Wykład nr 3 Budowa i działanie komputerowego systemu sterowania

Podobne dokumenty
Komputerowe systemy pomiarowe. Podstawowe elementy sprzętowe elektronicznych układów pomiarowych

Schemat funkcjonalny układu automatycznej regulacji

ASTOR IC200ALG320 4 wyjścia analogowe prądowe. Rozdzielczość 12 bitów. Kod: B8. 4-kanałowy moduł ALG320 przetwarza sygnały cyfrowe o rozdzielczości 12

Przetwarzanie analogowo-cyfrowe sygnałów

Podstawowe funkcje przetwornika C/A

Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach

Spis treści 1. Wstęp 2. Ćwiczenia laboratoryjne LPM

Przetworniki C/A. Ryszard J. Barczyński, 2016 Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Wykład nr 1 Podstawowe pojęcia automatyki

Przetworniki analogowo-cyfrowe (A/C)

Przetworniki analogowo - cyfrowe CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE Zasada pracy przetwornika A/C

Research & Development Ultrasonic Technology / Fingerprint recognition

Komputerowe systemy pomiarowe. Dr Zbigniew Kozioł - wykład Mgr Mariusz Woźny - laboratorium

Zastosowanie procesorów AVR firmy ATMEL w cyfrowych pomiarach częstotliwości

Teoria przetwarzania A/C i C/A.

Wymiar: Forma: Semestr: 30 h wykład VII 30 h laboratoria VII

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

I. DANE TECHNICZNE II. INSTRUKCJA UśYTKOWANIA... 4

Procedury obsługi monolitycznego przetwornika analogowo-cyfrowego AD 7865

Obiekt. Obiekt sterowania obiekt, który realizuje proces (zaplanowany).

Wejścia logiczne w regulatorach, sterownikach przemysłowych

WPROWADZENIE Mikrosterownik mikrokontrolery

Parametryzacja przetworników analogowocyfrowych

Generator przebiegów pomiarowych Ex-GPP2

Struktury specjalizowane wykorzystywane w mikrokontrolerach

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

2.11 MODUŁY WEJŚĆ ANALOGOWYCH

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

Pytania podstawowe dla studentów studiów I-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

Rozdział 21 Moduły analogowo - temperaturowe

Laboratorium Komputerowe Systemy Pomiarowe

UKŁADY Z PĘTLĄ SPRZĘŻENIA FAZOWEGO (wkładki DA171A i DA171B) 1. OPIS TECHNICZNY UKŁADÓW BADANYCH

O sygnałach cyfrowych

Przetworniki A/C i C/A w systemach mikroprocesorowych

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

Zastosowania mikrokontrolerów w przemyśle

Przetworniki A/C i C/A w systemach mikroprocesorowych

Badanie właściwości wysokorozdzielczych przetworników analogowo-cyfrowych w systemie programowalnym FPGA. Autor: Daniel Słowik

Architektura Systemów Komputerowych. Transmisja szeregowa danych Standardy magistral szeregowych

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Pytania podstawowe dla studentów studiów II-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

Politechnika Gdańska WYDZIAŁ ELEKTRONIKI TELEKOMUNIKACJI I INFORMATYKI. Katedra Metrologii i Optoelektroniki. Metrologia. Ilustracje do wykładu

Wejścia analogowe w sterownikach, regulatorach, układach automatyki

Programowanie sterowników przemysłowych / Jerzy Kasprzyk. wyd. 2 1 dodr. (PWN). Warszawa, Spis treści

Zaawansowana analiza mocy i jakości energii z wykorzystaniem wielokanałowych, synchronicznych systemów rejestracji danych firmy Dewetron

