informatica industriala n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Informatica industriala PowerPoint Presentation
Download Presentation
Informatica industriala

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 29

Informatica industriala - PowerPoint PPT Presentation


  • 160 Views
  • Uploaded on

Informatica industriala. Cursul 8 – Elementele unui sistem de reglaj. ε. VE. VP. C. Proces controlat. Elem. de execuţie. Regulator. m. +. -. VM. Traductor. Elemente de executie.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Informatica industriala' - hussein


Download Now 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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
informatica industriala

Informatica industriala

Cursul 8 – Elementele unui sistem de reglaj

elemente de executie

ε

VE

VP

C

Proces controlat

Elem. de execuţie

Regulator

m

+

-

VM

Traductor

Elemente de executie
  • Elementele de acţionare sau de execuţie sunt dispozitive de automatizare care transmit procesului controlat comanda generată de sistemul de control
  • Exemple: robinet, element de incalzire, motor electric, etc.
  • Constructiv au 2 parti:
    • o parte motoare (de acţionare) şi
    • o parte de execuţie
clasificarea elementelor de ac ionare
Clasificarea elementelor de acţionare
  • după natura modulului de acţionare:
    • electrice:
      • motoarele electrice rotative şi liniare (solenoid cu miez),
      • motoarele pas-cu-pas –
        • usor de controlat digital
        • nu necesita senzor de pozitie
        • dezvolta putere/forta foarte mica
      • motoarele de curent continuu,
        • control relativ simplu prin nivel de tensiune sau in impulsuri (PWM)
        • necesita senzor de deplasare, turatie sau viteza
        • putere dezvoltata medie
      • motoare de curent alternativ
        • greu de controlat, necesita schema complexa de actionare
        • dezvolta putere mare
    • pneumatice si hidraulice
      • dezvolta putere mare
      • folosite in medii explozive
      • necesita instalatii speciale pentru transmiterea agentului de actionare (aer comprimat, ulei)
clasificarea elementelor de ac ionare1

UR

Alimentare în triunghi

α

P= 3*U2/R = 3* 3*2302/R

C1

C1

C2

C2

230V*√3

230V*√3

230V

230V

230V

Alimentare în stea

P= 3*U2/R = 3* 2302/R

Clasificarea elementelor de acţionare
  • după natura modulului de execuţie:
    • electrice:
      • rezistente de incalzire:
        • control prin comutare
        • in impulsuri (PWM)
      • comutatoare:
        • electro-mecanice – relee
        • semiconductoare - tiristoare
    • mecanice
clasificarea elementelor de ac ionare2

Q

Q

Q

d

d

d

a. liniar

c. rapid

b. logaritmic

Clasificarea elementelor de acţionare
  • după natura modulului de execuţie(continuare)
    • dispozitivelor de execuţie mecanice:
      • tipuri constructive:
        • ventile,
        • valve
        • robinetele
      • obiectivul urmarit:
        • controlul liniar al gradului de deschidere al robinetului (a)
        • controlul uniform al debitului de fluid (b)
        • deschiderea sau închiderea cât mai rapidă a fluxului de fluid (c)
        • reducerea căderii de presiune şi eliminarea vârtejurilor
        • creşterea anduranţei, etc.
clasificarea elementelor de ac ionare3

a.

b.

Clasificarea elementelor de acţionare
  • după natura modulului de execuţie(continuare)
    • dispozitivelor de execuţie mecanice:
      • Dispozitive de reglare a debitului:
        • cu clapetă (a),
        • cu registru (b)
controlul elementelor de ac ionare

Poziţie

prescrisă

Control

cuplu

Control

poziţie

Control

viteză

Δ

Δ

Δ

cuplu

poziţie

Motor

Sarcină

viteză

T.C

T.V.

T.P.

Schema unui sistem de poziţionare

Controlul elementelor de acţionare
  • precizia elementelor de executie este limitata:
    • erori de neliniaritate
    • erori la capete de scala
  • Solutia: sisteme cu reactie inversa pentru ajustarea erorilor
  • Exemplu: sistem de pozitionare, cu controlul cuplului, a vitezei si a pozitiei
regulatoare

