Využití programového systému MATLAB pro řízení laboratorního modelu

Transkript

1 Využií programového sysému MATLAB pro řízení laboraorního modelu WAGNEROVÁ, Renaa 1, KLANER, Per 2 1 Ing., Kaedra ATŘ-352, VŠB-TU Osrava, 17. lisopadu, Osrava - Poruba, 78 33, renaa.wagnerova@vsb.cz, 2 per.klaner.fs@vsb.cz Absrak: Příspěvek popisuje možnos využií programového sysému MATLAB k řízení echnologických procesů v reálném čase. Byl vyvořen obslužný modul, kerý zajišťuje řízení laboraorního modelu eplovzdušného agregáu. Umožňuje řízení eploy agregáu nebo průok vzduchu v unelu, pro řízení lze využí dvoupolohový reguláor, klasické PID reguláory nebo algorimy řízení navržené pomocí meody agregace savových proměnných. Prezenovaných výsledků bylo dosaženo při řešení granového projeku FR MŠMT G1/762. Klíčová slova: MATLAB, řízení v reálném čase, eplovzudušný agregá 1 Možnosi programového sysému MATLAB MATLAB je špičkové prosředí pro vědeckoechnické výpočy, modelování, simulaci, prezenaci a analýzu da. Slouží jako násroj pro pohodlnou inerakivní práci i pro vývoj širokého spekra aplikací. Pokud máme nainsalovaný REAL TIME TOOLBOX, ak můžeme pomocí MATLABu řídi reálné procesy. Teno oolbox umožňuje okamžiý přísup k vnějším analogovým a digiálním signálům, provádě sběr da se zajišěným pravidelným vzorkováním a jejich další zpracování. Je založen na jádře reálného času a ovladačích populárních přídavných kare pro vsup a výsup signálů. Lze používa buď radiční syl MATLABu příkazovou řádku, nebo grafické uživaelské rozhraní, nebo výkonnou knihovnu sysému SIMULINK. Pro propojení s reálným procesem lze použí jak měřicí kary, ak i sériové rozhraní PC [USER MANUAL. 1997b]. 2 Popis laboraorního modelu Model eplovzdušného agregáu je vořen žárovkou napájenou z řidielného zdroje napěí a z veniláoru, kerý je rovněž napájen pomocí řidielného zdroje napěí. Žárovka vyváří epelný a svěelný zdroj. Je umísěná v kryém unelu, kerým je profukován vzduch pomocí veniláoru, viz obr. 1. V unelu je umísěno 6 snímačů: Tři snímače eploy: ermisor T3 - měří eplou baňky žárovky, ermisor T2 - měří eplou vzduchu v bezprosřední blízkosi baňky žárovky, ermisor T1 - měří eplou vzduchu v zadní čási unelu. Foodeekor: foorezisor FR1 měří jas žárovky. Termoanemomer: je vořen dvěma ermisory, první je umísěn v unelu a měří rychlos proudění vzduchu - TA, druhý referenční ermisor RT není proudem vzduchu ovlivňován. Objemový vrulkový průokoměr: VP - měřící vrulka s připojeným snímačem oáček.

2 Obr. 1. Schéma laboraorního modelu eplovzdušného agregáu Model je připojen k PC pomocí mulifunkční kary AD512, kerou sejně jako program MATLAB dodává firma HUMUSOFT. Tao kara má ovladače přímo v REAL TIME TOOLBOXu a umožňuje pracova se vzorkovací frekvencí do 1 khz a rozsahy vsupních/výsupních signálů ± 1V, ± 5V, 1V, 5V [USER MANUAL. 1997a]. V laboraorním modelu jsou vsupní/výsupní signály v rozsahu 1V a kara pracuje s vzorkovací periodou,1 s. 3 Vyvořený ovládací modul Ovládací modul byl vyvořen v programovém sysému MATLAB 5.3/REAL TIME TOOLBOX Po správné spušění programu musíme zada cesu pracovnímu adresáři. Program spusíme z příkazové řádky MATLABu napíšeme-li jeho název model. Oevře se nám okno hlavního programu pro řízení eploy eplovzdušného agregáu nebo průoku vzduchu v unelu (viz. obr.2.). Okno obsahuje yo položky: Grafy nasavení okna grafu. Žárovka nasavení paramerů pro řízení eploy agregáu. Veniláor nasavení paramerů pro řízení veniláoru. Čas zobrazuje čas řízení. Sar spusí samoné řízení. Konec opušění programu.

