TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 1

Relevanta dokument
TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 1

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 2

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 9

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

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 5

TSRT21 Dynamiska system och reglering Välkomna till Föreläsning 1!

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 11

Kort introduktion till Reglerteknik I

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 12

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 4

Diverse 2(26) Laborationer 4(26)

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 10

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 4

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

Industriella styrsystem, TSIU06. Föreläsning 1

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

TSIU61: Reglerteknik. Kursinformation Bakgrund. Gustaf Hendeby.

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik M Föreläsning 1

Välkomna till Reglerteknik 2015!!

Kort introduktion till Reglerteknik I

Industriell reglerteknik: Föreläsning 1

Industriell reglerteknik: Föreläsning 6

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 1

Industriella styrsystem, TSIU06. Föreläsning 1

Reglerteknik. Programkurs 8 hp Automatic Control TSRT91 Gäller från: 2019 VT. Fastställd av. Fastställandedatum

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

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

EL1000/1120/1110 Reglerteknik AK

TSIU61: Reglerteknik. Matematiska modeller Laplacetransformen. Gustaf Hendeby.

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Styr- och informationssystem

Reglerteknik AK, Period 2, 2013 Föreläsning 12. Jonas Mårtensson, kursansvarig

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

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

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 12

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

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

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

Fredrik Lindsten Kontor 2A:521, Hus B, Reglerteknik Institutionen för systemteknik (ISY)

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

Industriell reglerteknik: Föreläsning 2

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 12

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Industriell reglerteknik: Föreläsning 3

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

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Industriella styrsystem, TSIU04. Föreläsning 1

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

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y TSRT12 för Y3 och D3. Lycka till!

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

Laplacetransform, poler och nollställen

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

Välkomna till TSRT03/19 Reglerteknik Föreläsning 1

TENTAMEN REGLERTEKNIK TSRT15

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

TENTAMEN I TSRT22 REGLERTEKNIK

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 1

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 2

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

Industriella styrsystem, TSIU06. Föreläsning 2

Industriell reglerteknik: Föreläsning 1

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Industriell reglerteknik: Föreläsning 4

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

Kretsformning och känslighet

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

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

EL1000/1120 Reglerteknik AK

Tentamen i Systemteknik/Processreglering

TENTAMEN I REGLERTEKNIK TSRT03, TSRT19

REGLERTEKNIK KTH. REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120 Tentamen , kl

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

TSIU61: Reglerteknik. Sammanfattning av kursen. Gustaf Hendeby.

Föreläsning 1 Reglerteknik AK

TSIU61: Reglerteknik

Reglerteknik I: F10. Tillståndsåterkoppling med observatörer. Dave Zachariah. Inst. Informationsteknologi, Avd. Systemteknik

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

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 10

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Systemteknik/Processreglering F2

Välkomna till Reglerteknik Föreläsning 2

Reglerteknik Z / Bt/I/Kf/F

TSRT21 Dynamiska system och reglering Välkomna till Föreläsning 10

Reglerteknik, TSIU61. Föreläsning 1

Transkript:

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 1 Martin Enqvist Reglerteknik Institutionen för systemteknik Linköpings universitet

Diverse 1 / 27 Föreläsare och examinator: Martin Enqvist Lektionsassistent: Angela Fontan Kurshemsida: http://www.control.isy.liu.se/student/tsrt91/

Vem är jag? 2 / 27 Martin Enqvist: Y-linjen 1996-2000 Doktorand i reglerteknik 2000-2005 Doktorsavhandling: Linear Models of Nonlinear Systems Postdocår på ett universitet i Bryssel, Belgien, under 2006 Tillbaka på LiU sedan 2007 Nu: Universitetslektor i reglerteknik, forskar om systemidentifiering (bl.a. flyg, fordon, fartyg, elektronik)

Innehåll och examination 3 / 27 Kursinnehåll: Grundläggande reglertekniska begrepp Design av regulatorer för linjära system med en in- och en utsignal Analys av linjära reglersystem med en in- och en utsignal Examination: Basgruppsarbete Tre obligatoriska laborationer En inlämningsuppgift En skriftlig tentamen (Hjälpmedel: Tabeller, formelsamlingar, miniräknare, kursbok med normala anteckningar)

Laborationer 4 / 27 Lab 1: PID-regulatorer och öppen styrning (4h) Lokal: RT1 (Reglertekniks labotek) Lab 2: Modellbaserad reglering av dubbeltankar (4h) Lokal: RT1 (Reglertekniks labotek) Skriftlig rapport Lab 3: Reglering av inverterad pendel (4h) Lokal: ISY:s datorsalar Labanmälning via webformulär. Börja inte för sent med förberedelseuppgifterna!

Föreläsningar 5 / 27 1 Inledning, grundläggande begrepp. 2 Matematiska modeller. Stabilitet. PID-reglering. 3 Specifikationer. Rotort. 4 Nyquistkriteriet. Frekvensbeskrivning. 5 Tidsdiskreta system. 6 Specifikationer i frekvensplanet. 7 Kompensering i bodediagram. 8 Bodes integralsats. Känslighet. Robusthet. 9 Regulatorstrukturer. Tillståndsbeskrivning. 10 Lösningar. Stabilitet. Styr- och observerbarhet. 11 Återkoppling, polplacering, LQ-optimering. 12 Rekonstruktion av tillstånd, observatörer. 13 Tillståndsåterkoppling (forts). Sammanfattning.

