kretsen och terv nder, ges den terv ndande signalen av d1 = G p G c è,1èd. Men denna st rning g r i sin tur runt kretsen och terv nder, och den terv n

Relevanta dokument
Kapitel 4 Inst llning av regulatorer I detta avsnitt skall vi i korthet betrakta problemet att st lla in regulatorer s att den slutna kretsen f r nska

2 Bj rkfeltbjon d r k èk =;:::;pè betecknar A:s olika egenv rden och n k r den algebraiska multipliciteten hos egenv rdet k. Om multipliciteten hos et

tid

tid

tid

REPETITION (OCH LITE NYTT) AV REGLERTEKNIKEN

Överföringsfunktioner, blockscheman och analys av reglersystem

Reglerteknik M3, 5p. Tentamen

Reglerteknik 6. Kapitel 10. Köp bok och övningshäfte på kårbokhandeln. William Sandqvist

BO AKADEMI KEMISK-TEKNISKA FAKULTETEN Laboratoriet f r reglerteknik DEPARTMENT OF CHEMICAL ENGINEERING Process Control Laboratory REGLERTEKNIKENS GRUN

För att förenkla presentationen antas inledningsvis att förstärkningen K 0, och vi återkommer till negativt K senare.

REGLERTEKNIK Laboration 5


Välkomna till TSRT19 Reglerteknik M Föreläsning 7. Framkoppling Koppling mellan öppna systemets Bodediagram och slutna systemets stabilitet

Figur 2: Bild till uppgift 1 a) b) Figur 3: Bilder till uppgift 7 5

Besvara frågorna genom att sätta ett kryss i lämplig ruta. Kom ihåg att det alltid frågas efter, vad Du anser eller hur Du brukar göra!

Integritetspolicy. Org nr: Ventus Norden Växel: Integritetspolicy Sverige

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik M Föreläsning 9

Reglerteknik AK, FRTF05

6. Stabilitet. 6. Stabilitet

Kapitel 1 Grundbegrepp 1.1 Vad r reglerteknik? M ls ttningen med denna kurs r att ge en informell introduktion till reglertekniken. F r att svara p fr

Flytt av försäkringssparande

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik M Föreläsning 9

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 7

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 8. Sammanfattning av föreläsning 7 Framkoppling Den röda tråden!

Plan mot diskriminering och kränkande behandling Smedjebackens förskola 2014

Alla kopplingar inkl. kringutrustning skall redovisas. Rapporten skall vara skriven med ordbehandlare. Kopplingsschemor kan dock vara handritade. Ni m

Föreläsning 10, Egenskaper hos tidsdiskreta system

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik M Föreläsning 8

Lösningar till tentamen i styr- och reglerteknik (Med fet stil!)

2 Bj rkfeltçbjon Exempel.2. Systemet 2x + x 2, x 3 + x 4 =5 x 2 + x 3, x 4 =3 3x 3 +6x 4 =6 r inte triangul rt èdet r ju inte kvadratisktè. Ger vi d r

Nyquistkriteriet, kretsformning

8.2.2 Bodediagram System av första ordningen K =, antages K > 0

Reglerteknik 7. Kapitel 11. Köp bok och övningshäfte på kårbokhandeln. William Sandqvist

2. Reglertekniska grunder


F13: Regulatorstrukturer och implementering

6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner. 6. Stabilitet. 6.2 Poler och stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner

Reglerteknik 7. Kapitel 11. Köp bok och övningshäfte på kårbokhandeln. William Sandqvist

Föreläsning 2. Reglerteknik AK. c Bo Wahlberg. 3 september Avdelningen för reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik

TSIU61: Reglerteknik. Sammanfattning från föreläsning 5 (2/4) Stabilitet Specifikationer med frekvensbeskrivning

TENTAMEN I REGLERTEKNIK TSRT03, TSRT19

Stockholm Till de organisationer som undertecknat beslutet om samverkan

2. Reglertekniska grunder

MANUAL- PRODUCENT/LEVERANTÖR

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 6. Sammanfattning av föreläsning 5 Lite mer om Bodediagram Den röda tråden!

