Laboratorní úloha Seřízení PI regulátoru

Transkript

1 Laboratorní úloha Seřízení PI reglátor 1. Stanovení optimálních parametrů (r 0 (zesílení), I (časová integrační konstanta)) reglátor PI pro reglaci sostavy tří nádrží vyžitím přechodové odezvy reglované sostavy na změn akční veličiny. 2. Stanovení optimálních parametrů (r 0 (zesílení), I (časová integrační konstanta)) reglátor PI pro reglaci sostavy tří nádrží metodo relé. 3. Stanovení optimálních parametrů (r 0 (zesílení), I (časová integrační konstanta)) reglátor PI pro reglaci sostavy tří nádrží metodo kritických kmitů Zieglera a Nicholse. Popis úlohy: Spojené nádrže tvoří dohromady reglovano sostav. Přívod vody do nádrží je zajišťován čerpady P1a, P1b a P3 ovládaných pomocí veličin 1a, 1b a 3, snímání výšky hladiny je prováděno pomocí snímačů S1, S2 a S3 (veličiny y 1, y 2, y 3 ). Je také možné měřit průtok vody dodávaný čerpadlem P1a pomocí průtokoměr F1 (veličina y 1F ). Vzájemné propojení nádrží lze nastavovat pomocí ventilů V12 a V23, lze také nastavit výtok z nádrží pomocí ventilů V1, V2 a V3 (porchové veličiny). Spol s reglátorem může sostava tvořit reglační obvod. Je možno přepínat mezi atomatickým a rčním řízením. V případě atomatického řízení hodnota akční veličiny odpovídá fnkci a parametrům připojeného reglátor (obvod je zavřen), v případě rčního režim lze akční veličin ovládat přímo (obvod je rozpojen). Hodnot akční veličiny je pak možné sledovat na monitor počítače, stejně jako hodnoty reglované veličiny a reglační odchylky. Akční veličino () může být napětí kteréhokoliv čerpadla, reglovano veličino (y) kterákoliv výška hladiny, případně průtok vody čerpadlem P1a. Jelikož voda je přiváděna do dvo nádrží, lze sočasně reglovat dvě výšky hladiny, přičemž je možnost výběr zda přívod vody do nádrže č. 1 bde prostřednictvím čerpadla P1a nebo P1b. y 1F y 1 y 2 F1 S1 S2 S3 y 3 WinPAC P1a V1 V12 V2 V23 V3 3 PC P1b 1b 1a P3 Obr. 1 Schéma zapojení úlohy -1-

2 Seřízení PI reglátor Uzavřený reglační obvod Na obr. 2 je schéma zavřeného reglačního obvod (URO), který tvoří PI reglátor a sostava. Řídicí veličino w je žádaná hodnota výšky hladiny h ž v nádobě, která se porovnává se sktečno výško hladiny h, vzniká tzv. reglační odchylka e. Akční veličino je napětí čerpadla ve shodě s požadavkem dosažení požadované výšky hladiny h ž. řídicí veličina h ž w reglační odchylka h = h ž - h e Reglátor akční veličina reglovaná veličina h Reglovaná y sostava záporná zpětná vazba Obr. 2 Uzavřený reglační obvod úlohy Možná zapojení PI reglátor: Paralelní forma Ideální forma 1 I r I e r 0 e r 0 d dt r d dt Sériová forma 0 r0 = r0, ri =, r = r0 I r 1 I d dt e r 0 r 0 r = I I = I = I Obr. 3 Požívaná zapojení PI reglátor I I V úloze je požita ideální forma PI reglátor, takže rčené parametry r 0, I a je ntné přepočítat na r 0, r I a r. -2-

3 Seřízení PI reglátor Spštění laboratorní úlohy: a) Spsťte úloh Kaskáda reglace pomocí zástpce na ploše Windows. b) Pokd na ploše Windows tento zástpce není spsťte program Matlab, přesňte se do adresáře work\kaskada\matlab\regl a spsťte sobor rn.m zapsáním příkaz rn do příkazového řádk program Matlab >> rn c) Po spštění se objeví okno prostředí Simlink, ve kterém se nachází následjící schéma: parametry reglátor (r 0, r I, r ) přepínač rčního/atomatického režim akční veličina, reglovaná veličina, reglační odchylka žádaná hodnota zapínání kládání hodnot hodnota akční veličiny v režim rčního ovládání přepínač rčního režim/režim metody relé výšky hladin v jednotlivých nádržích Obr. 4 Jednotlivé části řídicího algoritm v prostředí Simlink (význam bloků je popsán poze pro modrý reglátor, pro červený reglátor je význam bloků stejný) d) Spsťte simlaci. ím je úloha připravena k požití 1. Stanovení optimálních parametrů (r 0, I ) reglátor PI pro reglaci sostavy tří nádrží vyžitím přechodové odezvy reglované sostavy na změn akční veličiny Pro zjištění optimálních hodnot nastavení reglátor r 0, I. je vyžita naměřená přechodová charakteristika sostavy (obr. 5) na skokovo změn akční veličiny. Při měření je tedy ntno přepnot řízení na rční režim pomocí přepínače rčního/atomatického režim. Ze záznam přechodového lze pomocí dále vedených vztahů parametry stanovit. ab.1 Výpočet parametrů PI reglátor Reglátor r 0k I P N /(S U ) PI 0,9 N /(S U ) 3 U PI 1,2 N /(S U ) 2 U 0,5 U -3-