Kursvärderingen förra läsåret 6 / 27 Resultat: Svarsfrekvens: 21% Sammanfattningsbetyg: 4.5 Examinationen: 4.7 Väldigt relevant och bra, Laborationerna kan dock förbättras en del (vattentankarna, otydlig lab 3), Olika hårda labassistenter Åtgärder: Förbättringsarbete med labutrustningen Tydligare instruktioner till labassistenterna

Vad är reglerteknik? 7 / 27

Reglerteknik 8 / 27 Konsten att få saker att uppföra sig som vi vill. Att styra ett system genom att under drift göra automatiska korrigeringar baserat på mätningar. r Σ F u G y + Utmaningar: Störningar Delvis okända systemegenskaper

Osynlig reglerteknik 9 / 27 Mycket som vi människor gör kan ses som reglerteknik (fast man tänker ofta inte på det). Foto: Wikipedia Många reglertekniska system är osynliga. Det finns gott om roliga tillämpningar som innehåller reglerteknik...

Exempel: Flygplan 10 / 27 Moderna flygplan innehåller många reglertekniska system som t.ex.: autopiloter system som påverkar rodren Airbus A380 Foto: Wikipedia I denna tillämpning vill man knappast pröva sig fram till en god reglering. Kunskaper i reglertekniska metoder är nödvändiga.

Exempel: Bilar 11 / 27 Dagens bilar innehåller många reglersystem. Några exempel är: låsningsfria bromsar (ABS) anti-sladd-system farthållare Volvo S60 Foto: Wikipedia

Fler exempel 12 / 27 Temperaturreglering i hus Industrirobotar Reglering av tjockleken hos plåt i ett valsverk Effektreglering i mobiltelefoner Reglering av datatakt i nätverk (Internet, mobiltelefoni, m.fl.) Riksbankens inflationsreglering m.h.a. reporäntan Reglering av medvetandegraden vid narkos (pågående forskning)

Reglerproblemet 13 / 27 Vad är gemensamt för alla dessa problem? Välj styrsignalen u(t) så att systemet S (enligt mätsignalen y(t)) beter sig som önskat (referenssignalen r(t)) trots inverkan av störningar v(t). u S v y Här kommer vi i första hand att titta på linjära, dynamiska system.

Linjära system 14 / 27 För ett linjärt system med insignal u(t) och utsignal y(t) gäller det att om u(t) = u 1 (t) y(t) = y 1 (t) och så måste u(t) = u 2 (t) y(t) = y 2 (t) u(t) = k 1 u 1 (t) + k 2 u 2 (t) y(t) = k 1 y 1 (t) + k 2 y 2 (t) (superpositionsprincipen).

Dynamiska system 15 / 27 Dynamiska system = system med minne Systemets tillstånd beror alltså på vad som har hänt tidigare. Exempel: temperaturen i ett rum hastigheten och läget hos en bil den ekonomiska konjunkturen i ett land Motsats: Statiskt system

Återkoppling 16 / 27 En fundamental princip inom reglertekniken är återkoppling. r Σ F u G y + Exempel: Temperaturreglering i ett hus Formulera ett önskemål om temperaturen. Mät den aktuella temperaturen. Öka effekten i värmesystemet om temperaturen är för låg (och tvärtom).

Modeller 17 / 27 Om man har en matematisk modell av ett system kan man bestämma ett lämpligt sätt att styra det utan att behöva pröva sig fram. Modellbaserad reglerdesign sparar liv sparar tid sparar pengar gör det möjligt att analysera icke existerande reglertekniska system (och förutsäga eventuella problem) Ett exempel på en typ av modeller: Differentialekvationer

En parentes: Reglerteknik som ämne 18 / 27 Fram tills 1900-talets mitt var reglertekniken vanligen ämnesspecifik. Exempel: - Processreglering - Kraftgenerering - Telekommunikation - Autopiloter En tidig mekanisk regulator Modeller möjliggör abstraktion och generella lösningsmetoder. Utan modeller: Tveksamt om reglerteknik skulle vara ett eget ämne.

Exempel: Temperaturreglering 19 / 27 En enkel modell av temperaturen i ett hus: cẏ(t) = u(t) d(y(t) v(t)) Här är y(t) = temperaturen i huset [grader C eller K] u(t) = värmeelementens effekt [W] v(t) = utomhustemperaturen [grader C eller K] c = husets värmekapacitet [J/K] d = värmeövergångstalet för väggarna [W/K]

Öppen styrning: Normal utomhustemperatur 20 / 27 20 Temperaturreglering, öppen styrning (r=20, v=0, d=200) Temperatur (grader C) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tid (h) Här: y(t) 20 då t. OK!

Öppen styrning: Låg utomhustemperatur 21 / 27 20 Temperaturreglering, öppen styrning (r=20, v= 10, d=200) Temperatur (grader C) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid (h) Här: y(t) 10 då t. Ej OK!

Slutsats 22 / 27 Öppen styrning (styrning utan hjälp av mätningar) är känslig för störningar och modellfel.

P-reglering: Normal utomhustemperatur 23 / 27 20 18 16 Temperaturreglering, P reglering (r=20, v=0, d=200) Öppen styrning Kp=1000 Kp=5000 Temperatur (grader C) 14 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid (h)

P-reglering: Låg utomhustemperatur 24 / 27 20 18 16 Temperaturreglering, P reglering (r=20, v= 10, d=200) Öppen styrning Kp=1000 Kp=5000 Temperatur (grader C) 14 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid (h)

Slutsats 25 / 27 Med hjälp av återkoppling kan man minska inverkan av störningar och modellfel.

PI-reglering: Normal utomhustemperatur 26 / 27 25 Temperaturreglering, PI reglering (r=20, v=0, d=200) Öppen styrning Kp=600, Ki=100 20 Temperatur (grader C) 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid (h)

Sammanfattning 27 / 27 Reglerteknik: Konsten att få saker att uppföra sig som vi vill. Återkopplingsprincipen P-reglering (ger ofta stationära reglerfel) PI-reglering (eliminerar ofta stationära reglerfel)

www.liu.se