G(s) = 5s + 1 s(10s + 1)

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 3. Sammanfattning av föreläsning 2 PID-reglering Blockschemaräkning Reglerdesign för svävande kula

Reglerteknik AK. Tentamen kl

Signaler och reglersystem Kapitel 1-4. Föreläsning 1, Inledning Reglerteknik

8.2.2 Bodediagram System av första ordningen K

sl l tt med fingret p plattan i st llet f r att trycka ned knappar dra ikoner, f nster och andra objekt utan att anv nda knappar

Regulator. G (s) Figur 1: Blockdiagram för ett typiskt reglersystem

Reglerteknik AK, FRT010

1 3F 0 1rre kvinnliga f 0 2retagare vill v 0 1xa

Lead-lag-reglering. Fundera på till den här föreläsningen. Fasavancerande (lead-) länk. Ex. P-regulator. Vi vill ha en regulator som uppfyller:

Tentamen i Reglerteknik, 4p för D2/E2/T2

Reglerteknik I: F1. Introduktion. Dave Zachariah. Inst. Informationsteknologi, Avd. Systemteknik

TSIU61: Reglerteknik. Lead-lag-regulatorn. Gustaf Hendeby.

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 9

Reglerteknik 1. Kapitel 1, 2, 3, 4. Köp bok och övningshäfte på kårbokhandeln. William Sandqvist

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

Reglerteknik M3. Inlämningsuppgift 3. Lp II, Namn:... Personnr:... Namn:... Personnr:...

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

TSIU61: Reglerteknik. de(t) dt + K D. Sammanfattning från föreläsning 4 (2/3) Frekvensbeskrivning. ˆ Bodediagram. Proportionell }{{} Integrerande

Reglerteori. Föreläsning 5. Torkel Glad

Industriell reglerteknik: Föreläsning 3

Tentamen i Systemteknik/Processreglering

Reglerteknik AK, Period 2, 2013 Föreläsning 6. Jonas Mårtensson, kursansvarig

Vektorrum 43 Exempel 4.. M ngden E av alla m=n-matriser, f rsedd med vanlig matrisaddition och vanlig multiplikation av en matris med en skal r, r ett

Hur gör man en bra upphandling av IT-drift? OutsourcingGuiden

ETE115 Ellära och elektronik, vt 2016 Laboration 1

8.3 Variabeltransformationer Frånkoppling. Betrakta ett 2x2-system, som beskrivs med modellen (8.3.1)

TENTAMEN Reglerteknik 4.5hp X3

ERE 102 Reglerteknik D Tentamen

Föreläsning 11, Dimensionering av tidsdiskreta regulatorer

Övningar i Reglerteknik

WAXHOLMS SK RG RDSCUPER 2018 PM MAJ

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

PID-regulatorn. Föreläsning 9. Frekvenstolkning av PID-regulatorn. PID-regulatorns Bodediagram

A

SYMETRI KOMMUNDAGAR. Agenda september 2016

6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner. 6. Stabilitet. 6.2 Poler och stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner

tala är silver dela är guld

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

Skalle Histogram

TSIU61: Reglerteknik. Frekvensbeskrivning Bodediagram. Gustaf Hendeby.

AUTOMATIC CONTROL REGLERTEKNIK LINKÖPINGS UNIVERSITET. M. Enqvist TTIT62: Föreläsning 2. Här är

9 Bj rkfeltçbjon Oftast anv nder man beteckningen f r determinanten detèaè. Exempel 6.4. Matrisen a a 2 a n a 2 a 22 a 2n,,,, a n a n2 a nn A =ç a a 2

Lösningsförslag TSRT09 Reglerteori

Frekvenssvaret är utsignalen då insginalen är en sinusvåg med frekvens ω och amplitud A,


TENTAMEN I TSRT07 INDUSTRIELL REGLERTEKNIK

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 4

TENTAMEN Reglerteknik 3p, X3

Reglerteknik Z / Bt/I/Kf/F

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 4

Transkript:

