I. Wymagania/ograniczenia obiektowe II. Struktura układu

Projekt układu sterowania = struktura+parametry
I. Wymagania/ograniczenia obiektowe
•
•
cel: założenia projektowe
sposób: opis technologiczny, warunki techniczne
•
•
cel: wybór struktury układu i typu regulatora
sposób: wiedza+doświadczenie
•
•
cel: spełnić wymaganie stabilności, dokładności
sposób: dobór parametrów (analitycznie, symulacyjnie)
•
•
cel: poprawić jakość sterowania
sposób: wybór kryterium, strojenie parametrów
II. Struktura układu sterowania
III. Synteza parametryczna
IV. Optymalizacja
I. Wymagania/ograniczenia obiektowe
a) cel sterowania
•
•
dokładność statyczna
-
np. ster. binarne, proporcjonalne, PI
-
szybkość reakcji, rodzaj zakłóceń
dokładność dynamiczna
b) możliwości i ograniczenia techniczne
• wybór PV
Tgzi
- regulacja centralna / lokalna
- bezpośrednia / pośrednia
Tgpi
• wybór CV
-
liniowość / nieliniowość
czułość i zakres sterowania (zmiany CV)
opóźnienia
sterowanie aktywne/bierne (np.pompa/zawór)
• wartość SP
‒ stała, programowa, losowa (nadążanie)
Tkz
Twewi
Tkp
qk
Tzew
1
Typy regulacji ze względu na wartość zadaną
z (stochastyczne)
Regulacja:
- stałowartościowa
(np.zmiana na żądanie)
y =const
*
+
e
-
u
GR
G0
y
z (stochastyczne)
- programowa
(np.programowane wg
czasu trwania, pory dnia,
y (determ.)
*
+
e
-
dni tygodnia, ...)
- nadążna
(np.śledzenie ruchu)
u
GR
G0
y
z (stochastyczne)
+
y (stochast.)
*
-
e
GR
u
G0
y
[Findeisen/101]
II. Struktura układu sterowania
1) struktura układu
•
•
otwarty
–
–
prostsze projektowanie ale wymaga wiedzy o obiekcie
mniejsza dokładność (wrażliwy na zakłócenia)
–
–
trudniejsze projektowanie (np. stabilność)
dokładniejszy
zamknięty
2) regulacja prosta-złożona
•
•
•
•
jednoobwodowa
wieloobwodowa
Model Based Control (model jako część regulatora)
wielowymiarowa (sterowanie w przestrzeni stanów)
•
•
•
regulator binarny (przekaźnikowy)
klasyczny PID (A lub D)
AI
3) typ i struktura regulatora
2
II-3. Wybór typu regulatora - zalecenia
k r  To / T
kr
kr 
Regulacja
T  20To
1
1
 kr 
20
4
kr 
łatwa
1
20
regulator dwupołożeniowy
jeśli tylko obiekt
„mocno” uśrednia
dość trudna
regulator PI lub PID
trudna
1
4
T  4To
Typ regulatora
a) regulatory przekaźnikowe
b) regulatory ciągłe
II3a) Regulatory przekaźnikowe – dwu/trójpołożeniowe
x
Obiekt
u
u
1/Tms
u
e
e
u1
x*
x
Obiekt
u1
-
e
e
-
x*
Simulink: relay
3
II3a)
Regulatory przekaźnikowe + korekcja
x
Obiekt
u
u
w
w
K(s)
1/Tms
u
-
e
-
x*
x
Obiekt
u1
u1
K(s)
w
w
-
e
-
x*
4
II3b) Regulatory ciągłe w układzie jednoobwodowym
Gz (s) 
Ge ( s ) 
y
Y (s)
*
+
e
-

E (s)
Y * (s)
E (s)
Gez ( s ) 
Z ( s)
G yz ( s) 
Y (s)
Z (s)
G0
1



 E ( s ) 1  GR G0  *
Y ( s)    G G   Y ( s )

  R 0 
1  GR G0 
Y * (s)
y* +
u
GR
-
e
u
GR
1


E
(
s
)

 1  G R G0
Y ( s )    G G

  R 0
1  G R G0
z
y1
y

G0
y
G0 
1  G R G0  Y * ( s )

 G0   Z ( s ) 


1  G R G0 
Regulatory ciągłe: Struktura PID
PID-IND
e
PID-ISA
Kp
u
1/sTi
e
sTd
GR  K p 
1
 Td s
Ti s
u
sTd
1
 Td s )
Ti s
PID ideal
1
Ns 

Gid  P1  I  D

s
sN

1
Ns
D
s
sN
Struktura PID
zakładana przez zastosowany
algorytm doboru nastaw
1/sTi
GR  K p (1 
Simulink v.2010: PID Parallel
G par  P  I
Kp
1
?
Struktura PID wybrana
w regulatorze
5
+
SP
TI

-
+
TD
+
+
KP
CV
manual
Algorytm PID
PV
Struktury PID
aplikacje
CV
Regulator ciągły + elementy nieliniowe
Ograniczenie elementu wykonawczego
x
*
+
-
Kp
e
u1
ki /s
u
u1
u
Go
x
Strefa martwa
e
e1
PID
u1 ograniczenie
szybkości
znak
u
Simulink: saturation, dead zone, rate limiter
6
Regulator ciągły + elementy nieliniowe
Ograniczenie całkowania
integrator anti-windup circuit
e
+
-
Kp
u
ui
ki /s
u1
u
umin
ka
umax u1
u
umax u1
układ z dodatkową nieliniowością
Regulator ciągły + elementy nieliniowe
Ograniczenie całkowania
integrator antiwindup circuit
e
+
-
Kp
ki /s
ka
ui
układ z wykorzystaniem
istniejącego nasycenia
u1
+
umin
u
umax u1
u
-
w czasie nasycenia →
e
+
-
Simulink v.2010: PID antiwindup (back-calculation method)
Kp
ki /s
ka
ui
u1
+
u
+ max
7
Regulator ciągły + elementy nieliniowe
Regulator ciągły z wyjściem dyskretnym
wyjście dwustanowe
PWM
SP
PID
PV
CV
SP
A/F
PV
wypełnienie
SERVO
PID
CV +
włącz
-
wyłącz
Hist
położenie
Tmod
pozycjoner
wypełnienie
włącz/wyłącz
Regulator ciągły + elementy nieliniowe
Regulator ciągły z wyjściem dyskretnym
wyjście trójstanowe
x*
-
e
PID
u
u1
+u1
-
+
u
Obiekt
PID
e
Obiekt
x
x
-
x*
pozycjoner trójstanowy (zamykanie-stop-otwieranie)
8