PROGRAMOVÝ SYSTÉM SYNREG V PROSTREDÍ MATLAB ver.5.3

Transkript

1 PROGRAMOVÝ SYSTÉM SYNREG V PROSTREDÍ MATLAB ver.5.3 Ing Slavomír Kajan, Doc.Ing.Šefan Kozák,CSc. Kaedra auomaizovaných sysémov riadenia, Fakula elekroechniky a informaiky STU Braislava, Ilkoviÿova 3, 8 9 Braislava, Absak: Príspevok sa zaoberá opisom programového sysému s názvom SYNREG (Synéza reguláorov), korý je vyvíjaný na Kaedre auomaizovaných sysémov riadenia FEI v Braislave už nieko ko rokov. Verzia programového sysému, korá je v príspevku prezenovaná umož uje nasavovanie reguláorov, a o spojiých a diskréných konvenÿného ypu PID (PSD) alebo aj všeobecných diskréných reguláorov s ohraniÿením a bez ohraniÿenia riadiacich zásahov na základe meraných údajov a na základe maemaických modelov najrôznejších ypov bežne známych z echnickej praxe. Programový sysém môže vori vhodný doplnok exisujúcého TOOLBOXU Conrol s využie nos ou ak pre výuÿbu predmeov zaoberajúcich sa synézou regulaÿných obvodov ako aj pre prakické úlohy nasavovania reguláorov v chemických procesoch, energeike, plynárensve a pod. Kÿu ové slová: synéza reguláorov, spojiý reguláor, diskrény reguláor, sabilia regulaÿných pochodov, kvalia regulaÿných pochodov, idenifikácia sysémov. ÚVOD DO PROBLEMATIKY Nasavovanie opimálnych koeficienov reguláora je sále akuálny problém prevádzky priemyselných reguláorov. Rad meód, koré sa v praxi využívajú, exisuje už vyše pädesia rokov, ale je aj rad nových meód, koré sa na alej rozvíjajú a obohacujú súÿasnú eóriu regulácie o prvky robusnosi, adapácie a samonasavovania. Cie synézy spojiých a diskréných regulaÿných obvodov je návrh akej šrukúry reguláora a akých koeficienov reguláora, koré zabezpeÿia, že regulovaná veliÿina sleduje ÿo najpresnejšie a najrýchlejšie zmeny žiadanej veliÿiny a vplyv poruchových veliÿín je polaÿený v ÿo najväÿšej miere. Pri návrhu šrukúry a výpoÿu koeficienov reguláorov porebujeme pozna vlasnosi regulovaného procesu charakerizované napr. vsupnovýsupnými meraniami realizovanými off-line spôsobom (priebežné merania vsupov a výsupov, merania odoziev na normovaný vsup), alebo na základe on-line meraní realizovaných v uzavreej slúÿke spolu s reguláorom so známou šrukúrou. Výsledkom meraní realizovaných na procese je maemaický model reprezenujúci dynamické vlasnosi regulovaného procesu, alebo aké charakerisické veliÿiny, koré reprezenujú podsané dynamické vlasnosi riadeného procesu (doba nábehu, doba prie ahu, kriická frekvencia, kriické zosilnenie, ÿasové konšany, dopravné oneskorenie a pod.). Tieo veliÿiny už vo väÿšine prípadov posaÿujú na prvoné urÿenie koeficienov reguláorov. Mnohokrá je však eno návrh iba informaívny a koeficieny reguláorov sa dola ujú v priamej prevádzke reguláora. Uvedené charakerisické veliÿiny regulovaného procesu môžeme v priebehu regulácie upres ova na základe nových meraní výsupnej regulovanej veliÿiny, nových hodnô riadiaceho zásahu, regulaÿnej odchýlky poprípade odchýlky medzi modelom regulovaného procesu a skuoÿným výsupom z procesu a ým aj priebežne upres ova koeficieny reguláorov. Šrukúra reguláora je urÿovaná na základe esovania regulaÿnej odchýlky v usálenom save pri danom priebehu referenÿnej premennej a poruchovej veliÿiny (presnos regulácie). Vo väÿšine regulovaných procesov je presnos regulácie podmienená šrukúrou reguláora, paramerami reguláora a ypom referenÿnej premennej. V prakických úlohách regulácie sú používané reguláory spojié (lineárne, nelineárne), diskréne v ÿase a v ampliude (lineárne a nelineárne). Špeciálny prípad sú dvojpolohové a