Kapitel 5 Inst llning av regulatorer I detta avsnitt skall vi i korthet betrakta problemet att st lla in regulatorer s att den slutna kretsen f r nskade egenskaper. Situationen illustreras av reglerkretsen i gur 5.1, d r G p r systemet som skall regleras och G c r regulatorn. Vi skall i denna kurs endast behandla enkla standardregulatorer, dvs P-, PI- och PID-regulatorer. Vi s g i avsnitt 2.4 att genom att ka f rst rkningen hos en P-regulator kunde den transienta responsen hos ett system av f rsta ordningen g ras godtyckligt snabb. Det visar sig emellertid att det i praktiken r viktigt att beakta stabiliteten hos den slutna kretsen, vilket s tter gr nser f r hur stora regulatorf rst rkningar som kan till tas. Man b r ven beakta att systemmodellen i praktiken alltid endast ger en approximation av det verkliga systemets dynamiska beteende. Den slutna kretsens stabilitet b r d rf r kunna garanteras ven i det fall att man har modelleringsfel. 5.1 Slutna kretsens stabilitet Det r l tt att inse att alltf r stora f rst rkningar i den slutna kretsen i gur 5.1 kan ge upphov till instabilitet. Antag att det kommer in en st rning d. D st rningen g r runt d r + e u + - - - - y e -, 6 e G c G p +? Figur 5.1: Sluten krets. 48

kretsen och terv nder, ges den terv ndande signalen av d1 = G p G c è,1èd. Men denna st rning g r i sin tur runt kretsen och terv nder, och den terv ndande komponenten efter tv varv ges av d2 = G p G c è,1èd1 = è,g p G c è 2 d, osv. Om nu den terv ndande signalen,g p G c d r s dan att summan dètè +d1ètè+d2ètè+æææ = 1,G p G c +è,g p G c è 2 +æææ dètè è5.1è divergerar, v xer den ursprungliga signalen dètè ver alla gr nser, och kretsen i gur 5.1 r instabil. Stabiliteten kan enkelt unders kas genom att betrakta vad som h nder med sinusformade signaler. Dessa r speciellt enkla att studera, eftersom endast deras amplitud och fas èmen ej frekvensenè p verkas av systemen. Dessutom kan varje signal representeras med hj lp av sinus- och cosinusfunktioner, varf r det ej inneb r n gon begr nsning att unders ka enbart dessa signaltyper. Betrakta allts st rningen dètè = sinè!tè è5.2è St rningen ger upphov till f ljande signaler i kretsen èjfr gur 5.1, antas r =0è e1ètè =,dètè=,sinè!tè = sinè!t, è è5.3è u1ètè =,G c d = A Gc è!è sinè!t, + ' Gc è!èè è5.4è d1ètè =,G p G c d = A GcGp è!è sinè!t, + ' GcGp è!èè è5.5è d r A GcGp è!è = A Gc è!èa Gp è!è ' GcGp è!è = ' Gc è!è +' Gp è!è è5.6è è5.7è r f rst rkningen respektive fasf rskjutningen hos seriekopplingen G p G c. Om nu den totala fasf rskjutningen r,2 =,360 æ, vilket g ller om èjfr è5.5è ' GcGp è!è =,=,180 æ è5.8è f s att d1ètè = A GcGp è!è sinè!t, 2è è5.9è = A GcGp è!è sinè!tè è5.10è dvs signalen r i fas med den inkommande st rningen efter att den g tt runt kretsen, och summan è5.1è divergerar. Villkoret f r att summan è5.1è inte divergerar r att A GcGp è!è =A Gc è!èa Gp è!èé1 è5.11è 49

