ΕΛΕΓΧΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΤΙΚΟΣ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΕΛΕΓΧΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΤΙΚΟΣ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ"

Κύρος Ζαχαρίου
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΤΙΚΟΣ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ

2 ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΜΕΝΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ Προσαρμοζόμενο (adaptive) ονομάζεται ένα σύστημα ελέγχου, που μπορεί να προσαρμόσει τις παραμέτρους του αυτόματα, κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να διορθώνει μεταβολές στα χαρακτηριστικά του μοντέλου της διεργασίας. Οι διάφοροι τρόποι προσαρμοζόμενων συστημάτων ελέγχου διαφέρουν μόνο ως πρός τον τρόπο που οι παράμετροι του Ελεγκτή προσαρμόζονται. Χρειάζεται λοιπόν ένα κριτήριο που θα οδηγήσει τις παραμέτρους του ελεγκτή PID σε άριστες τιμές.

3 Τέτοια κριτήρια είναι: 1. Το ολοκλήρωμα του τετραγώνου του σφάλματος = e dt 2. Το ολοκλήρωμα της απόλυτης τιμής του σφάλματος. 3. Ασφάλεια κέρδους ή φάσεως. I I 2 = e(t) dt 0 4. Το ένα τέταρτο της τιμής φθίνουσας ταλαντώσεως. C(t) A A/4 ùt

4 Προγραμματιζόμενος ή δρομολογούμενος προσαρμοστικός έλεγχος Νέες τιμές των παραμέτρων Μηχανισμός προσαρμογής Εξωτερικός βρόγχος set-point - Ελεγκτής Διεργασία Εσωτερικός βρόγχος Υ Ελεγχόμενη μεταβλητή Σύστημα προγραμματιζόμενου προσαρμοστικού ελέγχου

5 set point - Ελεγκτής Βαλβίδα Διεργασία c f p Έξοδος Συσκευή Μέτρησης m Βρόγχος αναδραστικού ελέγχου Υποθέτουμε πως επιθυμούμε να διατηρηθεί το συνολικό κέρδος του όλου συστήματος σταθερό. Δηλαδή το κέρδος ανοιχτού βρόγχου πρέπει να είναι: Κ ολικό =ΚpKmKcKf = σταθερό Αν το Κf της μη γραμμικής βαλβίδας μεταβληθεί τότε αντίστοιχα το κέρδος Kc του ελεγκτή θα πρέπει να αλλάζει, δηλαδή : K c ό = σταθερ Κ K K p m f

6 Οι παράμετροι K P και K m είναι συνήθως γνωστοί. Επίσης, αν τα χαρακτηριστικά ελέγχου της βαλβίδος είναι γνωστά, τότε το κέρδος Kf μπορεί να υπολογιστεί από τη θέση του στελέχους. Επομένως μετρώντας την θέση του στελέχους (βοηθητική μέτρηση) μπορούμε να υπολογίσουμε το Kf και να υπολογιστεί το Kc. Νέες τιμές των παραμέτρων Μηχανισμός Προσαρμογής K c = σταθερά K p K f K m Θέση Στελέχους (Stem Position set-point - Ελεγκτής Βαλβίδα Διεργασία Y Ελεγχόμενη μετα Συσκευή Μέτρησης Προσαρμοστικός έλεγχος κέρδους.

7 Προσαρμοσμένος Έλεγχος (Self-adaptive Control) α) Προσαρμοστικός Έλεγχος με μοντέλο Αναφοράς (Model-Reference Adaptive Control-MRAC) Νέες τιμές των παραμέτρων Εξωτερικός βρόγχος Πρότυπο Μοντέλο Αναφοράς Μηχανισμός Προσαρμογής Έξοδος Μοντέλου e m - set-point - e Ελεγκτής Διεργασία Εσωτερικός βρόγχος Υ Έξοδος

8 α) Αυτοπροσαρμοζόμενος ρυθμιστής (Self- Tunning Regulator STR) Μηχανισμός Προσαρμογής Παραμέτρων Εξωτερικός Bρόγχος Εκτιμητής set-point - Ελεγκτής Διεργασία Ελεγχόμενη Μεταβλητή Εσωτερικός Bρόγχος

