Industriella styrsystem, TSIU06. Föreläsning 1

Transkript

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

2 Utgångspunkter Vad? Varför? Hur?

3 Vad? Reglerteknik - Konsten att styra system automatiskt

4 Vad? System - Ett objekt som vi vill få att uppföra sig på ett önskat sätt

5 Exempel på system Industriella processer (papper- och massaindustri,stål- och metallindustri,...) Energi och miljö (kraftverk, reningsverk, sopförbränning,...) Bilar (motorstyrning, farthållare, anti-sladdsystem,...) Flygplan (hastighet, höjd, kurs,...) Mobiltelefonisystem (quality-of-service,...) Industrirobotar (position, orientering, hastighet,...)... Här: Tonvikt på industriella system och processer.

6 Varför vill man styra dessa system? Krav på t ex: Kvalitet Produktivitet Säkerhet Bekvämlighet Hushållning med resurser Miljöpåverkan...

7 Processindustri pappersindustri stålverk raffinaderier...

8 Valsverk

9 Avfallsanläggning

10 Kemiindustri

11 Flygplan stabilisering farthållning, höjdhållning navigering automatsiktning...

12 Medicinsk teknik dialysapparatur pacemakers anestesi...

13 Funktioner i bilar Bilar: antispinn, antisladd låsningsfria bromsar motorstyrning för avgaskrav och bränsleekonomi farthållare osv

14 Sammanfattning Alltså: Det finns många exempel på system och processer som vi vill få att uppföra sig på ett visst sätt. Motiven är ofta t ex produktivitet, kvalitet, säkerhet, bekvämlighet, energieffektivitet, miljöpåverkan, m m. Nästa steg: Sätt att beskriva egenskaperna hos det objekt som ska styras. Metoder för att styra - Återkopplingsprincipen.

15 Om kursen Mål Organisation Personer

16 Mål Ge kunskaper och färdigheter om reglerteknik närmare verkligheten. Mera precist: Trimning av PID-regulatorer. Tidsdiskret form av PID-regulatorer. Hantering av integratoruppvridning m m. Implementering av PID-regulatorer i en PLC. Operatörsgränssnitt. Sekvensstyrning (binär styrning).

17 Organisation Kursen examineras via laborationer. Genomförande: Fö 1 - Fö 2 - Le 1 - Lab 1 (Processdator) Fö 3 - Le 2 - Le 3 - Lab 2 (PID-Implementering i PLC) Fö 4 - Le 4 - Lab 3 (Styrning av LEGO-fabrik) Projekt (kopplat till Lab1) Föreläsningarna ger den teoretiska bakgrunden. Lektioner bidrar till förberedelserna för laborationerna. Inför varje laboration måste förberedelseuppgifterna vara genomförda och godkända.

18 Mera om labbarna Inför varje lab: Bakgrund på föreläsningar och lektioner. Förbedelseuppgifter. Godkännande av förberedelseuppgifter vid ett s k Helpdesk-tillfälle. Separata Helpdesk-tillfällen för varje labtillfälle. Tider läggs ut på hemsidan samt skickas ut per e-post. Lab: Genomförande och redovisning

19 Personer Examinator och föreläsare: Lektioner: Måns Klingspor och Laborationsansvarig: Måns Klingspor, Oskar Ljunqkvist

20 Reglersystem Regulator och den styrda processen Blockdiagram r Regulator u Tankar y r: börvärde, referenssignal önskad tanknivå y: ärvärde, mätsignal mätt tanknivå u: styrsignal spänning till pumpmotorn

21 Proportionell återkoppling (P-reglering) Styrsignalen är proprtionell mot reglerfelet: u = K (r y) }{{} reglerfel

22 P-regulatorns egenskaper Antag: r är konstant: r = r o y och u svänger in sig till konstanta värden y o och u o Då gäller normalt att: e = r o y o blir mindre ju större K är. Dock blir det oftast inte exakt noll.

23 Instabilitet Ett alltför stort värde på K kan leda till att u och y överhuvud taget inte svänger in sig. u och y växer mot oändligheten (i praktiken tills de når en fysikalisk gräns). Fenomenet kallas instabilitet.

24 Ett instabilt förlopp mätsignal Tid

25 Proportionell, inegrerande återkoppling (PI-reglering) ( u(t) = K e(t) + 1 t ) e(τ)dτ T I t o

26 PI-regulatorns egenskaper Antag: r är konstant: r = r o y och u svänger in sig till konstanta värden y o och u o Då gäller normalt att: y o = r o d v s, reglerfelet blir alltså exakt noll när t växer.

27 PI-regulatorns egenskaper (forts): Med I-del ökar risken för instabilitet. Inställningen av PI-regulatorn är en avvägning: snabb insvängning mot risken att komma för nära stabilitetsgränsen. Ett sätt att välja koefficienterna K och T I kommer senare.

28 Exempel System med statisk förstärkning 1 och tidskonstant 2. P-reglering med K = 1, 2, 5. PI-reglering med K = 5 och T I = 4, 1, 0.2.

29 P-reglering Nivå för K=1, 2 och y(t) sek

30 PI-reglering 1.5 Nivå för K=5 och T I = 4, 1 och y(t) sek

31 Stegsvar och specifikationer 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