Model helikoptéry H1



Podobné dokumenty
Pro model vodárny č. 2.; navrhněte a odzkoušejte vhodné typy regulátorů (P, PI, I, PD a PID), za předpokladu, že je:

Západočeská univerzita. Lineární systémy 2

Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd KKY/LS2. Plzeň, 2008 Pavel Jedlička

Studijní opory k předmětu 6AA. 6AA Automatizace. Studijní opory k předmětu. Ing. Petr Pokorný 1/40 6AA AUTOMATIZACE 6AA - cvičení

Ṡystémy a řízení. Helikoptéra Petr Česák

Filmová odparka laboratorní úlohy

ÚLOHA R1 REGULACE TLAKU V BRÝDOVÉM PROSTORU ODPARKY

Zpětná vazba, změna vlastností systému. Petr Hušek

s požadovaným výstupem w(t), a podle této informace generuje akční zásah u(t) do

Obrázek č. 7.0 a/ regulační smyčka s regulátorem, ovladačem, regulovaným systémem a měřicím členem b/ zjednodušené schéma regulace

Bezkontaktní měření vzdálenosti optickými sondami MICRO-EPSILON

PROTOKOL O LABORATORNÍM CVIČENÍ - AUTOMATIZACE

Laboratorní cvičení z oboru I

OCHRANA VOJENSKÝCH OBJEKTŮ PROTI ÚČINKŮM VÝKONOVÝCH ELEKTROMAGNETICKÝCH POLÍ, SIMULACE EMC FILTRŮ

Mechatronické systémy s krokovými motory

Ing. Petr BLAHA, PhD. Prof. Ing. Petr VAVŘÍN, DrSc.

Stanovení typu pomocného regulátoru v rozvětvených regulačních obvodech

KYBERNETIKA. Prof. Ing. Vilém Srovnal, CSc. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

Osnova přednášky. Univerzita Jana Evangelisty Purkyně Základy automatizace Vlastnosti regulátorů

Obrázek č. 1 : Operační zesilovač v zapojení jako neinvertující zesilovač

Fyzikální praktikum 1

Srovnání PID regulace a anisochronního řízení na PLC Tecomat Foxtrot

Srovnání SRM s Flynnovým motorem

Příklady k přednášce 13 - Návrh frekvenčními metodami

Stud. skupina: 3E/96 Číslo úlohy: - FSI, ÚMTMB - ÚSTAV MECHANIKY TĚLES, MECHATRONIKY A BIOMECHANIKY REAL TIME CONTROL

Vývojové práce v elektrických pohonech

Nastavení konstant regulátoru PID

FU-48 / 72 / 86 / 96 série

Konfigurace řídicího systému technikou Hardware In The Loop

ANALÝZA MĚŘENÍ TVARU VLNOPLOCHY V OPTICE POMOCÍ MATLABU

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Netlumené kmitání tělesa zavěšeného na pružině

Pozorovatel, Stavová zpětná vazba

Ele 1 elektromagnetická indukce, střídavý proud, základní veličiny, RLC v obvodu střídavého proudu

Technická specifikace

Vítězslav Stýskala TÉMA 2. Oddíl 3. Elektrické stroje

PROSTŘEDKY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Zlepšení vlastností usměrňovače s kapacitní zátěží z hlediska EMC

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Ústav mechaniky těles. Ing. Petr Krejčí

Úloha č. 8 Vlastnosti optických vláken a optické senzory

Zásady regulace - proudová, rychlostní, polohová smyčka

CW01 - Teorie měření a regulace

Nejjednodušší, tzv. bang-bang regulace

Vypracoval. Jakub Kákona Datum Hodnocení

Fakulta elektrotechnická. Podpora výuky řídicí techniky

plynu, Měření Poissonovy konstanty vzduchu

13. Budící systémy alternátorů

PID mikroprocesorový regulátor THP35

Optimalizace regulátorů

ZPĚTNOVAZEBNÍ ŘÍZENÍ, POŽADAVKY NA REGULACI

Návrh frekvenčního filtru

ZRYCHLENÍ KMITAVÉHO POHYBU

CS OTE. Dokumentace pro externí uživatele

13 - Návrh frekvenčními metodami

dtron 16.1 Kompaktní mikroprocesorový regulátor

Měření logaritmického dekrementu kmitů v U-trubici

Zaměření Pohony a výkonová elektronika. verze

Zeemanův jev. Pavel Motal 1 SOŠ a SOU Kuřim, s. r. o. Miroslav Michlíček 2 Gymnázium Vyškov

