SistemeIncorporate. Curs 6 Sisteme de Control

Σχετικά έγγραφα
Analiza sistemelor liniare şi continue

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

Proiectarea sistemelor de control automat

V O. = v I v stabilizator

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii


Analiza sistemelor liniare şi continue

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1


Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

Erori si incertitudini de măsurare. Modele matematice Instrument: proiectare, fabricaţie, Interacţiune măsurand instrument:

Stabilizator cu diodă Zener

Curs 1 Şiruri de numere reale

Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36].

Proiectarea sistemelor de control automat

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

1.7. AMPLIFICATOARE DE PUTERE ÎN CLASA A ŞI AB

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu,

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

Curs 4 Serii de numere reale

5.4. MULTIPLEXOARE A 0 A 1 A 2

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

Integrala nedefinită (primitive)

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

4. Măsurarea tensiunilor şi a curenţilor electrici. Voltmetre electronice analogice


Noţiuni introductive

Proiectarea filtrelor prin metoda pierderilor de inserţie

COMPARATOARE DE TENSIUNE CU AO FĂRĂ REACŢIE

Stabilitatea sistemelor liniare si invariante in timp

I. Noţiuni introductive

i R i Z D 1 Fig. 1 T 1 Fig. 2

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

riptografie şi Securitate

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

Lucrarea nr. 5 STABILIZATOARE DE TENSIUNE. 1. Scopurile lucrării: 2. Consideraţii teoretice. 2.1 Stabilizatorul derivaţie

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

3.5. STABILIZATOARE DE TENSIUNE CU CIRCUITE INTEGRATE.

Subiecte Clasa a VII-a

CAPITOLUL 3. STABILIZATOARE DE TENSIUNE

Examen. Site Sambata, S14, ora (? secretariat) barem minim 7 prezente lista bonus-uri acumulate

Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR

Valori limită privind SO2, NOx şi emisiile de praf rezultate din operarea LPC în funcţie de diferite tipuri de combustibili

TEMA 9: FUNCȚII DE MAI MULTE VARIABILE. Obiective:

* K. toate K. circuitului. portile. Considerând această sumă pentru toate rezistoarele 2. = sl I K I K. toate rez. Pentru o bobină: U * toate I K K 1

MARCAREA REZISTOARELOR

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

Manipulatoare si roboti industriali. Conf.dr.ing. Marian Poboroniuc

Criptosisteme cu cheie publică III

Laborator 3 I.S.A. Stabilitatea sistemelor liniare şi răspunsul în frecvență.

Capitolul 4 Amplificatoare elementare

CIRCUITE LOGICE CU TB

Metode Runge-Kutta. 18 ianuarie Probleme scalare, pas constant. Dorim să aproximăm soluţia problemei Cauchy

Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp

2.2.1 Măsurători asupra semnalelor digitale

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 4. Măsurarea parametrilor mărimilor electrice

1. PROPRIETĂȚILE FLUIDELOR

Lecţia a 4-a. Estimarea stării. Compensarea cu estimator

Transformata Laplace

2 Transformări liniare între spaţii finit dimensionale

CARACTERISTICI GENERALE ALE TRADUCTOARELOR. Caracteristicile statice şi indicatori de calitate deduşi din caracteristicile statice

2. Circuite logice 2.4. Decodoare. Multiplexoare. Copyright Paul GASNER

2. Sisteme de forţe concurente...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...3

Conf.dr.ing. Gabriela Ciuprina

Aparate de măsurat. Măsurări electronice Rezumatul cursului 2. MEE - prof. dr. ing. Ioan D. Oltean 1

Stabilitatea circuitelor cu reacţie

Determinarea tensiunii de ieşire. Amplificarea în tensiune

CURS: METODE EXPERIMENTALE ÎN FCS

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

5.1. Noţiuni introductive

RĂSPUNS Modulul de rezistenţă este o caracteristică geometrică a secţiunii transversale, scrisă faţă de una dintre axele de inerţie principale:,

6 n=1. cos 2n. 6 n=1. n=1. este CONV (fiind seria armonică pentru α = 6 > 1), rezultă

Scoruri standard Curba normală (Gauss) M. Popa

Functii Breviar teoretic 8 ianuarie ianuarie 2011

Capitolul ASAMBLAREA LAGĂRELOR LECŢIA 25

T R A I A N ( ) Trigonometrie. \ kπ; k. este periodică (perioada principală T * =π ), impară, nemărginită.

