Kort introduktion till Reglerteknik I

Transkript

1 Kort introduktion till Reglerteknik I Vad är reglerteknik? Läran om dynamiska system och deras styrning. System = Process = Ett objekt vars egenskaper vi vill studera/styra. Vi betraktar system som har insignal(er) och utsignal(er). Insignal u SYSTEM Utsignal y M.h.a. insignalen u kan vi påverka systemet och dess utsignal. Utsignalen y är en signal som vi kan mäta och/eller vill styra. 1/ 8 hans.norlander@it.uu.se Intro

2 Dynamiska system Statiskt system: y(t) = f (u(t)), beror av u:s värde just nu! Dynamiskt system: y(t) kan bero av u(τ) för alla τ t. 95 Gaspådrag (%), hastighet (km/h) y(t) = bilens hastighet u(t) = gaspådrag tid (sekunder) Konsekvens - insignalens värde nu påverkar utsignalens framtida värden. Dynamiska system har minne. 2/ 8 hans.norlander@it.uu.se Intro

3 Återkoppling Bestäm en insignal som ger systemet önskade egenskaper. Öppen styrning: u(t) förutbestämd funktion av tiden. Återkoppling: Utnyttja utsignalen y(t) för att bestämma insignalen u(t). Störning Referens- signal, r Regulator Insignal, u System Utsignal, y ÅTERKOPPLING Insignalen u(t) räknas ut av en regulator. Utsignalen ska följa referenssignalen så nära som möjligt trots inverkan av störningar. 3/ 8 hans.norlander@it.uu.se Intro

4 Exempel på tillämpningar I processindustrin används otaliga regulatorer för att styra nivåer och flöden, temperatur, tryck, ph etc. I tekniska system används reglerteknik för att styra: industrirobotar flygplan, fartyg, fordon: roder- och styrservon etc. autonoma fordon, drönare, fordonskonvojer I bilar: servostyrning insprutning och tändning, avgasrening ABS, antispinn- och antisladd-system farthållare, klimatkontroll I hemmet: smarta hem : uppvärmning, belysning etc. disk- & tvättmaskiner hemelektronik: BR-spelare, hårddiskar 4/ 8 hans.norlander@it.uu.se Intro

5 Önskemål Vad vill man uppnå? Huvudkrav: Det reglerade systemet ska vara stabilt. Om referenssignalen ändras ska utsignalen snabbt komma till rätt nivå, utan oscillationer och med rimligt stor styrsignal. Om en störning inträffar ska utsignalen snabbt återvända till referenssignalen. Reglerproblemet: Designa en regulator som gör att det reglerade systemet uppfyller önskemålen. 5/ 8 hans.norlander@it.uu.se Intro

6 Två delproblem v u System + Σ + y Servoproblemet: Få utsignalen y(t) att följa referenssignalen r(t) så bra som möjligt. Bortse från störningar (anta att v(t) = 0). Regulatorproblemet: Försök eliminera inverkan från störningar v(t). Ofta är r(t) = 0 vill ha y(t) 0. 6/ 8 hans.norlander@it.uu.se Intro

7 Stegsvarsspecifikationer y f 0.9y f My f r e = r y f T r = stigtid (10% 90% av y f ) T s = insvängningstid (inom p%) M = översläng (ofta i % av y f ) e = kvarvarande/stationärt fel 0.1y f T r T s tid 7/ 8 hans.norlander@it.uu.se Intro

8 Kursen Kursbok: Reglerteknik Grundläggande teori avt Glad & L Ljung, 4:e upplagan från 2006, Studentlitteratur. Kurshemsida: Även Studentportalen kommer att användas. Kursmoment: Analys av linjära dynamiska system (kapitlen 2, 4 & 8) Återkopplade system (kapitlen 3, 5, 6 & 9) Enkla styr-/reglerprinciper (=regulatorer) PID-regulatorn (kapitel 3) Lead-lagregulatorer (kapitel 5) Framkoppling och kaskadreglering (kapitel 7) Tillståndsåterkoppling (kapitel 9) 8/ 8 hans.norlander@it.uu.se Intro