z algorytmu sterowania na ekstrapolator zerowego rzęu, którego transmitancja ciągła jest następująca: n st p p e E s ( ) (2) s Interpretacja ziałania ekstrapolatora zerowego rzęu jest taka, że wyobywa on informację zawartą w polach powierzchni po impulsami w procesie całkowania ciągłego. Ponieważ interesuje nas sterowanie sygnałem o wartości zakoowanej w ostatnim impulsie, należy ten impuls scałkować i ojąć wynik wszystkich całkowań poprzenich. Należy być świaomym, że jest to moel matematyczny procesu, który przebiega w przetworniku C/A i musi być uwzglęniony poczas procesu syntezy algorytmu sterowania. Proces ten mógłby być pominięty, gyby obiekt ciągły był sterowany z komputera impulsami Diraca, a tak w rzeczywistości nie jest. Ponieważ ekstrapolator zerowego rzęu jest w swej naturze ciągły, można jego transmitancję połączyć z transmitancją rozpatrywanego obiektu jak na rys. 3. p OE ( e st p ) o s ( OE ( z) ( z ) Z s Rys. 3. Moel matematyczny procesu yskretnego. Sterowanie obiektem ciągłym ze sterownikiem o transmitancji (z).

Moel yskretny obiektu i ekstapolatora zerowego rzęu otrzymuje się przez bezpośrenie znalezienie transformaty Z szeregowego połączenia ekstrapolatora i obiektu, co aje w efekcie zależność: gzie transformatę następującą formułą: OE O Z ( s ( z) ( z ( s s ) O ) Z (3) można policzyć np. z metoy resiuów zgonie z nb rk r z k ( z) s s r k s k stp k rk s ( ) ( ) ( )! z e gzie n b jest liczbą różnych biegunów (, przy czym wielokrotność poszczególnych biegunów jest równa r k, z czego wynika, że n n b r k k Poanie sygnału na wejście obiektu oraz tak zaprojektowanego moelu obiektu powinno ać na wyjściu obiektu sygnał ciągły głaki, natomiast na wyjściu moelu sygnał ciągły o wartościach równych wartościom sygnału wyjściowego z obiekty, ale tylko w chwilach próbkowania (rys 4).. s sk (4) O ( OE ( z) ( z ) Z s Rys. 4. Opowieź obiektu i jego moelu na pobuzenie owolnym sygnałem wejściowym. Skoro opowiezi obiektu i jego moelu są takie same, to zaprojektowany algorytm sterowania la moelu powinien równie obrze pracować la obiektu ciągłego. W związku z tym korzystnie jest posługiwać się poczas syntezy algorytmu sterowania yskretnym moelem obiektu np. w postaci równań stanu. Rożne sposoby otrzymania yskretnego moelu stanowego obiektu ciągłego reprezentowanego transmitancją o ( przestawiono na rys. 5. o

Np. metoa: bezpośrenia, szeregowa, równoległa. o o (- z -) Z met. resiuów s o ( OE (z) A, B, C, c2m (w Matlabie) z metoą zoh A, B, C, 2 o D zerowego rzeu 2 o D obiekt z ekstrapolatorem ztp Postawienie np. o o( s z Postawienie np. zt p o o s z ( Iz A) B D OE ( z) C + Np. metoa: bezpośrenia, szeregowa, równoległa, Rys. 5. Drogi przejścia z transmitancji ciągłej obiektu na yskretne równania stanu i transmitancję impulsową moelu obiektu z ekstrapolatorem zerowego rzęu. Najprostszym sposobem otrzymania yskretnego moelu stanowego obiektu jest znalezienie najpierw moelu stanowego ciągłego, a następnie przejście na moel stanowy yskretny korzystając z opowieniej funkcji w Matlabie, np. c2 ( continuous to iscrete transformation with metho, gzie metoa zoh czyli zero-orer-hol opowiaa zastosowaniu ekstrapolacji zerowego rzęu). Moel stanowy ciągły można zaprojektować korzystając z jenej z meto wyszczególnionych na rys. 5. Dla przypomnienia poniżej zestawiono kroki ziałania w metozie bezpośreniej. Niech bęzie ana transmitancja obiektu, la którego należy znaleźć opis w przestrzeni zmiennych stanu ( l l n bl s + bl s + K+ b s + b l < n n n s + a s + K+ a s + a Pozielmy licznik i mianownik przez s n. Wówczas otrzymamy ( l l bl s + bl s + K+ b s + bs n + an s + + a s + a s K Wprowazamy nową funkcję E( o następującej postaci 444442 444443 Y( U(S) U l l Y ( bl s + bl s K b s b s n n + + + + a s + K+ a s + a s n E( Wówczas sygnał wyjściowy jest równy ) (5) (6) (7)

l l Y E( ( bl s + bl s + K + bs + bs ) (*) (8) i obowiązują zależności jak następuje: E( + an s + K + as + as ) U (9a) ( n + E U E( ( a s + K + a s a s ) (**) (9b) Na postawie równań (*) i (**) można sporzązić schemat blokowy moelu w przestrzeni zmiennych stany jak na rys. 6. Y( b l b b U( E( E(s - E(s -2 -n E(s-n E(s sx n x n sx n- x n- sx n-2 sx 2 x 2 sx x a n a n 2 M a a Rys. 6. Schemat blokowy moelu obiektu w przestrzeni stanu otrzymany metoą bezpośrenią. Po postawieniu E(sx n można sformułować kolejno równania stanu w następującej postaci sx x sx sx 2 x n 2 3 M () x n ax ax2 K an sxn U xn oraz równanie wyjściowe: Y b x + b x2 + K + b l xl + () Stosując metoę bezpośrenią otrzymujemy macierze moelu o stałej formie jak następuje: Macierz stanowa:

Macierz wejściowa: Macierz wyjściowa A a a a 2 a n (2) M B (3) [ b b b ] C (4) K l K oraz macierz bezpośreniego sprzężenia wyjścia z wejściem [ ] D. (5) PRORAM ĆWICZENIA. W Simulink-u zarejestrować opowieź obiektu o transmitancji o o (6a) ( Ns + )( Is + ) ( s + N + ji)( s + N ji ) (6b) na skok jenostkowy, gzie N jest liczbą liter w nazwisku, a I w imieniu. O typie transmitancji zaecyuje prowazący tzn. okona wyboru mięzy 6a i 6b. 2. Zakłaając, że obiekt ten bęzie sterowany yskretnie w czasie, obrać opowieni okres próbkowania i znaleźć transmitancję yskretną OE (z) obiektu z ekstrapolatorem. 3. Znaleźć moel obiektu ciągłego w przestrzeni zmiennych stanu. 4. Znaleźć moel yskretny obiektu i ekstrapolatora w przestrzeni zmiennych stanu. 5. Zarejestrować opowieź moelu yskretnego korzystając z opowieniego bloczka w Simulink-u oraz zamoelować ten ukła korzystając z sumatorów, bloku opóźnienia i opowienich wzmocnień macierzowych jak przestawiono na rys. 7 w ostatnim wariancie. Uwagi!. W sprawozaniu zamieścić wszelkie obliczenia i wyprowazenia. 2. Wszystkie kroki w wyprowazeniach powinny być opisane i uzasanione słownie. 3. Koniecznie poać wnioski.

o ( OE (z) A, B, C, A, B, C, D D B z - C A Rys. 7. Wzór schematu o realizacji w Simulink-u.