Examen AG. Student:... Grupa:... ianuarie 2011

Capitolul 2 - HIDROCARBURI 2.3.ALCHINE

LUCRAREA nr.6: Sinteza SRA. Criteriul Ziegler Nichols


Circuit rezonant LC paralel

1.3. Erori în calculele numerice

Dioda Zener şi stabilizatoare de tensiune continuă

Curs 2 Şiruri de numere reale

Transcript:

SistemeIncorporate Curs 6 Sisteme de Control

ModelareaSistemelorIncorporate Un sistem incorporat este un sistem dinamic Sistemul actioneaza in functie de stimulii primiti Atuncicandunasaumaimulteiesiriale sistemului trebuiesase conformezeanumitorreguli, un controller manipuleaza intrarea sistemului pentru a aduce iesirile la valorile dorite. Sistemul poate fi afectat de perturbatii exterioare Parametriide intraretrebuiecalculatiin functiede erori si de parametrii de iesire.

SistemeDinamice Exemple: Termostatarea unei incinte Controlul vitezei de rotatie a unui hard-disk Controlul altitudinii de zbor Cruise control/traction control Surse de alimentare Controlul miscarii pentru robotii industriali

ControlulSistemelor Aplicarea unor valori la intrarea sistemului pentru care iesirea acestuia se conformeaza unei valori de referinta. Cruise-control: f_motor(t)=? viteza=60 km/h Server E-commerce: Alocarea resurselor? T_raspuns = 5 sec Networking: Rata de transfer? Intarziere = 1 sec

Tipuride sistemede control Sisteme in bucla deschisa Referinta Intrare Iesire Controller Sistem Sisteme cu reactie Referinta Eroare Masurata Controller Intrare Sistem Iesire Valori Iesire Masurate Senzori

Sistemein bucladeschisa Calculeaza valorile de intrare fara a masura variabilele de sistem Simplu de implementat Trebuie cunoscute exact TOATE VARIABILELE din sistem ca totul sa mearga cum trebuie Cruise-control: frecare(t), unghi_plan(t) Server E-commerce: Incarcarea(rata de sosire a cererilor? Consumul de resurse?); sistem (timp de service? defectiuni?) Sistemele in bucla deschisa dau gres atunci cand Nu stim totul Facem erori de modelare Lucrurile se schimba

Sistemelecu reactie Ceestereactia? Intoarcereauneipartidin iesireaunuisistemla intrarea acestuia in scopul auto-corectarii. Presupune interconectarea mutuala a doua sau mai multe sisteme Relatiacauza efecte dificilde stabilit. Sisteme interdependente Feedback-ul este prezent oriunde in sistemele naturale si artificiale Sistem 1 Sistem 2

Exemplu#1 Regulator de viteza Flyball governor (1788) Reguleaza viteza unui motor cu aburi Reduce efectele variatiei de sarcina (rejectia perturbatiilor) Produce accelerarea revolutiei industriale Greutatile se indeparteaza odata cu cresterea vitezei de rotatie Supapase inchide, micsorand turatia motorului Motor cu aburi Regulator

Control = Senzori+ Calcule+ Efectoare Actioneaza Pedalade acceleratie Simte Viteza Calculeaza Legeade control Teluri: 1. Stabilitate: Sistemul isi mentine starea de-a lungul timpului(ruleaza cu viteza constanta) 2. Performanta: Sistemul reactioneaza rapid la schimbari(accelereaza de la 0 la 100 km/h) 3. Robustete: Sistemul tolereaza perturbatiile (masa, frecare, unghiul pantei etc.)

Celedouaprincipiide control Robustete la nesiguranta prin feedback Reactia asigura performante marite chiar si la variatiile neprevizibile ale variabilelor de sistem Amplificatoare care functioneaza corect chiar daca valorile componentelor variaza Ideeade baza: masurareacu acuratetea diferentei dintre comportamentul obtinut si cel dorit; corectare prin calcul si efectori. Designul comportamentului dinamic prin feedback Reactia permite modificarea caracteristicilor dinamice ale unui sistem Exemplu: Imbunatatirea manevrabilitatii pentru avioanele instabile Ideea de baza: Interdependenta modifica comportamentul normal

Exemplul#2 Cruise Control Stabilitate/performanta Vitezasteady state (Vss) se apropie de viteza dorita pentruk-> Raspuns lin, fara depasire sau oscilatii Rejectia perturbatiilor Efectele perturbatiilor (dealurile) sunteliminate candk-> Robustete Rezultatelenu depindde valorilefactorilorm, b, k pentru k suficient de mare.

Exemplul#3 Zboruluneiinsecte SENZORI Senzori giroscopici Ochi compusi Creier ~ 500.000 neuroni Muschi specializati Aripi SISTEM DE CALCUL EFECTOARE

Aplicatiilemoderneale sistemelorcu Sisteme de zbor Fly-by-wire UAV Robotica Determinareaexacta a pozitiei pentru operatii precise Mediigreuaccesibile: spatiu, mare, operatii non-invazive reactie Procesechimice Regulareatemperaturii, vitezei de reactie, dozarea reactantilor Comunicatii si retelistica Amplificatoare si repetoare de semnal Power management pentru comunicatiile wireless Automobile Controlulmotorului, tractiunii, climatizarii, stabilitatii etc. Si multe altele.