9 Στον εξωτερικό βρόγχο βρίσκεται η μονάδα εκτιμητής παραμέτρων (parameter estimator). Ο εκτιμητής των παραμέτρων χρησιμοποιεί ένα απλό γραμμικό μοντέλο 1 ου βαθμού για την διεργασία. y(s) = m(s) ( td Ke τs 1 Στη συνέχεια χρησιμοποιώντας τις τιμές της μεταβλητής m και της ελεγχόμενης εξόδου y, ο εκτιμητής υπολογίζει τις τιμές των παραμέτρων K, τ, tdμε την βοήθεια της μεθόδου των ελαχίστων τετραγώνων (least square) που θα επεξηγηθεί στο παρακάτω κεφάλαιο. Μόλις οι τιμές των παραμέτρων της διεργασίας K, τ, td γίνουν γνωστές, ο μηχανισμός προσαρμογής υπολογίζει τις άριστες τιμές των παραμέτρων του ελεγκτή χρησιμοποιώντας κριτήρια σχεδιασμού, όπως: Ασφάλεια (Περιθώριο) κέρδους ή φάσεως (ain margin, Phase margin) Ολοκλήρωμα του τετραγώνου του σφάλματος κ.λπ. I 1 = 0 e 2 s) dt

10 Συμπερασματικός Έλεγχος (Inferential Conotrol) Συχνά η ελεγχόμενη έξοδος της μονάδας επεξεργασίας δεν μπορεί να μετρηθεί απ' ευθείας. Επομένως δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε έλεγχο με ανάδραση ή άλλη μέθοδο που χρησιμοποιεί απ' ευθείας μετρήσεις της ελεγχόμενης μεταβλητής. Αν οι διαταραχές που προκαλούν τα προβλήματα στον έλεγχο μπορούν να μετρηθούν και ένα ανεκτό μοντέλο της διεργασίας υπάρχει, τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε έλεγχο με προσωτροφοδότηση (feedforward control) ώστε να διατηρηθεί η έξοδος στην επιθυμητή τιμή. Στο παρακάτω σχήμα δίδεται το διάγραμμα της διεργασίας όπου y είναι η μη μετρούμενη μεταβλητή εξόδου, και μια δεύτερη έξοδος z που ονομάζεται βοηθητική και είναι δυνατόν να μετρηθεί. Η ρυθμιζόμενη μεταβλητή m και η διαταραχή d επιδρούν και στις δύο εξόδους. Επίσης θεωρούμε πως δεν υπάρχει δυνατότητα μέτρησης της d.

11 Υποθέτουμε επίσης πως είναι γνωστές οι συναρτήσεις μεταφοράς. Οπότε από το παρακάτω σχήμα έχουμε: y = m d (1) p 1 d 1 z = p 2 m d 2 d (2) Από τη (2) βρίσκουμε : d 1 p2 = z m (3) d2 d2 Στη συνέχεια αντικαθιστώντας στην (1) βρίσκουμε : d1 y = [ p1 p2]m d2 d1 d2 z

12 Διεργασία d d1 d2 y Ελεγχόμενη Έξοδος (μη μετρούμενη) p1 p2 z Βοηθητική Έξοδος (μετρούμενη) set point y sp Ελεγκτής c m d Διεργασία του (α) y z p1 - d1 d2 p2 y Εκτιμούμενη τιμή της αγνώστου d1 d2

13 Παρατηρήσεις 1) Η επιτυχία τις παραπάνω μεθόδου ελέγχου στηρίζεται στο ότι υπάρχει ένας καλός εκτιμητής (δηλαδή πόσο καλά γνωρίζουμε τη διεργασία) και κατά πόσο γνωστό είναι τα p1, p2, d1, d2. Συνήθως όμως οι συναρτήσεις μεταφοράς βρίσκονται με εμπειρικό τρόπο έτσι η ποιότητα του συμπερασματικού ελέγχου εξαρτάται στο κατά πόσο καλά γνωρίζουμε την διεργασία (Δηλαδή, τις συναρτήσεις μεταφοράς). 2) Ο συμερασματικός (Inferential) έλεγχος χρησιμοποιείται σε χημικούς αντιδραστήρες, σωλήνες αποστάξεως και άλλες λειτουργίες μεταφοράς μάζας όπως στεγνωτήρες και απορροφητήρες.η θερμοκρασία είναι η πιο γνωστή βοηθητική (δευτερεύουσα) μέτρηση που χρησιμοποιείται για να συμπεράνουμε την σύνθεση της άγνωστης εξόδου. Παρακάτω δίδεται ένα παράδειγμα συμερασματικού ελέγχου.

Σχετικά έγγραφα

ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ Ενότητα: Προσαρμοστικός και Συμπερασματικός Έλεγχος Αλαφοδήμος Κωνσταντίνος Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού