Systemteknik/Processreglering F1

Relevanta dokument
Vad är systemteknik och reglerteknik? Föreläsning 1. Systemteknik handlar om dynamiska system

Exempel: reglering av en plattreaktor. Varför systemteknik/processreglering? Blockdiagram. Blockdiagram för en (del)process. Exempel: tankprocess

Systemteknik/Processreglering Föreläsning 1. Vad är systemteknik? Vad är ett system? Vad är reglerteknik? Tidigt reglertekniskt exempel

1. Inledning. 1. Inledning

2. Reglertekniska grunder

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

Systemteknik/Processreglering F2

Kort introduktion till Reglerteknik I

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

Industriella styrsystem, TSIU06. Föreläsning 1

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

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 1

F13: Regulatorstrukturer och implementering

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 9

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

Kort introduktion till Reglerteknik I

Systemteknik/Processreglering F6

REPETITION (OCH LITE NYTT) AV REGLERTEKNIKEN

2. Reglertekniska grunder

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 1

avloppsvattenrening genom reglerteknik Bengt Carlsson Uppsala universitet

Industriell reglerteknik: Föreläsning 3

TSIU61: Reglerteknik. Kursinformation Bakgrund. Gustaf Hendeby.

Välkomna till Reglerteknik 2015!!

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

Industriella styrsystem, TSIU06. Föreläsning 1

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

Reglerteknik II 7sp (för sista gången) Jari Böling

Reglerteknik, TSIU 61

EL1000/1120 Reglerteknik AK

Reglerteknik är konsten att få saker att uppföra sig som man vill

Reglerteknik, TSIU61. Föreläsning 2: Laplacetransformen

Läran om återkopplade automatiska system och handlar om hur mätningar från givare kan användas för att automatisk göra förändringar i processen.

EL1000/1120/1110 Reglerteknik AK

Tentamen i Systemteknik/Processreglering

AUTOMATIC CONTROL REGLERTEKNIK LINKÖPINGS UNIVERSITET. M. Enqvist TTIT62: Föreläsning 3 AUTOMATIC CONTROL REGLERTEKNIK LINKÖPINGS UNIVERSITET

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik M Föreläsning 1

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 2

TSIU61: Reglerteknik. Matematiska modeller Laplacetransformen. Gustaf Hendeby.

Välkomna till Reglerteknik Föreläsning 2

Formalia. Reglerteknik, TSRT12. Föreläsning 1. Första föreläsningen. Vad är reglerteknik?

Reglerteknik, TSIU61. Föreläsning 1

För att få ett effektiv driftsätt kan det ibland behövas avancerad styrning.

Operatörer och användargränssnitt vid processtyrning Datorövning 1 - Reglerteknik

Reglerteori. Föreläsning 5. Torkel Glad

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

Tentamen i Systemteknik/Processreglering

TSRT21 Dynamiska system och reglering Välkomna till Föreläsning 1!

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

Praktisk ProcessAutomation. Göran Malmberg Kim Nyborg

TSRT09 Reglerteori. Reglerteknik. Vilka är systemen som man styr? Vilka är systemen som man styr? Föreläsning 1: Inledning, reglerproblemet

2. Reglertekniska grunder. 2.1 Signaler och system

Reglerteori. Föreläsning 11. Torkel Glad

A. Stationära felet blir 0. B. Stationära felet blir 10 %. C. Man kan inte avgöra vad stationära felet blir enbart med hjälp av polerna.

Vad är reglerteknik?

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 2

Föreläsning 1 Reglerteknik AK

Föreläsning 3. Reglerteknik AK. c Bo Wahlberg. 9 september Avdelningen för reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik

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

Industriell reglerteknik: Föreläsning 6

Reglerteknik Z / Bt/I/Kf/F

Industriella styrsystem, TSIU06. Föreläsning 2

EL1000/1120/1110 Reglerteknik AK

Lösningar till tentamen i Industriell reglerteknik TSRT07 Tentamensdatum: Martin Enqvist

TSIU61: Reglerteknik. Sammanfattning från föreläsning 3 (2/4) ˆ PID-reglering. ˆ Specifikationer. ˆ Sammanfattning av föreläsning 3.

TSIU61: Reglerteknik. PID-reglering Specifikationer. Gustaf Hendeby.

Styr- och Reglerteknik för U3/EI2

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

INTRODUKTION TILL SYSTEM- OCH REGLERTEKNIK (3 sp) TIDIGARE: GRUNDKURS I REGLERING OCH INSTRUMENTERING 3072 (2sv) Hannu Toivonen

Simulering och reglerteknik för kemister

Laplacetransform, poler och nollställen

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

Förbättrad överhettartemperaturreglering med framkoppling från fysikaliska processmodeller. Martin Råberg

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

INLÄMNINGSUPPGIFT I. REGLERTEKNIK I för STS3 & X4

Välkomna till TSRT03/19 Reglerteknik Föreläsning 1

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 1

Industriella styrsystem, TSIU04. Föreläsning 1

EL1000/1120 Reglerteknik AK

Reglerteknik AK, FRTF05

Modellering av Dynamiska system Bengt Carlsson Rum 2211

] så att utflödet v( t) Vattennivån i tanken betecknas h(t) [m]. Nivån h är tankprocessens utsignal. u h Figur: Vattentank

