Informationsteknologi

Transkript

1 Bengt Carlsson Informationstenologi En översit av Kap 7 Systemteni

2 Informationstenologi Tillbaablic, återoppling Reglering av vätsenivån i en tan Nivågivare Reglerventil Inflöde TANK Varierande utflöde Vätsenivån an styras med inommande flöde via en reglerventil. Systemteni Styrning och reglering av avloppsreningsver

3 Informationstenologi Börvärde Utflöde Styr- signal Inflöde Nivå Regulator Ventil Tan Nivågivare Nivåreglering i tan, blocschema Uppmätt nivå Reglerproblemet: Konstruera en regulator som via mätningar av nivån utsignalen beränar ett ventilläge styrsignalen, insignal så att nivån hålls nära ett givet värde börvärde, referenssignal trots variationer i utflödet störningen. Systemteni

4 Informationstenologi Allmänt blocschema Börvärde Regulator Styrsignal Ställdon Process Störning Givare Regulatorn sa styra processen så att utsignalen hålls nära börvärdet trots störningar. Utsignal Men tän om man an mäta störningen!!!??? Systemteni

5 Informationstenologi Framoppling Idé: utnyttja mätning av en störning och ompensera innan störningen påverar reglerfelet Exempel: Nivåregleringen då utflödet an mätas: Reglerventil Inflöde TANK Nivågivare Flödesgivare Varierande utflöde Systemteni

6 Informationstenologi Utnyttja mätningen av utflödet störningen genom att diret låta inflödet via reglerventilen påveras Ventilläge Framopplingsregulator Ventil Flödesgivare Inflöde Tan Utflöde Nivå Systemteni

7 Informationstenologi Normalt bör framoppling ombineras med återoppling: Börvärde Regulator Σ Framopplingsregulator Process Störning Utsignal Systemteni

8 Informationstenologi Kommentarer: Under vissa vilor an framopplingen helt eliminera störningens inveran på utsignalen. Se LB sid 131. Framoppling används ofta! T ex i reningsver tas upp i ursen Vattenreningsteni-W4, uppvärmning av byggnader se LB ex 7.2, elraftprodution... Systemteni

9 Informationstenologi Kasadreglering Ibland an man mäta en signal inuti processen. Denna signal an används för en loal reglering. Vid asadreglering används två regulatorer oftast av PID-typ där utsignalen från den ena regulatorn master-regulator, överordnade regulatorn används som börvärde för den andra regulatorn slav-regulatorn, underordnande regulatorn. Systemteni

10 Informationstenologi Exempel, nivåreglering i tan där inflödet an mätas. Flödesgivare Nivågivare Reglerventil Inflöde TANK Varierande utflöde Systemteni

11 Blocschema för asadreglering av nivåregleringsprocessen Informationstenologi Börvärde Masterregulator Börvärde Slavregulator Från flödesgivare Från nivågivare Ventil Tan Utsignal Fördelar Störningar i inflödet regleras ut snabbare Lättar att ställa in regulatorerna. Inveran av olinjäriteter i reglerventilen minsar, LB ap 3.4 Nacdelar: En till givare behövs En till regulator behövs Systemteni

12 Informationstenologi Otto-Smith-regulatorn ursivt Processer som innehåller tidsfördröjningar dödtid är svårat att reglera. En dödtid e -st ger negativ fasvridning -wt vilet minsar fasmarginalen. Otto-Smith-regulatorn är specialgjord för system med tidsfördröjningar. För den intresserade: Se ap 7.4 Systemteni

13 Informationstenologi Datorimplementering, Kap tenteras med obl datorövning DATOR Störning Börvärde Styrsignal Utsignal Regulator Process Systemteni

14 Informationstenologi Betecningar: Sampling av signaler x o h x+1 o x+2 o t t+h t+2h Samplingsintervall: h LB anv T Samplingsfrevens f s =1/h tid Systemteni x+1 betecnar det samplade värdet av x vid tiden t+h

15 Informationstenologi Samplingsteoremet Hur fort måste man sampla en signal för att unna återsapa den tidsontinuerliga signalen? f s >2 f max där f max = den högsta frevens som signalen har. Hmmm... jaha det är därför musien på CD-sivorna samplats med 44 Hz! Systemteni

16 Informationstenologi Vining Om en signal innehåller högre frevenser än halva samplingsfrevensen Nyquistfrevensen ommer den samplade signalen att uppfattas som om den hade lägre frevenser! Åtgärd: Filtera signalen som sa samplas genom ett lågpassfilter som tar bort alla frevenser som är större än f s /2. Systemteni

17 Informationstenologi Implementering i dator Behöver ha: Samplingsfuntion A/D-omvandlare Hållrets D/A-omvandlare Varför datorimplementering? Billigare 100-tals regulatorer i en dator Lättare implementera avancerade funtioner Ingen omponentdrift. Men: Måste välja en vettig samplingstid Principellt svårare eftersom vi bara får sticprov av y. Systemteni

18 Informationstenologi Disretisering av analog regulator 1. Designa en regulator som i LB: s = Greg 2. Sriv om som en diff.evation 3. Approximera derivator med differensbildning t ex u u h. u t U s E s h 4. Sriv som en differensevation och oda Systemteni

19 Informationstenologi Systemteni Digital PI-regulator Kontinuerlig tid se LB sid 47: τ dτ e Ti t e K t u t = Disret tid: y r e = Approximera integralen med en summa: he I I I h j e d e t j + = = = τ τ e-1 ocså OK

20 Informationstenologi Systemteni Integratoruppvridning I pratien är den realiserbara insignalen alltid begränsad: Börvärde Typist: Regulator u b Styrsignal u Ställdon Begränsning umax, om u > umax = u, om umin u u umin, omu < umin max u b Process Utsignal dvs signalen är begränsad uppåt och nedåt

21 Informationstenologi Antag att processen regleras med en integrerande regulator och att en störning ommer som är så stor att u blir större än u max. Om e>0 fortsätter u att växa och an bli godtycligt stor! När störningen försvinner rävs ett negativt reglerfel under lång tid för att u<u max. Fenomenet allas integratoruppvridning Systemteni

22 Informationstenologi Systemteni Differentiell PI-regulator 1 e I I I Ti h e K u + = + = Digital PI: Vill undvia summering integrering då insignalen mättar. Inför [ ] + = + = = e Ti h e e K I I Ti h e e K u u u

23 Informationstenologi Insignalen ges av u = u + u 1 Tricet är nu att göra denna summering bara när insignalen inte mättar dvs u i ortform umax, om u + u 1 > u = u + u 1, annars umin, om u + u 1 < u u = u + u 1 U max U min max min Den diff. PI regulatorn fungerar mycet bättre vid mättning, se Ber.lab 4! Systemteni

24 Informationstenologi Datorbaserad styrning, 6p period 2: Reglering av system med flera in- och utsignaler. Robusthet och begränsningar. Reglerdesign baserad på riterier Preditionsreglering MPC Systemteni