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 Beskrivning av reglering 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

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

17 P-regulatorns stationära egenskaper 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.

18 Instabilitetsproblemet 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.

19 Ett instabilt förlopp mätsignal Tid

20 Att ta bort det stationär reglerfelet 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)

21 PI-regulatorns stationära egenskaper 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.

22 Instabilitet och I-del 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

23 u y Testexempel: Vattentank Statisk förstärkning: 1 Tidskonstant: 2s T B t T = tidskonstant A B/A = förstärkning t

24 P-reglering Störning som skulle ge nivåfelet 1 utan reglering. Nivårespons: K= T I = K=

25 PI-reglering, stort T I Nivårespons: K= T I = K=

26 PI-reglering, litet T I Nivårespons: T I = K= K=

27 PI-reglering, lagom T I Nivårespons: T I = K= K= Här är T I lika med tankens tidskonstant.

28 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

29 Om kursen Mål Organisation Personer

30 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).

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

32 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 finns på hemsidan samt skickas ut per e-post. Lab: Genomförande och redovisning

33 Personer Examinator och föreläsare: Lektioner: Ylva Jung och Laborationsansvarig: Ylva Jung