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik M Föreläsning 9

Exempel 1: Flöde och temperatur i dusch. Processreglering Föreläsning Y. Exempel 2: Nivå och temperatur i tank

Modellering av Dynamiska system Bengt Carlsson Rum 2211

Självstudieövning 1: Grundläggande PID-reglering

TSRT09 Reglerteori. Sammanfattning av föreläsning 5: RGA, IMC. Föreläsning 6. Sammanfattning av föreläsning 5: LQG. Föreläsning 6: LQ-reglering

EL1000/1120/1110 Reglerteknik AK

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

Lunds Tekniska Högskola Avdelningen för industriell elektroteknik och automation

ÅBO AKADEMI REGLERTEKNIK I

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

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 1

t = 12 C Lös uppgiften mha bifogat diagram men skissa lösningen i detta förenklade diagram. ϕ=100 % h (kj/kg) 3 (9)

Transkript:

Systemteknik/Processreglering F1 Vad är systemteknik/reglerteknik/processreglering? Grafiska systemrepresentationer Fundamentala reglertekniska principer Läsanvisning: Systems Engineering and Process Control: 1.1 1.4

Vad är systemteknik? Systemteknik handlar allmänt om dynamiska system Hur kan man modellera dynamiska system? Hur kan man förstå hur ett komplext system bestående av många delsystem beter sig? Hur kan man få ett system att bete sig som man vill?

Vad är ett dynamiskt system? Dynamiska system har ett minne ett tillstånd Utsignalerna beror inte direkt på insignalerna; det finns en tröghet Modelleras ofta abstract med block-diagram: tillstånd insignaler utsignaler System

Exempel: Klimatet Chalmers Climate Calculator: [http://dhcp2-pc011135.fy.chalmers.se/exec/0/1vv2ohh0ynuz6c1gtawc71ejg9xx]

Vad är reglerteknik? Behandlar återkopplade dynamiska system. Mål: att styra system (processer) så att de beter sig som önskat. Schematisk bild av återkopplat system: Regulator Process Återkoppling

Vad är processreglering? Styrning av industriprocesser för att uppnå önskat beteende. Typiska mål: säkerhet, förutsägbarhet, ekonomisk lönsamhet (Del av reglertekniken) Industriellt styrsystem Industriprocess Återkoppling

Tidigt reglertekniskt exempel Watts ångmaskin (första från 1775) Förhöjd effektivitet jämfört med tidigare varianter Kunde köra med konstant fart trots störningar

Ångmaskinen, forts Centrifugalregulator Mätning av varvtalet Korrigerar inflödet av ånga baserat på maskinens varvtal Beteendet analyserades i [Maxwell, On Governors, 1868]

Nutida reglertekniska exempel ABB IRB 2000 Axlar: 6 Maxlast: 10 kg Räckvidd: 1542 mm Repetitionsnogrannhet: ±0.1mm Massa: 350 kg Designkompromiss: Kraft, fart, styvhet, repeterbarhet mot kostnad, vikt, strömförbrukning

Stabilisering Många system behöver stabilisering m.h.a. reglering för att fungera Flygplan Cyklar Segway Raketer Exoterma reaktioner...

Segway Reglersystemet håller balansen på segwayen Segway variant: Grundläggande reglerproblem: Balancera en inverterad pendel

Bilar Motorreglering Kraftöverföring (Adaptiv) Farthållning Antisladdsystem Filassistans Antikrocksystem Parkeringsassistans...

Autonoma flygfarkoster Obemannade stealth-flygplan Kvadrokopter

Diverse [https://vimeo.com/110346531] [Raffaello D Andrea, Institute for Dynamic Systems and Control, ETH, Switzerland, 2015]

Processindustri Perstorp ABs kemikalieproduktionsanläggning i Stenungsund Schematisk bild av processanläggning

Optimal odling av bakterier Produktion av protein från bakterier Celler matas med glukos Undvik svält och övermatning Avsaknad av viktiga mätningar försvårar optimal tillförsel av glukos [Lena de Maré, Automatic Control LTH, 2006]

Biologi Feedback is a central feature of life. The process of feedback governs how we grow, respond to stress and challenge, and regulate factors such as body temperature, blood pressure, and cholesterol level. The mechanisms operate at every level, from the interaction of proteins in cells to the interaction of organisms in complex ecologies. [Mahlon B. Hoagland and B. Dodson. The Way Life Works, 1995]

Grafiska processrepresentationer Översiktsskiss Processchema P/I-diagram Blockdiagram

Översiktsskiss Grov skiss av materialflöde vid polymer/polyetentillverkning NH 3 Urea Polymers Crude oil Ethylene Polyethylene

Processchema A rest B C Reaktor Värmeväxlare Separator produktflöden viktiga enhetsoperationer principiell sekvens av operationer