Dokumentacja Techniczna. Konwerter USB/RS-232 na RS-285/422 COTER-24I COTER-24N

Podstawy elektroniki i metrologii

Cechy karty dzwiękowej

OPBOX ver USB 2.0 Miniaturowy Ultradźwiękowy system akwizycji danych ze

Przetworniki analogowo-cyfrowe

Architektura przetworników A/C. Adam Drózd


Kanał automatyki układy wyjściowe

Przetworniki cyfrowo analogowe oraz analogowo - cyfrowe

Regulator PID w sterownikach programowalnych GE Fanuc

Przetwornik analogowo-cyfrowy

Sterowniki Programowalne Sem. V, AiR

E-TRONIX Sterownik Uniwersalny SU 1.2

Przetworniki AC i CA

Prowadzący(a) Grupa Zespół data ćwiczenia Lp. Nazwisko i imię Ocena LABORATORIUM 4. PODSTAW 5. AUTOMATYKI

PRZETWORNIKI C / A PODSTAWOWE PARAMETRY

Instrukcja obsługi rejestratora cyfrowego DLM-090

LABORATORIUM PROCESORY SYGNAŁOWE W AUTOMATYCE PRZEMYSŁOWEJ. Przetwornik ADC procesora sygnałowego F/C240 i DAC C240 EVM

Funkcje sterowania cyfrowego przekształtników (lista nie wyczerpująca)

Moduł wejść/wyjść VersaPoint

Pytania podstawowe dla studentów studiów I-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

Research & Development Ultrasonic Technology / Fingerprint recognition DATA SHEETS OPBOX.

Cyfrowy wzmacniacz AED dla przetworników tensometrycznych.

Organizacja pamięci VRAM monitora znakowego. 1. Tryb pracy automatycznej

1. Podstawowe wiadomości Możliwości sprzętowe Połączenia elektryczne Elementy funkcjonalne programów...

Szybkie prototypowanie w projektowaniu mechatronicznym

STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

Pytania podstawowe dla studentów studiów II-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

KAmodRPiADCDAC. Moduł przetwornika A/C i C/A dla komputerów RaspberryPi i RaspberryPi+

IC200UDR002 ASTOR GE INTELLIGENT PLATFORMS - VERSAMAX NANO/MICRO

Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny

PRZETWORNIK ADC w mikrokontrolerach Atmega16-32

PRZETWORNIKI A/C I C/A.

Układy czasowo-licznikowe w systemach mikroprocesorowych

Elektronika i techniki mikroprocesorowe

Szkoła programisty PLC : sterowniki przemysłowe / Gilewski Tomasz. Gliwice, cop Spis treści

KATEDRA ELEKTRONIKI AGH WYDZIAŁ EAIIE. Dydaktyczny model 4-bitowego przetwornika C/A z siecią rezystorów o wartościach wagowych

Sterownik momentu obrotowego silnika prądu stałego

Ćw. 7 Przetworniki A/C i C/A

Rejestratory Sił, Naprężeń.

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 21/12

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

Programowanie Układów Logicznych kod kursu: ETD6203. Szczegóły realizacji projektu indywidualnego W dr inż.

Przetworniki A/C. Ryszard J. Barczyński, Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Uniwersalna karta I/O

2.10 MODUŁY WEJŚĆ ANALOGOWYCH

Cyfrowy regulator temperatury

Przetworniki cyfrowo-analogowe C-A CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE

Elektronika i techniki mikroprocesorowe

Technika Mikroprocesorowa

Programowanie sterowników PLC wprowadzenie

1.5. Sygnały. Sygnał- jest modelem zmian w czasie pewnej wielkości fizycznej lub stanu obiektu fizycznego

Analizy Ilościowe EEG QEEG

4.2 STEROWNIKI SERII RCC

Sterowniki PLC. Elektrotechnika II stopień Ogólno akademicki. przedmiot kierunkowy. Obieralny. Polski. semestr 1

Transkrypt:

Wykład nr 3 Budowa i działanie komputerowego systemu sterowania Działanie komputerowego systemu sterowania Charakterystyka elementów komputerowego systemu sterowania Wyczerpujący przykład : sterowanie nagrzewnicą powietrza