skall g lla vid den frekvens d r è5.8è h ller. Denna frekvens, f r vilken den totala fasf rskjutningen hos den slutna kretsens element èexklusive teckenbytetè r, =,180 æ,kallas ibland kretsens kritiska frekvens, och brukar betecknas! c. Vi f r f ljande villkor f r stabilitet, som g ller f r det fall att G c och G p r stabila system. Bodes stabilitetskriterium Den slutna kretsen i gur 5.1 r stabil om f rst rkningen hos seriekopplingen G p G c r mindre n ett vid den kritiska frekvensen! c, vid vilken fasf rskjutningen hos seriekopplingen G p G c r,180 æ. A(ω) A(ω c ) φ(ω) 0 180 300 0 1 2 3 4 ω c Figur 5.2: Bodes stabilitetskriterium. Den slutna kretsens stabilitet kan avl sas ur ett Bodediagram f r det seriekopplade systemet G p G c. Den slutna kretsen r stabil om f rst rkningen uppfyller Aè! c è é 1 vid den kritiska frekvensen! c, vid vilken fasf rskjutningen r,180 æ. Med hj lp av Bodes stabilitetskriterium kan den slutna kretsens stabilitet direkt avl sas utg ende fr n ett Bode-diagram f r seriekopplingen G p G c : f rst rkningen vid den frekvens d r fasf rskjutningen r,180 æ b r vara mindre n ett f r stabilitet. Situationen illustreras gur 5.2. En konsekvens av stabilitetskriteriet r att regulatorns f rst rkning A Gc è! c è vid den kritiska frekvensen begr nsas av villkoret è5.11è. F r stabila system g ller d rf r, att det existerar en maximal f rst rkning som regulatorn kan ha f r att den slutna kretsen skall vara stabil. Fr n stabilitetskriteriet f ljer vidare, att ett system vars f rst rkning A Gp è! c è vid den kritiska frekvensen r liten i f rh llande till f rst rkningen vid frekvensen noll r i allm nhet l ttare att reglera n system vars f rst rkning r stor vid den kritiska frekvensen. I det 50

senare fallet m ste regulatorn konstrueras s att den bidrar den fordrade d mpningen vid kritiska frekvensen. Detta r fallet f r d dtidssystem, eftersom en d dtid bidrar med endast fasf rskjutning men ger ingen d mpning èjfr frekvenssvaret, ekvationerna è4.37è och è4.38è. System med l nga d dtider r s ledes i allm nhet sv ra att reglera. Exempel 5.1 Unders k stabiliteten hos reglerkretsen i gur 5.1 d systemet G p r en ren d dtid L, dvs G p uètè = uèt, Lè, och regulatorn r en P-regulator, dvs G c eètè = K c eètè. Unders k vad som h nder d en kortvarig och verg ende st rning d kommer in. F r vilka v rden p K c r reglerkretsen stabil? J mf r slutsatserna med Bodes stabilitetskriterium, d man anv nder det faktum att frekvenssvaret hos ett d dtidselement ges av ekvationerna è4.37è och è4.38è. 5.2 Inst llning av standardregulatorer Vi skall till slut ge n gra enkla regler f r inst llning av standardregulatorer. M ls ttningen med regleringen r dels att ge god reglerprestanda, och dels att garantera stabiliteten hos reglerkretsen. Reglerprestandan inneb r i praktiken t.ex.: æ snabb respons vid f r ndringar i b rv rdet, dvs y skall snabbt f lja ndringar i r utan att sacka efter. æ snabb kompensation av st rningar, dvs inverkan av st rningarna d p utsignalen y skall snabbt elimineras av regleringen, æ fullst ndig eliminering av stegst rningar, dvs yètè! r efter stegformade st rningar, æ alltf r snabba variationer i styrsignalen u skall undvikas, t.ex. f r att ej n ta p apparaturen. Samtidigt som reglerprestandan skall vara god, b r man garantera stabiliteten hos den slutna kretsen. Stabiliteten b r kunna garanteras ven i det fall att systemmodellen G p inte r exakt utan inneh ller modelleringsfel. En regulator som garanterar stabilitet trots os kerheter i systemmodellen s gs vara robust. Bodes stabilitetskriterium ger ett enkelt kriterium f r robusthet. Om regulatorns f rst rkning v ljs s att A m æ A Gc è! c èa Gp è! c è=1; d r A m é 1 è5.12è vid den kritiska frekvensen! c,kan f rst rkningen hos G p till tas ka med faktorn A m utan att slutna kretsen blir instabil. Faktorn A m kallas kretsens f rst rkningsmarginal eller amplitudmarginal, och r ett m tt p regulatorns robusthet mot os kerheter i systemets f rst rkning. Kraven p god reglerprestanda och robusthet r i praktiken of renliga. Extremt god prestanda inneb r vanligen d lig robusthet mot modellos kerheter, eftersom regulatorn d tvingas ta i med kraftiga regler tg rder, vars inverkan p utsignalen kan best mmas med tillr cklig noggrannhet endast med en noggrann modell. God robusthet inneb r andra sidan d lig prestanda, eftersom regulatorn inte kan till tas g ra n got alls om stabilitet skall kunna garanteras f r mycket stora modellos kerheter. I praktiken inneb r regulatorsyntes 51