Functiade transfer Functia de transfer a sistemului

Exemplu: Sursade tensiune Cerinte: Vreausaproiectezo sursade tensiunecare sa furnizeze o tensiune fixa indiferent de variatia tensiuniide intraresaua sarciniide la iesire saaibao eficientacat maimare Uin Sursa Uout Rload

Solutia 1: DivizorRezistiv Putereatotala: P = 10V * 14mA = 140mW Putereadisipatain rezistente: Pd= 5*1 + 6.9*10 + 8.2*3 = 96.6mW 70% din putere este pierduta in conversia de tensiune Este, probabil, cea mai proasta solutie

Altesolutiimaibune? Ce-ar fi sa folosim componente fara pierderi? Inductanta Condensator P a U = I L Z = 2 = Re{ S} = Re{ UI } = Re{ I jωl} = 0 L I L jωl L P a = U = I C Z = Re{ S} = Re{ UI C I L 1 ( j ) Cω } = Re{ I 2 C 1 ( j } = 0 Cω Comutator P= I U = 0 U =0 P= I U = I 0= 0

Solutia 2: Sursain comutatie Folosindcondensatoare, bobinesicomutatoarese poateface eficient conversia

Functiade transfer V V X O = = D V s 2 S LC 1 + s L R V + 1 X V = L R O V S 2 s LC D + s + 1

Indicatoride Performanta Referinta Variabila controlata Overshoot Eroare Steady state ±ε% Stare Dinamica Timp de stabilizare Steady State Timp

ProprietatileControllerelor Stabilitate Iesirea urmareste intrarea pentru orice tip de semnal de intrare In controlul proportional, stabilitatea este estimata prin stabilirea daca polii functiei de transfer au modulul mai mic decat 1

ProprietatileControllerelor Acuratete Acurateea este data de marimea erorii de steady-state. In controlul proportional, acuratetea este calculata in raport cu castigul functiei de tranfer pentru o valoare de referinta a intrarii. Eroarea este zero daca si numai daca acest castig este 1.

ProprietatileControllerelor Depasirea superioara (Overshoot) Este o proprietate a raspunsului la o excitatie de tip treapta a intrarii. Depasirea superioara este caracteristica pentru un comportament oscilant al sistemului. O valoare mare pentru overshoot va fi urmata de obicei de o depasire inferioara (undershoot).

Tipuride control Control Proportional (P) Control Proportional Integral (PI) Control Proportional Diferential(PD) Control PID

Control Proportional Unadintrecelemaides intalnitebuclede control Iesirea controllerului este direct proportionala cu eroarea Produce rezultate bune pentru majoritatea aplicatiilorundeparametriide functionarenu sunt critici(overshoot, stabilitate, eroare steady-state)

Control Proportional R(s) + E(s) U(s) G(s) Y(s) - Controller Sistem Tinta K p E( s) = R( s) Y( s) U( s) = K E( s) Y ( s) = G( s) U( s) P KP G( s) H( s) = 1+ K G( s) P

Exemplu Controlul temperaturii unei incinte Termostatcu 2 praguri: 80 si60 grade C (bang-bang) Control proportional

Raspunsulla semnalde tip treapta www.embedded.com

CaracterizareaControluluiP Ecuatia caracteristica a sistemului: 1 + G( s) = K P 0 Cand Kp-> 0, solutiile urmatoarei ecuatii sunt polii lui G(s): 1 G( s) + K p Cand Kp->infinit, solutiile urmatoarei ecuatii sunt zerourile lui G(s): 1 K p = + G( s) = 0 0

Stabilitate Sistemul cu control proportional este stabil dacapentruo anumitavaloarea luikp, toti polii sunt in interiorul cercului unitate (modul< 1). Oricesistemcare are celputinun zero la infinitvadeveniintotdeaunainstabilpentruo valoaresuficientde mare a luikp.

Acuratete e ss K p e ss = = = lim k > G ( r( k) H ( s)(1 ( s) H y( k)) ( s)) lim 1 e( k) = lim > 1+ K G( s 0 k s > Eroareade stare stabilaestecu atatmaimica cu cat Kpestemaimare. = r ss P y ss )

EstimareaKp Cevaloarea luikpalegpentruca sistemulmeu sa fie cat mai performant? Exemplu: controllerul de temperatura Controller Sistem tinta R(s) + E(s) U(s) Y(s) - K p b s a

Efectepentrudiferitevaloriale Kp G( s) 0.43 = s 0.47 Evolutia sistemului in timp in functie de Kp K P = 1, polul functiei de transfer este aproape 0, e ss este mare. K P = 2, pol in -0.51, overshoot si oscilatie. K P = 3, pol la -1, oscilatie. K P = 3.5, pol la -1.25, sistemul este instabil.