UAR z wykorzystaniem systemu komputerowego y0 ( kt s ) e( kt s ) _ y( kt s ) REGULATOR KOMPUTEROWY SYSTEM STEROWANIA u( kt s ) T s DA u( t ) y( t) OBIEKT AD T s FILTR ANALOGOWY Programowa realizacja algorytmów regulacji łatwa i szybka modyfikacja MoŜliwość zastosowanie szerszej klasy algorytmów regulacji dead beat, adaptacyjne, predykcyjne, rozmyte (fuzzy logic), regulacja z wykorzystaniem sieci neuronowych MoŜliwość uzyskania duŝych dokładności statycznych Obsługa urządzeń peryferyjnych MoŜliwość bezpośredniego programowania dowolnych przebiegów sygnałów

Operacja przetwarzania analogowo-cyfrowego SYGNAŁ PRÓBKOWANIA ( k = 0,1,2,3, n) t = kts ANALOGOWY NAPIĘCIOWY SYGNAŁ WEJŚCIOWY T s SYGNAŁ KODOWANIE PRÓBKOWANIE DYSKRETNY I DOPASOWANIE CIĄG IMPULSÓW DO WEJŚCIA y (t) I KWANTOWANIE 1 y 1 (k) y 1 (k) MIKRO- KOMPUTERA y 1 (t) SZEREGOWY t t LUB RÓWNOLEGŁY CIĄG IMPULSÓW BINARNYCH Z OBIEKTU REGULACJI PRZETWORNIK A/C DO MIKROKOMPUTERA y (t) y URZĄDZENIE PRZETWORNIK 1 (t) y 1 (k) y URZĄDZENIE 1 (k) PRÓBKUJĄCE POMIAROWY KODUJĄCE I KWANTUJĄCE PRZETWORNIK A/C

Sposoby kwantowania U U 8 0 q ma min = = 1V n 3 2 2 = Uma Umin 8 0 q = = = 1.14V n 3 2 1 2 1

Przetwarzanie i kodowanie sygnału analogowego

Operacja przetwarzania cyfrowego - analogowo CIĄG IMPULSÓW SYGNAŁ DYSKRETNY ANALOGOWY NAPIĘCIOWY SYGNAŁ WEJŚCIOWY u 1 (k) PRZEŁĄCZANIE I DEKODOWANIE u 1 (k) PODTRZYMYWANIE I DOPASOWANIE DO WEJŚĆ OBIEKTU u(t) SZEREGOWY LUB RÓWNOLEGŁY CIĄG IMPULSÓW BINARNYCH Z MIKRO- KOMPUTERA PRZETWORNIK C/A DO OBIEKTU REGULACJI u(k) URZĄDZENIE PRZEŁĄCZAJĄCE u 1 (k) URZĄDZENIE DEKODUJĄCE u 1 (k) ELEMENT PODTRZYMUJĄCY u(t) PRZETWORNIK C/A

Realizacja wejść cyfrowych OBIEKT Przesłanie informacji o stanach logicznych procesu np. czy są załączone styczniki Izolacja galwaniczna Realizowana na transoptorach LE Rejestr wejściowy /OE LE- wpisanie danych z obiektu do przerzutników wewnętrznych rejestru, /OE- przepisanie danych z przerzutników w rejestrze na magistrale danych. Często sygnał OE/( / oznacza aktywność wejścia układu, gdy jest podane na nie 0V) MAGISTRALA DANYCH jest podawany z dekodera adresów, a LE jest na stałe podpięty do +5 V

Realizacja wejść analogowych Izolacja galwaniczna Filtr antyaliasingowy Scalona struktura przetwornika START OBIEKT Multiplekser analogowy Sample & Hold AD /EOC /RD Izolacja galwaniczna Filtr antyaliasingowy Wybór kanału Magistrala danych Ustawienie wyboru kanału na multiplekserze analogowym Wyzwolenie przetwornika - sygnał START Oczekiwanie na koniec przetwarzania - odczyt sygnału /EOC (ang. End Of Convertion). Często sygnał jest podłączony do wejścia przerwania w mikroprocesorze w celu zwiększenia szybkości algorytmu (natychmiastowa reakcja układu). Odczyt wartości przetworzonej w AD - sygnał /RD (ang. Read) na magistralę danych, a z niej do mikroprocesora.