ε

VE

VP

C

Proces controlat

Regulator

Elem. de execuţie

m

+

-

VM

Traductor

Regulatoare
  • componenta “inteligentă” al unui sistem de reglare
  • Funcţia de reglaj, (funcţia de transfer a regulatorului) indică dependenţa dintre semnalul de comandă generat şi abatere
  • reglaj:
    • liniar - ideal
    • neliniar - real
clasificarea regulatoarelor
Clasificarea regulatoarelor
  • după natura semnalului de comandă generat:
    • regulatoare continue – semnalul de comandă este o funcţie continuă în raport cu abaterea şi cu timpul (ex.: regulatoare P, PI, PID, etc.)
    • regulatoare discontinue – semnalul de comandă este o funcţie care are discontinuităţi în raport cu abaterea (ex.: regulatoare bipoziţionale, tripoziţionale şi în mai multe trepte)
    • discrete – semnalul de comandă este o funcţie discretă în timp, adică se generează impulsuri modulate în amplitudine, frecvenţă, factor de umplere sau se generează informaţii codificate binar
clasificarea regulatoarelor1
Clasificarea regulatoarelor
  • după tehnologia folosită pentru implementarea funcţiei de reglaj
    • regulatoare mecanice, hidraulice, pneumatice – se folosesc componente mecanice, hidraulice sau pneumatice mai mult sau mai puţin standardizate; este dificil de implementat o funcţie de reglaj, optimă din punct de vedere teoretic,
    • regulatoare electronice sau analogice – se folosesc componente electronice active (tranzistor, amplificator operaţional) şi pasive (rezistenţă, condensator, bobină); precizia de implementare a funcţiei de reglaj depinde de precizia componentelor
    • regulatoare digitale sau numerice – utilizează componente digitale (porţi logice, bistabile, etc.), inclusiv microprocesor; funcţia de reglaj se implementează printr-o schemă logică sau prin program; în ultimul caz pot fi implementate funcţii complexe de reglaj, iar precizia de reglaj nu depinde de precizia componentelor
clasificarea regulatoarelor2
Clasificarea regulatoarelor
  • după mărimea constantelor de timp implicate
    • regulatoare pentru procese lente – constantele de timp ale procesului sunt foarte mari (peste zeci de secunde); exemple: reglare temperatură, nivel, concentraţii de gaze
    • regulatoare pentru procese rapide – constantele de timp sunt relativ mici (sub câteva secunde); exemplu: reglarea turaţiei motoarelor, poziţionare, reglare presiune
  • după legea de reglare
    • regulatoare de prag – bipoziţionale sau tripoziţionale
    • regulatoare continue, proporţionale (P), proporţional-derivative (PD), proporţional-integrative (PI) şi proporţional-integrativ-derivative (PID)
  • după gradul de adaptabilitate
    • regulatoare clasice (neadaptive) – coeficienţii de reglaj se acordează manual
    • regulatoare autoadaptive – coeficienţii de reglaj se acordează automat
r spunsul unui sistem la un semnal de tip treapt unitar
Răspunsul unui sistem la un semnal de tip treaptă unitară
  • necesar pentru a stabili comportamentul sistemului, in vederea realizarii unui reglaj adecvat
  • metode de determinare:
    • pe cale analitica: pe baza unor legi fizico-chimice
      • mai exacta dar greu de surprins in formule un proces real
    • pe cale experimentala: prim masurare
      • se presepune ca sistemul are o constanta de timp principala – sistem liniar descris printr-o ecuatie diferentiala de gradul intai
      • raspunsul sistemului la un impuls Dirac ar permite identificarea completa a sistemului
      • varianta practica -> raspunsul sistemului la semnal de tip de tip treapta unitara (cuplarea comenzii la valoarea nominala)
raspunsul sistemului la un semnal de tip treapta unitara

y(t)

εst

εmax

yst

t

tm

t0

ttranz

u(t)

Raspunsul sistemului la un semnal de tip treapta unitara
  • u(t) – semnalul de comanda (treapta unitara)
  • y(t) raspunsul sistemului ; yst – iesirea stationara
  • εmax- abaterea maxima ; εst – abaterea stationara
  • tm – timpul mort
  • t0 – constanta de timp
  • ttranz – perioada de tranzitie
algoritmi de reglare
Algoritmi de reglare
  • alegerea schemei/algoritmului de reglaj se face pe baza urmatorilor parametrii ai procesului controlat:
    • timpul mort şi constanta de timp a sistemului
    • precizia solicitată (eroarea staţionară admisă)
    • abaterea maximă admisă
    • timpul maxim de atingere a valorii prescrise
    • timpul maxim de tranziţie
    • costul maxim admis
    • gradul de stabilitate al sistemului
reglaj bipozi ional