4 Seřízení PI reglátor S U...statická citlivost reglované sostavy N...doba náběh U...doba průtah Obr. 5 Přechodová charakteristika sostavy na skokovo změn akční veličiny oporčený postp: a) Z experiment je možné rčit parametry reglátor pro reglaci jak první, tak drhé nádrže. b) Červený reglátor přepněte do atomatického režim. c) Přepněte modrý reglátor na režim rčního řízení pomocí přepínače rčního/atomatického režim (obvod rozpojen). d) Nastavte hodnot akční veličiny modrého reglátor na 3,1 a vyčkejte na stálení sostavy. e) Spsťte záznam dat. f) Nastavte hodnot akční veličiny modrého reglátor na 4,1 a vyčkejte na stálení sostavy. g) Po stálení zastavte záznam dat, po zastavení se zobrazí se časové průběhy veličin v reglačním obvod. h) Záznam vyhodnoťte a pomocí ab. 1 rčete požadované parametry reglátor r 0, I. Vykreslení průběhů veličin v reglačním obvod pro potřeby zprávy o měření popsáno v poznámce na konci návod. 2. Stanovení optimálních parametrů (r 0, I ) reglátor PI pro reglaci sostavy tří nádrží metodo relé Pomocí nelinearity typ relé lze zavřený reglační obvod netlmeně rozkmitat. Z doby těchto kmitů a jejich amplitdy lze rčit optimální hodnoty parametrů PI reglátor. oporčený postp a) Červený reglátor přepněte do atomatického režim. b) Pokd chcete nastavit reglátor pro řízení výšky hladiny v první nádrži, žádano hodnot modrého regltátor nastavte na 20, pokd chcete nastavit reglátor pro řízení výšky hladiny ve drhé nádrži, žádano hodnot modrého reglátor nastavte na 14. c) Přepněte modrý reglátor na režim rčního řízení pomocí přepínače rčního/atomatického režim. -4-

5 Seřízení PI reglátor d) Nastavte hodnot akční veličiny modrého reglátor na 3,1 a vyčkejte na stálení sostavy. e) Přepněte modrý reglátor na režim relé pomocí přepínače rčního režim/režim metody relé. f) Sledjte průběh veličin v reglačním obvod. g) Když se objeví netlmené kmitání spsťte záznam dat. h) Po periodách kmitů zastavte záznam dat. i) Na záznam si odměřením zjistěte kriticko period k. j) Podle vztah (1) rčete velikost kritické zesílení r 0k. k) Pomocí obo zjištěných hodnot a tablky ab. 2 rčete optimální nastavení parametrů reglátor r 0, I. 4M ab.2 Výpočet parametrů PI reglátor Reglátor r 0k I P 0,5 r 0k PI 0,4 r 0k 0,8 k PI 0,6 r 0k 0,5 k 0,125 k r 0k = (1) π. Ar r M r amplitda kmitání relé A r amplitda kmitání reglované veličiny Vykreslení průběhů veličin v reglačním obvod pro potřeby zprávy o měření popsáno v poznámce na konci návod. 3. Stanovení optimálních parametrů (r 0, I ) reglátor PI pro reglaci sostavy tří nádrží metodo kritických kmitů Zieglera a Nicholse Uzavřený reglační obvod lze při rčitém nastavení parametrů přivést na hranici stability - tj. do netlmeného a samobzeného kmitavého průběh reglované veličiny. Metoda navržená Zieglerem a Nicholsem předpokládá vyřazení integrační konstanty ( I ) požívaného PI reglátor a nalezení takového zesílení r 0 (tzv. kritické zesílení r 0k ), při kterém dojde k výše popsaném průběh. Na hranici stability kmitá obvod netlmenými kmity o konstantní amplitdě A. oba těchto kmitů se nazývá kritická perioda k. Na základě dvo parametrů r 0k a k zjistíme podle vztahů vedených v ab. 2 optimální hodnoty stavitelných parametrů PI reglátor. oporčený postp a) Červený reglátor přepněte do atomatického režim. b) Modrý reglátor přepněte do atomatického režim. c) Pokd chcete nastavit reglátor pro řízení výšky hladiny v první nádrži, žádano hodnot modrého reglátor nastavte na 20, pokd chcete nastavit reglátor pro řízení výšky hladiny ve drhé nádrži, žádano hodnot modrého reglátor nastavte na 14. d) Parametry r I (integrační konstanta) a r (derivační konstanta) modrého reglátor nastavte na nl, čímž vyřadíte integrační a derivační složk a reglátor se bde chovat jako typ P. e) Zesílení r 0 modrého reglátor nastavte na nl a postpně jeho hodnot zvyšjte. -5-

6 Seřízení PI reglátor f) Sledjte průběh reglované veličiny (y). V okamžik, kdy se objeví na záznam samobzené kmity, zjistili jste právě tzv. kritické zesílení r 0k. g) Spsťte záznam dat. h) Po periodách zastavte záznam dat. i) Na záznam si odměřením zjistěte kriticko period k. j) Pomocí obo zjištěných hodnot a tablky ab. 2 rčete optimální nastavení parametrů reglátor r 0, I. Poznámka Zaznamenané průběhy lze vykreslit pomocí příkaz vykresli v příkazovém řádk program MALAB. Příkaz má dva parametry, prvním je vykreslovaná veličina, drhým je barva čáry. Pokd není drhý parametr zadán, je průběh vykreslen modro barvo. Parametry pro rčení vykreslované veličiny: y1 výška hladiny v první nádrži y2 výška hladiny ve drhé nádrži y3 výška hladiny ve třetí nádrži 1 akční veličina prvního reglátor w1 žádaná hodnota prvního reglátor e1 reglační odchylka prvního reglátor 1m akční veličina prvního reglátor v rčním režim 3 akční veličina drhého reglátor w3 žádaná hodnota drhého reglátor e3 reglační odchylka drhého reglátor 3m akční veličina drhého reglátor v rčním režim modrá barvy: b modrá, r červená, m fialová, k černá, g zelená, y žltá, c světle Hodnota drhého parametr msí být zavřena do apostrofů, hodnota prvního parametr do apostrofů být zavřena nesmí. Např. vykreslení průběh výšky hladiny v první nádrži červeno barvo: vykresli(y1, r ). okd není zavřeno okno s vykreslovanými průběhy, další průběhy se přidávají k již nakresleným. Vykreslený obrázek je vhodné pro další zpracování ložit ve formát *.emf. -6-

7 Spštění úlohy 1. Zapněte laboratorní sostav. a) Zapněte hlavní vypínač laboratorní sostavy. b) Zapněte zdroj hlavním vypínačem zdroje(obr. 13). c) Zkontroljte, zda jso na zdroji nastavena napětí 8 V a 12 V (obr. 13) Hlavní vypínač zdroje A A+B B Nastavení napětí Obr. 6 Schéma ovládacích prvků zdroje d) Pokd nejso napětí nastavena správně, nastavte je (obr. 13). e) Spsťte napájení pomocí jednotlivých tlačítek A a B (obr. 13). f) Zkontroljte, zda jso ventily nastaveny tak, aby byl možněn odtok vody z první a třetí nádrže (bď přímo nebo přes drho nádrž) pro logicko úloh g) Zkontroljte, jso ventily V1, V12, V23 a V3 otevřeny a zbývají ventily zavřeny pro spojité úlohy 2. Pomocí program RexView ověřte, zda je v řídicím atomat ložená správná konfigrace následjícím postpem: a) Spsťe program RexView. b) V dialogovém okně do pole arget name or address vyplňte control-111-winpac a stiskněte tlačítko Connect (obr. 7) Obr. 7 ialogové okno program RexView c) Zkontroljte název konfigrace (dle obr. 8, resp. obr. 9), msí zde být vedeno ttlogic, pokd se má řešit úloha logického řízení, nebo ttregl, pokd se má řešit úloha seřízení PI reglátor nebo měřit frekvenční charakteristika (pokd se v okně zobrazje poze control-111-winpac, v řídicím atomat není ložena žádná konfigrace). -7-

8 Spštění úlohy Obr. 8 Program RexView při řešení logické úlohy Obr. 9 Program RexView při řešení úlohy seřízení PI reglátor nebo měření frekvenční charakteristiky d) Pokd název konfigrace sohlasí, končete program RexView, konfigrace úlohy tím končena. e) Pokd název konfigrace nesohlasí, ložíte správno konfigraci pomocí nabídky arget / PC --> arget device f) V následjícím okně pomocí tlačítka Browse vyhledáte konfigrační sobor exec.rex v adresáři C:\Program Files\MALAB71\work\kaskada\rex\logic\, pokd se má -8-

9 Spštění úlohy řešit úloha logického řízení, nebo v adesáři C:\Program Files\MALAB71\work\kaskada\rex\regl\, pokd se má řešit úloha seřízení PI reglátor nebo měřit frekvenční charakteristika (obr. 10). Obr. 10 Okno program RexView pro ložení konfigračního sobor do programovatelného atomat g) pomocí tlačítka Start ownload ložíte konfigrační sobor do programovatelného atomat a program RexView můžete končit. -9-