2 rojpolohové reguláory, majúce dvojpolohový výsup (zapnú -vypnú ) alebo rojhodnoový výsup (ovori -ponecha -zavrie ). Nasavovanie ýcho reguláorov sa realizuje meódami nelineárnych obvodov. Vsúÿasnosi sa spojié reguláory realizujú s roma menie nými paramerami. Sú o zv. PID-reguláory, koré spracovavajú signál paralelne a s navzájom rôznym zosilnením v roch vevách : proporcionálnej, inegraÿnej a derivaÿnej. Na výpoÿe koeficienov spojiých PID reguláorov bolo vyvinuých mnoho meód. Pod aich princípu je možné uvedené meódy rozdeli na nieko ko skupín:. experimenálne meódy založené na priamom nasavovaní keficienov reguláora v napojení na reálny proces (on-line nasavovanie). meódy graficko-analyické, korésa alej delia na: meódy graficko-analyické v asovej oblasi meódy graficko-analyické vo frekven nej oblasi 3. numerické meódy založené na výpoÿe opimálnych koeficienov reguláorov minimalizáciou ubovo ných ypov fukcionálov (zosavených ako funkcia regulaÿnej odchýlky a jej derivácií, resp. regulovanej veliÿiny a jej derivácií, riadiaceho zásahu a derivácie riadiaceho zásahu a pod.) min J( e, e, e,... u, u,... y, y,...) P,T, i T d Pre minimalizáciu ýcho funkcionálov je možné použi gradienové meódy (konjugované smery), premenlivá merika), bezgradienové meódy a meódy umož ujúce nájs globálny exrém pod a paramerov reguláora P, T i a T d.. EXPERIMENTÁLNE METÓDY UR ENIA KOEFICIENTOV REGULÁTORA Experimenálne meódy urÿenia koeficienov reguláora vychádzajú z rozborov dynamických vlasnosí zložiých jednoparamerových a viacparamerových regulaÿných obvodov, ako aj zo skúsenosi echnológov a operáorov v riadení rôznych ypov procesov zahr ujúc ak chemickoechnologické procesy, epelné procesy, energeické procesy, roboické sysémy a pod. Výhodou je ich jednoduchos, nevýhodou je malá presnos. Ak nedokážeme urÿi maemaický model procesu a ani jeho charakerisické veliÿiny z grafického priebehu regulovanej veliÿiny (doba nábehu, doba prie ahu, doba prechodu a pod.), koeficieny reguláora sa nasavujú ruÿne.. Hodnoa derivaÿnej a inegraÿnej konšany by mala by na poÿiaku nulová a zosilnenie nasavíme ak, aby regulaÿny pochod bol kmiavý. Ak ak nie je, hodnou proporcionálnej zložky zvyšujeme dovedy, kým regulaÿný obvod nebude lmene kmiavý. V druhom kroku nasavujeme zložku inegraÿnú, pomocou korej by sme mali dosiahnu silno-kmiavý priebeh a v re om kroku pomocou posupného zvyšovania derivaÿnej zložky je porebne kmiavý pochod ÿo najviac ulmi. Na základe analýzy dynamických vlasnosí riadených procesov pomocou vybraných charakerisík (impulzných, prechodových a frekvenÿných charakerisík), alebo na základe maemaických modelov riadenych procesov v s a z-oblasi dokážeme v súÿasnosi ve mi efekívne výpoÿía a nasavova koeficieny spojiých a diskréných reguláorov. Vsúÿasnosi exisuje množsvo meód výpoÿu koeficienov realizovaných zväÿša off-line spôsobom, alebo aj meódy výpoÿu on-line spôsobom. Prechodové funkcie sú nosie om podsaných vlasnosi dynamických procesov. Na základe vyhodnoenia prechodových charakerisík dokážeme urÿi ak šrukúru modelu ako aj koeficieny modelu pre nekmiavé a kmiavé (sabilné) procesy.