ConcluziiControl P + Este foarte usor de implementat + Stabilitate buna daca alegem Kp potrivit - Timp destul de indelungat pentru stabilizare - Poate intra foarte usor in oscilatie - Pentruvaloridin cein cemaimariale Kpsistemul devine instabil - In general, unasaumaimultecerinte(eroarede stare stabila, depasire, oscilatie) suntimposibilde satisfacut pentru orice valoare a Kp

Control Integral Folosit pentru a adauga precizie pe termen lung sistemului Aproape intotdeauna este folosit in conjunctie cu controlul proportional (PI) Controllerul insumeaza erorile trecute pana cand iesirea ajunge la valoarea de referinta

Control integral pur Raspunsul controlului I este lent si uneori poate produce oscilatia sistemului. De cele mai multe ori este preferatcontrolulpi. www.embedded.com

Control Proportional-Integral Iesirea controllerului este direct proportionala cu integrala tuturor erorilor trecute. Controller Sistem Tinta r(t) + e(t) u(t) K p e(t) g(t) y(t) - K I t 0 e( τ) dτ

Functiade transfer PI K p E(S) G(s) R(s) E(s) Y(s) + - U(s) Controller Sistem Tinta K I E(S)/S ) ( ) ( ) ( s Y s R s E = s s E K s E K s U I P ) ( ) ( ) ( + = ) ( ) ( ) ( s U s G s Y = ) ( ) ( 1 ) ( ) ( ) ( s G s K K s G s K K s H I P I P + + + =

Exemplu Pentru controllerul de temperatura: www.embedded.com

e ss = lim k > e( k) = Acuratete KI Ecuatia caracteristica: 1 + KP+ G( s) = 0 s lim0 s > 1 K I 1 + K P + G ( s s ) Eroarea steady-state este zero cat timp sistemul este stabil.

ImplementareControl PI double iterm; // calculeaza termenii PI // intre doua limite pid->istate += error; if (pid->istate > pid->imax) pid->istate = pid->imax; else if (pid->istate < pid-> imin) pid->istate = pid->imin; iterm = pid->igain * istate; // calculeaza factorul integral

ConcluziiPI ControlulIntegral purare un timpde raspuns lent si poate produce oscilatia sistemului ControlulPI are un timpde raspunsmaimic decati pur. Cande stabil, PI ajungeintotdeaunala valoarea de referinta(ess = 0)

Control Diferential Controlul P trateaza comportamentul prezent al sistemului ControlulI trateazacomportamentultrecutal sistemului Dacanu stimcum o sase comportesistemul, nu avem cum sa-l stabilizam. Anticiparea comportamentului-> stabilitate marita Controlul D monitorizeaza viteza de schimbare a erorii sistemului

Control PD Controlul diferential este cel mai puternic dar si cel mai problematic. Sistemul devine instabil la zgomot si la neregularitati de esantionare.

Control Proportional-Diferential Iesirea controllerului este direct proportionala cu rata de cresterea erorii. Controller Sistem Tinta r(t) + e(t) u(t) K p e(t) g(t) y(t) - K D e( τ) τ

Functiade transfer PD Controller Sistem Tinta R(s) + E(s) U(s) K p E(S) G(s) Y(s) - K D E(S)*s E( s) = R( s) Y( s) U( s) = K E( s) + K se( s) Y ( s) = G( s) U( s) P D ( K H( s) = 1+ P + sk ) G( s) ( K + sk ) G( s) P D D

Acuratete Ecuatia caracteristica: ( K + sk ) G( ) 0 1 + s = P D e ss = lim 1 e( k) = lim > 1 + s ( K + sk ) G ( ) k s > 0 + P D s Pentruess, PD se aseamanacu controlulp. Sitemul poate avea probleme in atingerea valorii de referinta.

ImplementareControl PD double dterm; dterm = pid->dgain * (position - pid->dstate); pid->dstate = position;

ConcluziiPD ControlulPD are un timpde raspunsfoartemic Anticipeaza comportamentul viitor al sistemului folosindu-se de variatia erorii masurate Este foarteutilintr-un sistemde control fin al miscarii/pozitieidatoritavitezeicrescutede raspuns Sensibilitate crescuta la zgomote si perturbatii datorata factorului de amplificare mare. Controlul PD pot fi folosit pentru miscsorarea depasirii superioare(overshoot) in locul sistemelor cu control P.