Industriella styrsystem, TSIU06. Föreläsning 1

Transkript

1 Industriella styrsystem, TSIU06 Föreläsning 1 Reglerteknik, ISY, Linköpings Universitet

2 Kursöversikt 2(34) Detta är en laborations- och projektkurs. Praktiken kommer före teorin (kursen Reglerteknik) Tre laborationer: Processdatorstyrning PID-Implementering i PLC Styrning av LEGO-bilfabrik Föreläsningar och lektioner finns för att introducera laborationerna. Examination: laborationerna. Projekt i anslutning till första labben.

3 Arbetsgång 3(34) Föreläsningen introducerar och ger översikt Lektionerna ger träning på vissa moment Laborationen förbereds Hjälptillfällen på luncherna Lab-förberedelsen godkänns Laborationen genomförs i labbet Lab-resultatet visas upp och godkänns

4 Föreläsningarna 4(34) 1. Vad är regler- och styrteknik överhuvudtaget? 2. Lab 1 3. Lab 2 4. Lab 3 1. Ett enkelt reglersystem 2. Användargränssnitt 3. Hur trimmar man in systemet? 1. Mer avancerade funktioner i reglersystemet 2. Hur gör man avancerad reglerteknik med +,-,*,/? 1. Hur styr man ett löpande band för biltillverkning? 2. Binär styrning 3. Sekvensstyrning

5 Vilka tekniska system styr man? 5(34) Bilar Flygplan Mobiltelefoner Datornätverk...

6 Exempel: Reglerteknik i bilar 6(34) Bilar: antispinn, antisladd låsningsfria bromsar motorstyrning för avgaskrav och bränsleekonomi farthållare osv

7 Flygplan 7(34) stabilisering farthållning, höjdhållning navigering automatsiktning...

8 Medicinsk teknik 8(34) dialysapparatur pacemakers anestesi...

9 Processindustri 9(34) pappersindustri stålverk raffinaderier...

10 Vad styr man? 10(34) Exemplet antisladd: Selektiv bromsning för att få rätt rotationshastighet

11 Exempel på styrobjekt: valsverk 11(34)

12 Ett valspar 12(34)

13 Ett annat exempel. Bufferttank 13(34) u? h 6 q- Tillverkning av myrsyra, Perstorp Karakterisering av tanksystemet: Yttre signal (insignal): u Utsignal ( resultat ): nivån h

14 Två typer av styrproblem 14(34) Sekvensstyrning... öppna ventilen stäng ventilen när tanken är full slå på uppvärmning slå av värmen när 60 o uppnåtts... Reglering Håll vätskenivån på önskat värde (börvärdet) trots störningar Håll temperaturen på önskad nivå (börvärdet) trots störningar

15 Moment i kursen 15(34) Reglering Lab 1. Reglering av tanknivå och operatörsgränssnitt Lab 2. Regulatorimplementering Sekvensstyrning Lab 3. Styrning av ett löpande band

16 Beskrivning av reglering Regulator och den styrda processen 16(34) Blockdiagram r Regulator u Tankar y r: börvärde, referenssignal önskad tanknivå y: ärvärde, mätsignal mätt tanknivå u: styrsignal spänning till pumpmotorn

17 Den enklaste regulatorn 17(34) u = K (r y) }{{} reglerfel Proportionell reglering, P-reglering Styringreppet är alltså proprtionellt mot reglerfelet.

18 P-regulatorns stationära egenskaper 18(34) Anta r är konstant: r = r o y och u svänger in sig till konstanta värden y o och u o Då gäller typiskt att det stationära reglerfelet r o y o blir mindre ju större K är. Dock blir det oftast inte exakt noll.

19 Instabilitetsproblemet 19(34) Ett alltför stort värde på K kan leda till att u och y överhuvud taget inte svänger in sig. Typiskt växer signalerna tills de når en hård fysikalisk gräns. En annan möjlighet är de oscillerar mellan ett min- och maxvärde. Fenomenet kallas instabilitet.

20 Ett instabilt förlopp 20(34) mätsignal Tid

21 Att ta bort det stationär reglerfelet 21(34) Proportionell och integrerande regulator (PI-regulator) ( u(t) = K e(t) + 1 t ) e(τ)dτ T I t o där e är reglerfelet e(t) = r(t) y(t)

22 PI-regulatorns stationära egenskaper 22(34) Anta r är konstant: r = r o y och u svänger in sig till konstanta värden y o och u o Då gäller y o = r o Reglerfelet blir alltså exakt = 0 i stationaritet.

23 Instabilitet och I-del 23(34) I-delens förmåga att eliminera reglerfel har ett pris: risken för instabilitet ökar. Inställningen av PI-regulatorn är en avvägning: snabb insvängning kontra risken att komma för nära stabilitetsgränsen

24 u y Testexempel: Vattentank 24(34) Statisk förstärkning: 1 Tidskonstant: 2s T B t T = tidskonstant A B/A = förstärkning t

25 P-reglering 25(34) Störning som skulle ge nivåfelet 1 utan reglering. Nivårespons: K= T I = K=

26 PI-reglering, stort T I 26(34) Nivårespons: K= T I = K=

27 PI-reglering, litet T I 27(34) Nivårespons: T I = K= K=

28 PI-reglering, lagom T I 28(34) Nivårespons: T I = K= K= Här är T I lika med tankens tidskonstant.

29 Stegsvar och specifikationer 29(34) Stegsvar: Utsignal då referensen är ett steg med amplituden r. y r M T r T s t Stigtid (typiskt från 10% till 90%): T r Insvängningstid, Lösningstid (t ex till ±5%): T s Översläng: M

30 λ-trimning 30(34) Styrning av process med tidskonstant T och förstärkning k med PI-regulator: ( u(t) = K c e(t) + 1 t ) e(τ)dτ T i t o 1. Bestäm hur snabbt systemet ska vara (önskad tidskonstant) genom att välja λ. 2. Sätt T i = T och K c = T kλ

31 Valet av λ: stegsvar 31(34) 1 λ =1 0.8 λ=2 λ=4 0.6 y t

32 Valet av λ, forts.: styrsignal 32(34) λ= u λ= λ= t

33 Valet av λ: störningsundertryckning 33(34) λ=4 1.5 e λ= t

34 Industriella styrsystem hur ser de ut? 34(34) Generella styrsystem som skall kunna styra vad som helst. Tillverkare ABB Allen Bradley Honeywell...