3 3. METÓDY VÝPO TU KOEFICIENTO SPOJITÝCH A DISKRÉTNYCH REGULÁTOROV NA ZÁKLADE ZNALOSTI MATEMATICKÉHO MODELU Do ejo skupiny meód paria predovšekým ie meódy výpoÿu koeficienov reguláorov, koré sú založené na znalosi maemaických modelov riadených procesov. Tieo meódy umož ujú nasavenie reguláorov pomerne s vysokou kvaliou regulácie preože uvažované maemaické modely nie sú aproximaícvneho charakeru ako je o u skupiny meod (A). Delíme ich na meódy konvenÿné a meódy moderné zaruÿujúce sabiliu a dobrú kvaliu reguláciema koré sú na základe korých sa urÿiklasické meódy, koré zaruÿujú splnenie urÿiých paramerov kvaliy regulácie (napr. doby regulácie, žiadanej hodnoy preregulovania a pod.). Medzi klasické meódy regulácie paria predovšekým ieo meódy :. meóda Naslina (zaruÿujúca požadované preregulovanie ). meóda šandárdných varov (predpisujúca dynamiku uzavreého obvodu na základe referenÿného modelového správania, Whileyho, Buerwohove a Graham-Lahropove šandardné vary) 3. meóda opimálneho modulu (symerické a nesymerické opimum) 4. meódy priameho nasavovania reguláorov založené na kompenzaÿných vlasnosiach s predpísanou dynamikou Moderné meódy výpoÿu koeficienov spojiých a diskréných reguláorov sú založené na priamej numerickej opimalizácií funkcionálov vorených z regulaÿnej odchýlky, riadiaceho zásahu a výsupnej regulovanej veliÿiny a ich derivácií. Medzi moderné meódy nasavovania koeficienov spojiých a diskréných reguláov parí aj graficko-analyická meóda nazývaná meóda inverznej dynamiky, korá je vlasne modifikáciou meód priameho nasavovania a výpoÿu koeficienov reguláorov. V alšej ÿasi príspevku je uvedená šrukúra a použiie programového sysému SYNREG výberu opimálnej šrukúry a výpoÿu opimálnych paramerov reguláora pre zvolený príklad. 4. ŠTRUKTÚRA PROGRAMOVÉHO SYSTÉMU SYNREG Programový sysém SYNREG má modulárnu šrukúru s nasledovnými prepojeniami :

4

5 Prechodová charakerisika procesu.5 Prechodová charakerisika URO.5 Sep Response From: U() y.5 Ampliude To: Y() Time (sec.) u

6 Priebeh regulovanej veliÿiny a riadiaceho zásahu pri použií algebraického FFR..5 y u ZÁVER Navrhnuý programový sysém SYNREG s modulárnou programovo šrukúrou umož uje efekívnu podporu uživae ovi pri návrhu šrukúry a výpoÿu koeficienov spojiých a diskrénych reguláorov. Bližšie o vlasnosiach a používaní uvedeného programového sysému bude ukázané pri demonšráciách v poserovej prezenácii. Predložený príspevok vznikol za podpory granovej úlohy /73/. Konak: KASR FEI STU Braislava, Ilkoviÿova 3, 89 Braislava, Slovensko kajan@kasr.elf.suba.sk, kozak@kasr.elf.suba.sk