Detaljerat processchema A B Kylvatten TRUMMA Kylvatten KONDENSOR REAKTOR Kylvatten VVX VVX DESTILLATIONSKOLONN Ånga Topprodukt KOKARE Produkt C alla viktiga flöden alla enheter (t.ex. pumpar, ventiler) viktiga delsteg (t.ex. kokare, kondensatorer)

Process- och instrumentdiagram (P/I-diagram) FC FT PT PC A Kylvatten B FC FT LT Kylvatten TT TC KONDENSOR LT TRUMMA LC LC REAKTOR Kylvatten TT Produkt C TT TC VVX VVX TC LT LC DESTILLATIONSKOLONN TT TC Ånga KOKARE Topprodukt detaljerat processchema utökat med: instrument (mätgivare, regulatorer, styrdon) samt informationsflöden

Instrumentsymboler TIC Första bokstaven: storhet T = temperature L = level F = flow P = pressure (C/Q = concentration) (X = power) Andra och ev tredje bokstaven: funktion T = transmitter (sensor) C = controller I = indicator R = recorder A = alarm Standardiserat i ISA Standard S5.1

Blockdiagram Blockdiagram återspeglar informationsflödet mellan olika delsystem Sammanfaller inte nödvändigtvis med systemets fysikaliska flöden Pilarna överför alltså information Kan rita olika blockdiagram för samma fysiska system beroende på önskad detaljnivå syfte med regleringen

Reglersystemets delar Styrdon Process Mätdon Regulator Mätdon/mätgivare (sensor/transmitter) Något som kan mäta vad som händer med systemet Regulator (controller) Något som bestämmer hur systemet ska styras Styrdon/ställdon (actuator) Något som kan påverka systemet Styrdon och mätdon ritas ofta inte ut utan bakas in i processen

Blockdiagram för en (del)process störningar styrsignaler Process mätsignaler Processens påverkbara insignaler kallas styrsignaler (control signals/manipulated variables) Processens icke påverkbara insignaler kallas störningar (disturbances) Processens mätbara utsignaler kallas mätsignaler (measurement signals/measured variables)

Exempel: Tankprocess Verklighet: q in Blockdiagram: h q in Tank h q ut =f(h) Vi styr inflödetq in Vi mäter höjdenh

Exempel: Tankprocess Verklighet: q in Blockdiagram: h q in Tank h q ut q ut Vi styr: inflödetq in utflödetq ut Vi mäter höjdenh

Exempel: Tankprocess Verklighet: q in Blockdiagram: q in h q ut Tank h q ut Vi styr utflödetq ut Vi mäter höjdenh Inflödetq in är en yttre störning (som vi inte kan påverka)

Fundamentala reglertekniska principer Öppen styrning / framkoppling Sluten styrning / återkoppling

Öppen styrning störningar referensvärde Regulator styrsignal Process utsignal Regulatorn försöker styra utsignal till referensvärdet (setpoint) Får ingen information/återkoppling (feedback) från processen Bara information/framkoppling (feedforward) från referensvärdet Öppet system (open-loop system)

För- och nackdelar med öppen styrning Fördelar: Enkelt Kräver inga mätdon Nackdelar: Fungerar bara för stabila processer För bra prestanda krävs noggrann modell av systemet (processen) Kan inte kompensera för okända störningar och modellfel

Öppen styrning med framkoppling Om någon störning är mätbar kan man framkoppla även från den: mätbar störning icke mätbara störningar Regulator styrsignal Process utsignal referensvärde Kräver mätdon Kräver modell av hur störningen påverkar processen Andra störningar samt modellfel kan fortfarande ge fel i utsignalen

Sluten styrning störningar referensvärde Regulator styrsignal Process mätsignal Återkoppling från mätsignalen Regulatorn styr så att mätsignalen närmar sig referensvärdet Slutet system (closed-loop system)

För- och nackdelar med sluten styrning Fördelar: Kan minska störningspåverkan, öka snabbhet, förbättra noggrannhet Kan stabilisera ett instabilt system Räcker ofta med en enkel modell av systemet Kan möjliggöra helt nya produkter och systemlösningar Nackdelar: Kräver mätdon Kan leda till självsvängningar och instabilitet Mätstörningar förs tillbaka till processen

Sluten styrning med framkoppling mätbar störning icke mätbara störningar referensvärde Regulator styrsignal Process mätsignal Mätbara störningar kompenseras genom framkoppling Övriga störningar och modellfel kompenseras genom återkoppling

Exampel: Farthållare med framkoppling Lutning Önskad fart Tabell Gaspådr. Bil Uppmätt fart Öppen styrning Problem?

Exempel: Farthållare med återkoppling Lutning Önskad fart Fel Regulator Gaspådr. Bil Uppmätt fart 1 Sluten styrning Regulator: Fel>0: öka gaspådrag Fel < 0: minska gaspådrag (Men hur mycket?)

Exempel: Farthållare med fram- och återkoppling Tabell Lutning Önskad fart Σ Regulator Σ Bil Uppmätt fart 1 Både proaktiv och reaktiv Skulle även kunna framkoppla från: lutningen (GPS) avstånd till framförvarande bil (radar/kamera)