Widok karty przetwornikowej AC/CA Przetwornik AC Przetwornik CA Ustawianie zakresu przetwarzania Ustawianie przerwania IRQ TYP MAGISTRALI przewidywana szybkość i ilość przetwarzanych danych ILOŚĆ KANAŁÓW I/O od 8 do 16 wejść analogowych, od 2 do 4 wyjść analogowych, od 8 do 24 kanałów cyfrowych DOKŁADNOŚĆ POMIARU typowe rozdzielczości od 256 do 65000 poziomów (8,10,12, 16 bitów) POZIOMY NAPIĘĆ WEJŚCIOWYCH typowe zakresy ±10, 5, 2.5, 1.25, 0.625, 0.3125 V SZYBKOŚĆ PRZETWARZANIA naleŝy uzaleŝnić od dynamiki procesu czas próbkowania WYPOSAśENIE DODATKOWE optoizolacja sygnałów cyfrowych, izolacja galwaniczna sygnałów analogowych, układy przetwarzające sygnały prądowe na napięciowe, dzielniki napięcia

Widok sprzęgu procesowego (screw terminal)

Alternatywne rozwiązania -> USB/Ethernet (LabJack) LabJack UE9 LabJack U12

Problemy projektowe w cyfrowych układach sterowania PRZETWORNIK AC MASZYNA CYFROWA PRZETWORNIK CA BŁĄD PODTRZYMANIA BŁĄD KWANTYZACJI BŁĄD KWANTYZACJI BŁĄD KWANTYZACJI y 1(t) OPÓŹNIENIE ZWIĄZANE Z KONWERSJĄ CZAS OBLICZENIA PRÓBKI SYGNAŁU STERUJĄCEGO OPÓŹNIENIE ZWIĄZANE Z KONWERSJĄ WYBÓR CZASU PRÓBKOWANIA DŁUGOŚĆ SŁOWA (ROZDZIELCZOŚĆ AC) CZAS KONWERSJI (SZYBKOŚĆ AC) DŁUGOŚĆ SŁOWA PRĘDKOŚĆ OBLICZEŃ (CPU+KOD) KONFIGURACJA ALGORYTMU WYBÓR CZASU PRÓBKOWANIA DŁUGOŚĆ SŁOWA Jakiego typu narzędzia matematyczne naleŝy wykorzystać do zaprojektowania tego układu, tak aby jego zachowanie było zgodne z wymaganiami jakościowymi? Algorytmy cyfrowe będą generowane na podstawie algorytmów analogowych w wyniku dyskretyzacji lub będą opracowane ab initio w wersji cyfrowej. W pierwszej wersji, jak będzie dyskretyzowany algorytm analogowy? W drugiej, jakie techniki są dostępne? Wysoka jakość sterowania wymaga krótkiego czasu próbkowania. Zbyt wysoka częstotliwość próbkowania to z kolei duŝy nakład mocy obliczeniowej. Jak określa się czas próbkowania w odniesieniu do właściwości systemu? Urządzenia cyfrowe wprowadzają opóźnienia i szum związany z kwantyzacją. Efekty tego typu moŝna zminimalizować stosując droŝszy sprzęt. Jaki wpływ mają te dwa efekty na jakość sterowania?