VP+εp

VP-εp

VM

C

VP

ε

t

-εp

+εp

C

Reglaj bipoziţional
  • cuplarea si decuplarea comenzii, in jurul valorii prescrise,
    • este in functie de marimea abaterii
    • se alege un domeniu de histerezis: [-εp, + εp]
reglaj bipozitional
Reglaj bipozitional
  • Avantaje:
    • simplu, usor de implementat
    • multe elemente de actionare/executie au 2 stari
  • Dezavantaje:
    • precizie scazuta
    • semnalul de iesire variaza in plaja de histerezis
    • apare o abatere stationara nenula
  • Varianta inbunatatita: reglaj tri-pozitional
    • 3 valori pt. comanda: nul, maxim si mediu
    • reglaj mai fin, precizie mai buna decat reglajul bipozitional
reglaj liniar continuu regulatoare pid
Reglaj liniar continuu – regulatoare PID
  • valoarea comenzii depinde de valoarea momentata a abaterii si de evolutia acesteia
  • Reglaj proporţional – regulator de tip P
    • comanda este proportionala cu abaterea

c(t) = Kp * ε(t) = Kp*(VP-VM(t))

unde: c(t) – comanda la momentul t

ε(t) – abaterea (eroarea) la momentul t

Kp – factorul de proportionalitate

VP – valoarea prescrisa

VM(t) – valoarea masurata la momentul t

Bp = 1/ Kp*100 [%] - banda de proportionalitate

reglaj liniar continuu regulatoare pid1

VM

Bp

εst

VP

t

ε(t)

c(t)

Reglaj liniar continuu – regulatoare PID
  • Regulator P (cont.)
    • caracteristici:
      • precizie mai buna decat in cazul reglajului bi- sau tri-pozitional
      • nu se tine cont de evolutia anterioara a abaterii
      • nu se recomanda pentru sisteme cu timp mort mare
      • daca abaterea este mare comanda nu mai este proportionala cu eroarea; proportionalitatea se mentine numai in banda de proportionalitate
reglajul propor ional integral regulator de tip pi
Reglajul proporţional-integral – regulator de tip PI
  • comanda depinde de abaterea momentana si de integrala abaterii – efect de filtrare

c(t) = Kp( ε(t) + 1/Ti ∫ ε(t)dt )

unde Ti – constanta integrativa

    • caracteristici:
      • reglaj mai bun decat cel de tip P
      • elimina zgomotele care apar pe valoarea masurata
      • daca Ti este prea mic sistemul intra in oscilatie
reglajul propor ional derivativ regulator pd
Reglajul proporţional-derivativ – regulator PD
  • comanda depinde de abaterea momentata si de derivata abaterii

c(t) = Kp( ε(t) + Td dε(t)/dt )

unde: Td – factorul derivativ

    • caracteristici:
      • folosit pentru procese lente in vederea detectarii directiei si vitezei de variatie a abaterii
      • daca Td este mare sistemul intra in oscilatie, mai usor decat in cazul precedent

dε(t)/dt = dVM(t)/dt

reglajul propor ional integral derivativ regulator de tip pid
Reglajul proporţional-integral-derivativ – regulator de tip PID
  • comanda depinde de valoarea momentana, integrala si derivata abaterii

c(t) = Kp( ε(t) + 1/Ti ∫ ε(t)dt +Td dε(t)/dt)

  • cu factor de corelatie:

c(t) = Kp( (1+q*Td/Ti)*ε(t) + 1/Ti ∫ ε(t)dt - Td dVM(t)/dt)

unde:

(1+q*Td/Ti) – factor de corelaţie

q – constanta de corelaţie (dependentă de construcţia regulatorului)

regulator pid
Regulator PID
  • caracteristici:
    • performantele cele mai bune in categoria de regulatoare continue
    • coeficientii regulatorului PID, Kp, Ti, Td trebuie “acordati” in conformitate cu comportamentul sistemului controlat (pe baza raspunsului la treapta unitara)
    • daca reglajul nu este adecvat sistemul poate sa intre in oscilatie
    • acordarea se face pe baza unor criterii de optimalitate:
      • abaterea minima
      • integrala patratului abaterii sa fie minima
      • timp minim de atingere a valorii prezcrise
      • abaterea maxima sa nu depaseasca o valoare prestabilita
regulatoare digitale
Regulatoare digitale
  • proceseaza si genereaza semnale digitale
  • formula de reglaj:

c(kT) = Kp [ε(kT) + 1/Ti*Σ ε(jT)*T + Td*(ε(kT) - ε((k-1)T)/T]

unde: T – perioada de esantionare

c(kT) – comanda la momentul kT

ε(kT) – abaterea la momentul kT

  • formule practice:

c(kT) – c((k-1)T)= Kp [ε(kT) – ε((k-1)T) + 1/Ti*ε(kT)*T + Td*(ε(kT) – ε((k-2)T)/T]

