Βιομηχανικοί Ελεγκτές

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τ.Τ Βιομηχανικοί Ελεγκτές Ενότητα #9: Αναλογικά Συστήματα Ελέγχου Κωνσταντίνος Αλαφοδήμος Τμήματος Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί Ενότητας Προδιαγραφές καλής σχεδίασης Διαδικασία σχεδίασης Τύποι αναλογικού ελέγχου 4

5 Περιεχόμενα Ενότητας Εισαγωγή Διαδικασία Σχεδίασης Τύποι Ελέγχου 5

6 Εισαγωγή - 1 Προδιαγραφές Επιλογή hardware Σταθερή λειτουργία με επαρκές όριο σταθερότητας Επιτρεπτή μεταβατική απόκριση Προδιαγραφές περιοχής συχνότητας Απόρριψη διαταραχής Ευαισθησία σε μεταβολές των παραμέτρων Δείκτες απόδοσης 6

7 Εισαγωγή - 2 7

8 Διαδικασία Σχεδίασης - 1 Μια προτεινόμενη μέθοδος σχεδίασης δίνεται ως ακολούθως: Προδιαγραφές καλής απόδοσης Εννοιολογικός σχεδιασμός Μαθηματική μοντελοποίηση Εγκυρότητα μοντέλου και αναγνώριση μοντέλων Ανάλυση του μαθηματικού μοντέλου Τροποποίηση και επαναλήψεις Κατασκευή και έλεγχος. 8

9 Διαδικασία Σχεδίασης - 2 9

10 Διαδικασία Σχεδίασης

11 Διαδικασία Σχεδίασης Επιπρόσθετα κριτήρια απόδοσης Απόρριψη διαταραχών και διαίρεση ευστάθειας Εφαρμοζόμενες ενέργειες ελέγχου (προηγμένες μέθοδοι ελέγχου) Ευαισθησία σε αλλαγές παραμέτρων (χρήση μεθόδων προσαρμοστικού ελέγχου) 11

12 Διαδιακασία Σχεδίασης

13 Διαδικασία Σχεδίασης

14 Διαδιακασία Σχεδίασης - 7 Σημαντικές Παρατηρήσεις 1. Συνήθως είναι αδύνατο να βρεθούν παράμετροι που ικανοποιούν ταυτόχρονα όλα τα κριτήρια. Υπάρχει επομένως χώρος για υποκειμενική κρίση από την πλευρά του μηχανικού, ανάλογα με τις απαιτήσεις και ιδιαιτερότητες της διεργασίας.. 14

15 Διαδικασία Σχεδίασης Εκτός από τον υπολογισμό του σφάλματος, για την επιλογή των παραμέτρων του PID ρυθμιστή, σημαντικό ρόλο παίζει και ο τρόπος μεταβολής του σήματος ενεργοποίησης και επομένως και της μεταβλητής χειρισμού. Το ζητούμενο είναι η μεταβολή αυτών των μεταβλητών κατά τη διάρκεια της ρύθμισης να είναι όσο το δυνατόν πιο ομαλή. Αυτή η ομαλότητα προστατεύει το μηχανολογικό εξοπλισμό από υπερβολική φθορά. Επομένως κατά τη διατύπωση της αντικειμενικής συνάρτησης, η οποία πρέπει να ελαχιστοποιηθεί, θα μπορούσε κάποιος να συμπεριλάβει εκτός από το σφάλμα και τη μεταβλητή χειρισμού. 15

16 Τύποι Ελέγχου - 1 Καθοδηγητικός Έλεγχος Το σερβοσύστημα αναγκάζει την έξοδο C(s) να παρακολουθεί πιστά την τιμή της εισόδου R(s) δηλαδή το σημείο αναφοράς (set point). Ο ελεγκτής ενεργοποιείται σύμφωνα με την ύπαρξη ή όχι σφάλματος: σφάλμα(e)= set point R(s) B(s) μεταβλητή διεργασίας. Συνάρτηση μεταφοράς C( s) G( s) D( s) = κλειστού βρόγχου: R( s) 1+ G( s) D( s) 16

17 Τύποι Ελέγχου - 2 Σταθεροποιητικος Έλεγχος Σκοπός ενός συστήματος αυτόματου ελέγχου διεργασίας είναι να διατηρεί σταθερή την έξοδό του σε επίδραση διαταραχών (απορρίπτει τις διαταραχές που οφείλονται σε μεταβολές του φορτίου ή άλλα αίτια) Η συνολική συνάρτηση μεταφοράς με αρνητική ανάδραση είναι: C( s) R( s) G( s) = 1+ G( s) D( s) 17

18 Τύποι Ελέγχου - 3 Τα μοντέλα διεργασίας που βρίσκουν εφαρμογή στη βιομηχανία είναι δύο ειδών: 18

19 Τύποι Ελέγχου ου βαθμού Στις προσομοιώσεις ο όρος χρονικής καθυστέρησης αντικαθίσταται με: Η απόκριση των μοντέλων είναι : 19

20 Τύποι Ελέγχου ου βαθμού 20

21 Τύποι Ελέγχου

22 Τύποι Ελέγχου - 7 Συστήματα με αρνητική απόκριση 22

23 Τύποι Ελέγχου

24 Τύποι Ελέγχου - 9 Το πρώτο βήμα στο σχεδιασμό του ελεγκτή είναι η επιλογή του κατάλληλου αλγορίθμου ή δομής του ελεγκτή για βελτίωση της συμπεριφοράς ενός συστήματος αυτομάτου ελέγχου. Αυτό επιτυγχάνεται με την προσθήκη βαθμίδας αντιστάθμισης (ελεγκτής) D(s). Ψηφιακά Φίλτρα PID 24

25 Τύποι Ελέγχου - 10 Ελεγκτές τύπου PID: Η προσθήκη του όρου Ι στον ελεγκτή μηδενίζει το σφάλμα σταθερής καταστάσεως ess, ταυτόχρονα όμως μειώνεται σημαντικά η σχετική ευστάθεια του συστήματος. Ενώ αντίθετα, η προσθήκη του όρου διαφόρηση D αυξάνει την σχετική ευστάθεια του συστήματος. Αναλογία και ολοκλήρωση (PI) Αναλογία και διαφόριση (PD) Ελεγκτής τριών όρων (PID) 25

26 Τέλος Ενότητας