alltid en kompromiss mellan prestanda och robusthet, som beror p bl.a. noggrannheten hos den systemmodell som man har. Regulatorer som ger m jligast god prestanda under beaktande av givna robusthetskriterier kan ber knas med hj lp av s.k. optimal och robust reglerteori. Dessa metoder r emellertid ganska invecklade och deras till mpning r d rf r motiverad endast i kritiska och speciellt besv rliga reglerproblem. F r standardtill mpningar har man utvecklat ett antal enkla metoder f r inst llning av regulatorer av standardtyp. Metoderna r utvecklade s att de ger goda tumregler f r regulatorinst llning f r de esta 'normala' system. Man kan l st s ga att 99è av alla praktiska reglerproblem h r till dessa. D remot garanterar tumreglerna inte bra resultat f r mera komplicerade system. Vi skall h r betrakta en PID-regulator av den typ som diskuterades i avsnitt 2.4, jfr ekvation è2.28è. Man brukar vanligen skriva regulatorn i formen uètè =K c eètè+ 1 T i Z t =0 eè èd + T deètè d dt è5.13è d r K c r regulatorns f rst rkning, T i r den s.k. integrationstiden och T d r den s.k. deriveringstiden. Den enklaste metoden f r regulatorinst llning utnyttjar information enbart om den kritiska frekvensen och systemets f rst rkning vid den kritiska frekvensen. Flera metoder f r regulatorinst llning har f reslagits, men den b st k nda och vanligaste r en metod som ursprungligen presenterats av Ziegler och Nichols, och som kan sammanfattas enligt nedan. Ziegler och Nichols regulatorinst llning 1. Best m den kritiska frekvensen f r kretsen i gur 5.1 f r det fall d G c r en P-regulator èmed fasf rskjutningen nollè. Best m med andra ord den frekvens! c f r vilken ' Gp è! c è=,180 æ. 2. Ber kna den maximala f rst rkningen K c;max hos en P-regulator som man kan ha innan reglerkretsen blir instabil. Enligt stabilitetsvillkoret è5.11è ges K c;max av K c;max = 1 A Gp è! c è è5.14è 3. Ber kna regulatorparametrarna enligt f ljande tabell, d r P u anger perioden f r den od mpade sv ngningen med vinkelfrekvensen! c, dvs P u =2=! c. Regulator K c T i T d P 0:5K c;max - - PI 0:45K c;max 0:8P u - PID 0:6K c;max P u =2 P u =8 Observera att enligt rekommendationerna v ljs P-regulatorn s att f rst rkningsmarginalen r A m =2,medan f rst rkningarna hos PI- och PID-regulatorerna justeras n got p 52

grund av att regulatorns integrator ger en extra negativ fasf rskjutning, medan deriveringstermen bidrar med en positiv fasf rskjutning. Observera ocks att det i litteraturen f rekommer ett antal varianter av Ziegler-Nichols rekommendationerna som skiljer sig n got fr n dem som ges i tabellen ovan. Rekommendationerna skall emellertid uppfattas som riktgivande, och i praktiken b r ofta en njustering av regulatorinst llningen g ras. Ziegler-Nichols regulatorinst llningar ger t.ex. i allm nhet en n got f r kraftig regulatorf rst rkning, vilket leder till en en oskillerande respons efter b rv rdesf r ndringar. Exempel 5.2 Best m en PI-regulator enligt Ziegler-Nichols rekommendationer f r reglering av ett system som best r av en ren d dtid L. 53