  • dupa regruparea termenilor:

c(kT) = c((k-1)T) + A*ε(kT) + B*ε(kT) + C*ε(kT)

r spunsul unui sistem automat de reglaj

d

Y

VP

a

b

c

Răspunsul unui sistem automat de reglaj
  • Tipuri de raspuns
    • răspuns aperiodic, care tinde asimptotic către o valoare sub valoarea prescrisă (a)
    • răspuns aperiodic, care tinde asimptotic către valoarea prescrisă (b)
    • răspuns periodic amortizat (c)
    • răspuns periodic neamortizat (d)
acordarea regulatoarelor

εmax

VM

VP

ε(t)

Acordarea regulatoarelor
  • determinarea constantelor Kp, Ti, Td pentru o functionare optimala
  • nu exista solutie unica, depinde de obiectivul urmarit
  • Metodele de acordare a regulatoarelor se bazează pe anumite criterii de performanţă, cum ar fi:
    • criteriul suprafeţei minime pentru graficul abaterii
    • criteriul suprafeţei minime pentru graficul abaterii pătratice
    • criteriul suprafeţei minime pentru graficul modulului funcţiei abatere
    • criteriul minimizării abaterii maxime
    • criteriul timpului minim de stabilizare
acordarea regulatoarelor1
Acordarea regulatoarelor
  • Varianta 1. (Metoda Ziegler-Nichols)
    • Se anulează efectul integrativ (Ti = ∞) şi derivativ (Td = 0), iar constanta de proporţionalitate (Kp) se fixează la valoarea minimă.
    • Se măreşte treptat valoarea lui Kp până când sistemul intră în oscilaţie.
    • Se măsoară perioada oscilaţiei ( T0) şi se notează valoarea constantei de proporţionalitate pentru care sistemul a intrat în oscilaţie (Kp0).
    • Conform criteriului suprafeţei minime se aleg următoarele valori pentru constantele regulatorului:

pentru regulator P : Kp = 0,5 Kp0

pentru regulator PI: Kp = 0,45 Kp0 ; Ti = 0,8 T0

pentru regulator PID: Kp = 0,6 Kp0 ; Ti = 0,5 T0 ; Td= 0,125 T0

acordarea regulatoarelor2

VM

Vsat

K = (Vsat-V0)/c0

t

V0

Tm

T

c

c0

t

Acordarea regulatoarelor
  • Varianta 2. Pentru această variantă trebuie să se determine în prealabil răspunsul sistemului controlat la un semnal de tip treaptă unitară. Din graficul funcţiei răspuns se determină:
    • constanta de amplificare a sistemului - K - raportul dintre variaţia ieşirii şi variaţia semnalului de intrare
    • constanta de timp a sistemului - T – timpul estimat de atingere a valorii de saturaţie dacă creşterea ar fi numai liniară (porţiunea dreaptă a graficului)
    • timpul mort al sistemului – Tm – întârzierea cu care sistemul reacţionează la o variaţie a semnalului de comandă

pentru regulator P: Kp = (1/K)*(T/Tm)

pentru regulator PI: Kp = 0,8*(1/K)*(T/Tm); Ti = 3 Tm

pentru regulator PD:Kp = 1,2*(1/K)*(T/Tm); Td = 0,25 Tm

pentru regulator PID: Kp = 1,2*(1/K)*(T/Tm); Ti = 2 Tm;

Td =0,45Tm

regulatoare adaptive

Calcul parametri

Estimator

Kp,Ti,Td

VP

Y

c

Proces

Regulator

Regulatoare adaptive
  • care isi determina automat coeficientii de reglaj
  • se face periodic o estimare a comportamentului sistemului si se reacordeaza coeficientii de reglaj
  • se secomanda pentru sistemele care isi modifica comportamentul in timp
criterii de alegere a tipului optim de regulator
Criterii de alegere a tipului optim de regulator
  • Alegerea soluţiei optime de reglaj se face pe baza mai multor criterii:
    • după valoarea raportului dintre timpul mort şi constanta de timp a procesului:

( 0 .. 0,3) - regulator bipoziţional

Tm/T = (0,3 .. 1) – regulator PID

> 1 – regulatoare speciale (ex.: regulatoare adaptive)

  • după caracteristicile procesului şi ale perturbaţiilor:
    • cu o constantă de timp dominantă – regulator P
    • cu două constante de timp dominante – regulator PI, PID
    • cu zgomot mare – regulator PI
    • cu zgomot redus şi constantă de amplificare mică – regulator PD
  • pe baza experienţei acumulate:
    • reglaj de nivel – regulator P, PI
    • reglaj de debit - PI
    • reglaj de temperatură, presiune: P, PI, PID