3 Obr. 2. Hlavní okno modulu pro řízení s laboraorním modelem Po akivaci volby Grafy se nám oevře okno viz. obr. 3. V omo okně si můžeme vybra, kerou hodnou budeme chí zobrazova. Dále zde můžeme nasavi rozsah časové osy a po kolika sekundách budeme chí obnovova graf. Volba Žárovka oevře okno s následujícím výběrem (obr. 4), sejné okno se oevře i po zadání volby Veniláor: Typ signálu: Konsana - generuje po celou dobu vzorkování konsanní signál o hodnoě k. Sinus - generuje harmonický signál. Obdélník - generuje obdélníkový signál, viz obr. 5. Trojúhelník generuje rojúhelníkový signál. Obr. 3. Nabídka Grafy Obr. 4. Nabídka Žárovka Typ regulace: Dvoupolohová regulace - zde je řeba nasavi paramery reguláoru - hodnou zapnuo a vypnuo a pásmo necilivosi (hyserezi). Vybra žádanou veličinu a hodnou žádané veličiny.

4 PID regulace - zde je řeba nasavi paramery reguláoru: zesílení k p, inegrační T I a derivační T D časové konsany, vybra žádanou veličinu a hodnou žádané veličiny, viz obr. 6. Vysoké zesílení zde je řeba nasavi paramery pro algorimus řízení s vysokým zesílením, kerý je navržen pomocí meody agregace savových proměnných a je popsán vzahem [ZÍTEK, P & VÍTEČEK, A. 1999]: x = θ + ( e e ) + ( e e ) + e d + u 1 τ, (1) u x kde je u x - řídicí veličina (napěí na žárovce), e 1 - regulační odchylka, rozdíl žádané a akuální hodnoy eploy, e 2 - regulační odchylka, derivace odchylky e 1, θ - konsana, T i - časové konsany volené s ohledem na požadovaný průběh uzavřeného sysému řízení. Funkce signum zde je řeba nasavi paramery pro algorimus řízení pracujícím v klouzavém režimu, kerý je popsán vzahem: sl sl = θ sgn + ( e e ) + ( e e ) + e d + u 1 τ, (2) sl u kde je sgn - znaménková funkce. u sa Funkce nasycení - zde je řeba nasavi paramery pro algorimus řízení pracujícím v klouzavém režimu, kerý je popsán vzahem [WAGNEROVÁ, R. 1999]: sa sa sa = θ saθ + ( e e ) + ( e e ) + e d + u 1 τ, (3) kde je sa - funkce nasycení. Obr. 5. Příklad zadávání paramerů signálu Obr. 6. Nasavení paramerů PID reguláoru

5 4 Experimenální ověžení použiých algorimů řízení Vyvořený modul umožňuje experimenování s laboraorním modelem eplovzdušného agregáu, keré pomůže sudenů snadné ověření meod synézy konvenčních algorimů řízení, algorimů navržených pomocí meody agregace savových proměnných nebo nasavení dvoupolohového reguláoru. Příklady výsledků experimenu jsou na obr. 7 a 8. Obr. 6. Řízení eploy agregáu pomocí dvoupolohového reguláoru Obr. 7. Řízení eploy agregáu pomocí PID reguláoru 5 Závěr Pro řízení laboraorního modelu byl použi programový sysém MATLAB/REAL TIME TOOLBOX a mulifunkční měřící kara ADA512. V prosředí MATLAB 5.3/REAL TIME TOOLBOX 2.61 byl vyvořen ovládací modul, kerý umožňuje experimenální ověření seřízení PID reguláoru pomocí jednolivých meod synézy, nasavení dvoupolohového reguláoru a vlasnosi nekonvenčních algorimů řízení navržených pomocí meody agregace savových proměnných. Pokud se řídí jen eploa agregáu, lze vyšeřova robusnos jednolivých algorimů řízení zavedením poruchy, zn. spušěním veniláoru. 6 Lieraura USER MANUAL. 1997a. Humusof ad512. Praha : HUMUSOFT s.r.o., USER MANUAL. 1997b. Real Time Toolbox. Praha : HUMUSOFT s.r.o., 1997b WAGNEROVÁ, R The conrol of ho-air aggregae by using sliding modes. In Proceedings of he 1h Inernaional DAAAM Symposium "Inelligen Manufacuring & Auomaion: Pas - Presen - Fuure." Wiena (Ausria) : DAAAM, 1999, s ISBN ZÍTEK, P & VÍTEČEK, A Návrh řízení podsysému se zpožděním a nelineariami. Praha: vydavaelsví ČVUT, 1999, 165 s. ISBN X.