Kaskadreglering. Systemteknik/Processreglering Föreläsning 10. Kaskadreglering blockschema. Framkoppling. Exempel: reglering av värmeväxlare

Transkript

1 Regulatorstrukturer Sstemteknik/Processreglering Föreläsning Kaskadreglering Exempel: reglering av värmeväxlare Kaskadreglering (cascade control) Framkoppling (feedforward) Mitthållning (mid-range control) Kvotreglering (ratio control) Dödtidskompensering (deadtime compensation) Buffertreglering Ånga Vatten Regleringen kan fungera dåligt om t.ex. Läsansivning: Process Control: ventilen är olinjär ångtrcket på primärsidan varierar 2 Med kaskadreglering: Simulering med kaskadreglering (heldragen) och utan (streckad); störning i ångtrcket vidt=5: Temperatur Ånga Vatten Flöde Den inre reglerkretsen ser till att ångflödet regleras Börvärdet till flödesregulatorn ges av strsignalen från temperaturregulatorn 3 Ventilläge Tid 4 Kaskadreglering blockschema Framkoppling r G R u u 2 2 G P2 G P Exempel: koncentrationsreglering PrimärregulatornG R reglerar Sekundärregulatorn reglerar 2 Inre loopen görs tpiskt snabb i förhållande till ttre loopen Räcker ofta med P-regulator i inre loopen Stationära fel elimineras med I-del i ttre loopen Framkopplingen kan kompensera för plötsliga ändringar i srakoncentrationen 5 6

2 Simulering med framkoppling (heldragen) och utan (streckad); störning i srakoncentrationen vid t = 5: Framkoppling blockschema l Koncentration r u Σ G R Σ G P Ventilläge Tid 7 Hur välja? Beror på var i processen störningen kommer in. 8 Exempel: reglering av undre tanken Framkoppling frånl : u l l r G R l 2 r u Σ G R Σ Σ G P G P2 2 Välj = för att eliminera inverkan av störningen 9 Framkoppling frånl 2 : r u Σ G R Σ G P Σ G P2 Välj = G P för att eliminera inverkan av störningen l 2 Implementering av framkoppling Inversen G P kan vara problematisk att implementera Exempel: Vanliga lösningar: G P = +st =+st (innehåller en derivering) G P Inför ett lågpassfilter (jmf D-delen i PID-regulatorn) Implementera bara den statiska förstärkningen 2

3 Mitthållning Mitthållning: Exempel: flödesreglering med två strventiler G R v v v 2 FT v 2 FT Ventilenv är liten och har stor noggrannhet stor risk för mättning Ventilenv 2 är stor men har sämre noggrannhet Hur låta dem samarbeta på bästa sätt? Snabb regulatorg R reglerar flödet med lilla ventilenv Långsam regulator justerar stora ventilenv 2 så attv hålls i mitten av sitt arbetsområde 3 4 Simulering av mitthållning: stora ventilen (streckad) hjälper till att hålla lilla ventilen (heldragen) vid 5% och undvika mättning Mitthållning blockschema Flöde r G R r u u u 2 G P2 G P Σ Ventillägen Tid 5 G R ochg P bildar snabb och noggrann reglerkrets Strsignalen frång R fungerar som mätsignal till r u väljs till mitten avu :s arbetsområde har låg förstärkning, ev. enbart I-del 6 Kvotreglering Bättre lösning (kvotstation): Exempel: hålla konstant luft/bränsle-förhållande Antag att vi vill ha l / b =a Naiv lösning: Börvärdet på flödet går till första kretsen som antas långsam Andra kretsen görs snabb och upprätthåller den önskade kvoten Olinjärt, förstärkningen i andra kretsen varierar med b 7 8

4 Dödtidsprocesser Dödtider uppkommer ofta i samband med materialtransporter, i rör eller på band Ställdon eller mätdon på avstånd från själva processen Kraftig försämring av prestandan om dödtiden L större än processens dominerande tidskonstant T Frekvensanals: Fasmarginalen minskar! Lösningar: G p (s)=g (s)e sl G p (iω c ) = G (iω c ) argg p (iω c )=argg (iω c ) ω c L Använd mcket försiktig regulator (PI med låg förstärkning) Använd vanlig regulator + Smith-prediktor 9 Exempel: Reglering av en pappersmaskin (fördröjd mätning): G p (s)= 2 s+2 e 4s Simulering med försiktig PI-regulator (K=.2,T i =2.6); laststörning vid t=25: Input Output Dödtidskompensering med Smith-prediktor Anals av Smith-prediktorn Smith-prediktor r e u Σ Σ G r G p Ĝ p Ĝ Regulatorn utformas efter modellen utan dödtid. Modellen måste vara asmptotiskt stabil tillräckligt noggrann 2 G r regulator utformad för process utan dödtid G p verklig process (inkl. dödtidl) Ĝp modell av processen (inkl. uppskattad dödtid ˆL) Ĝ modell av processen utan dödtid 22 Strsignal: Slutet sstem: U= G r G r (Ĝp Ĝ) E Pappersmaskinexemplet: Modell utan dödtid:g (s)= 2 +2s Simulering med aggressiv PI-regulator (K =,T i =) och Smithprediktor med perfekt processmodell: Y= G p G r G r (Ĝp Ĝ)+G p G r R Output Antag G p =Ĝp=Ĝe sl (perfekt modell): 5 Y= Ĝ e sl G r G r (Ĝe sl Ĝ)+Ĝe sl G r R Input = Ĝ G r +ĜG r e sl R Som reglering av process utan dödtid, fast fördröjt

5 Exempel: Reglering av icke asmptotiskt stabil process,g p (s)= s e 2s, med PI-regulator och Smith-prediktor med perfekt processmodell; laststörning vidt=5: Input,m,andr 2 3 m r Buffertreglering Används ofta för att separera olika processteg i en tillverkningsprocess Hantera t.ex. driftstopp, produktionsomläggningar, varierande efterfrågan Buffertreglering som skddar mot störningar uppströms Buffertreglering som skddar mot störningar nedströms Målet är ett jämnt utflöde trots variationer i inflödet Nivåregulatorn ska utföra en försiktig reglering och tillåta variationer i bufferttanken 27 Målet är ett jämnt inflöde trots variationer i utflödet Nivåregulatorn ska utföra en försiktig reglering och tillåta variationer i bufferttanken 28