Drogi dojścia do algorytmu regulatora cyfrowego PROCES CIĄGŁY (ANALOGOWY) 2 DANE CIĄGŁE (ANALOGOWE) DANE DYSKRETNE (CYFROWE) MODELOWANIE MATEMATYCZNE IDENTYFIKACJA DOŚWIADCZALNA MODELOWANIE MATEMATYCZNE IDENTYFIKACJA DOŚWIADCZALNA TRANSMITANCJA OPERATOROWA G(s) DYSKRETYZACJA 1 TRANSMITANCJA OPERATOROWA G(z) TRANSFORMACJA z->w' TRANSMITANCJA WIDMOWA G(w') PROJEKTOWANIE KLASYCZNE W DZIEDZINIE "s" METODY ZIEGLERA - NICHOLSA PROJEKTOWANIE Z WYKORZYSTANIEM CHARAKTERYSTYK BODE'GO 4 REGULATOR CIĄGŁY D(s) DYSKRETYZACJA 3 REGULATOR DYSKRETNY D(z) TRANSFORMACJA w'->z PROTOTYP REGULATORA W DZIEDZINIE w' D(w') METODY : BEZPOŚREDNIA RÓWNOLEGŁA SZEREGOWA IMPLEMENTACJA W POSTACI RÓWNANIA RÓśNICOWEGO

Organizacja oprogramowania czasu rzeczywistego T S * * t AC t FI t VI t UI t AS t CA wyzwalanie przez sekwencje programu, t T S * * t AC t FI t VI t UI t AS t CA t W t wyzwalanie wewnętrznym przerwaniem, wyzwalanie zegarowe z wewnętrznego zegara karty, obsługa przetworników A/C (t AC ) i C/A (t CA ), obróbka sygnałów wejściowych (t FI ) wizualizacja stanu procesu (t VI ) algorytmy sterowania i identyfikacji (t AS ), interfejs uŝytkownika (t UI ) komunikacja z oprogramowaniem off line.

Struktura oprogramowania czasu rzeczywistego y*(t) Obsługa przetworników A/C Komunikacja z procesem off-line Interfejs uŝytkownika PROGRAM STERUJĄCY on-line Wizualizacja stanu procesu u*(t) Obsługa przetworników C/A Obróbka sygnałów we/wy Algorytmy identyfikacji i sterowania Praca w czasie rzeczywistym: Tryb pracy systemu komputerowego, w którym programy przetwarzające dane z otoczenia systemu są w stanie stałej gotowości w taki sposób, aby wyniki przetwarzania były dostępne w określonych z góry przedziałach czasu. Napływ danych moŝe być przypadkowy lub zdeterminowany a priori. wstępna obróbka sygnałów mierzonych (filtracja, skalowanie) dwukierunkowe sprzęŝenie komputera z procesem sterowanym przez układy we/wy. realizacja algorytmów sterowania i kształtowanie sygnałów sterujących interfejs operatora systemu realizacja algorytmów identyfikacji wizualizacja i rejestracja stanów procesu

Przykład obiektu : nagrzewnica powietrza ON/OFF LEWO/PRAWO OPOROWY ELEMENT GRZEWCZY KANAŁ STRUMIEŃ CZUJNIK TEMPERATURY STEROWANIE SILNIKIEM DMUCHAWA WZMACNIACZ OBWÓD MOSTKA POMIAROWEGO + WZMACNIACZ WLOT O ZMIENNYM PRZEKROJU ZASILANIE A B POMIAR TEMPERATURY (0-10 V) CAŁKOWICIE OTWARTY WLOT POZYCJA WLOTU CAŁKOWICIE ZAMKNIĘTY WLOT STEROWANIE RĘCZNE STEROWANIE AUTOMATYCZNE PANEL OPERATORSKI AUTO MAN WLOT ELEMENT GRZEWCZY

Układ regulacji DDC temperatury powietrza KOMPUTER WEJŚCIA CYFROWE ADC DAC WYJŚCIA CYFROWE DO PANELU OPERATORA WLOT OTWARTY WLOT ZAMKNIĘTY OBWÓD MOSTKA POZYCJA WLOTU OBWÓD GRZAŁKI ON/OFF STEROWANIE SILNIKIEM KIERUNEK OBROTÓW TERMOELEMENT OPOROWY ELEMENT GRZEWCZY PANEL OPERATORA STRUMIEŃ DMUCHAWA WLOT SILNIK STERUJĄCY WLOTEM