Regulované soustavy Zhotoveno ve školním roce: 2011/2012

Technologický postup. Technologický postup Funkční návrh procesní technologie. Funkční návrh procesní technologie

Laboratorní úloha KLS 1 Vliv souhlasného rušení na výsledek měření stejnosměrného napětí

MODELOVÁNÍ TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ VE VÝUCE AUTOMATIZACE

Číslicový otáčkoměr TD 5.1 AS


1. Obecná struktura pohonu s napěťovým střídačem

Snížení transientního jevu při přechodu asynchronního motoru napájeného z měniče kmitočtu na napájení ze sítě

Opravné prostředky na výstupu měniče kmitočtu (LU) - Vyšetřování vlivu filtru na výstupu z měniče kmitočtu

Operativní řízení odtoku vody z nádrže za průchodu povodně Starý, M. VUT FAST Brno, Ústav vodního hospodářství krajiny

25.z-6.tr ZS 2015/2016

Regulátor MaxVU. Stručný návod k použití

v Praze mezi kanály EEG Ondřej Drbal 5. ročník, stud. sk. 9

13. NASTAVENÍ PARAMETRŮ SERVOPOHONŮ A JEJICH ŘÍZENÍ PLC PROGRAMEM

[ db ; - ] Obrázek č. 1: FPCH obecného zesilovače

Nastavení parametrů PID a PSD regulátorů

Zvyšování kvality výuky v elektrotechnických oborech

Laboratorní úloha č. 4 MĚŘENÍ STATICKÝCH A DYNAMICKÝCH VLASTNOSTÍ PNEUMATICKÝCH A ODPOROVÝCH TEPLOMĚRŮ

Teorie elektronických

Tucet způsobů měření otáček ISESem

Experimentální realizace Buquoyovy úlohy

Podívejte se na časový průběh harmonického napětí

1. Regulace proudu kotvy DC motoru

Fyzikální laboratoř. Kamil Mudruňka. Gymnázium, Pardubice, Dašická /8

Rezonanční elektromotor

Řízení motoru Mendocino

Oscilace tlaku v zařízeních dálkového vytápění

Voděodolný tloušťkoměr MG-401 Obsah:

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují. s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje

Ú vod. Vlastnosti a výhody. Sekce katalogu Regulátory rychlosti ventilátorů Informace o výrobku P255MM/ML Datum vydání 0503/0503CZ Rev.

Gramofonový přístroj NC 440

Operační zesilovač, jeho vlastnosti a využití:

4. Zpracování signálu ze snímačů

Montážní a provozní návod

Otočný stůl nové koncepce pro multifunkční obráběcí centrum

Vnější autodiagnostika Ing. Vlček Doplňkový text k publikaci Jednoduchá elektronika pro obor Autoelektrikář, Autotronik, Automechanik

Optické komunikace II Optické útlumové články

Výpočtová studie 2D modelu stroje - Frotor

popsat princip činnosti čidel rychlosti a polohy samostatně změřit zadanou úlohu

TZB - VZDUCHOTECHNIKA

Elektromagnetický oscilátor

Transkript:

Model helikoptéry H Jan Nedvěd nedvej@fel.cvut.cz Hodnoty a rovnice, které jsou zde uvedeny, byly naměřeny a odvozeny pro model vrtulníku H umístěného v laboratoři č. 26 v budově Elektrotechnické fakulty na Karlově náměstí. Měření bylo provedeno v rámci předmětu Systémy a řízení strukturovaného studia.. Ověření správnosti modelu Obr.. Model helikoptéry (pohled shora) Pro návrh regulátorů jsou použity vztahy získané z měření v předmětu Systémy a modely []. Jejich ověření na modelu potvrdilo jejich správnost (identifikace [2]). Vztah () udává klidový pracovní bod helikoptéry pro jehož okolí byla provedena identifikace modelu z níž byl získán přenos (2). Na obrázku Obr. 2. je možno vidět porovnání naměřené a identifikované přechodové charakteristiky. u u H V ( t),65 ( t),9 ().9.8 nam erena identifik ovana.7.57 P v ( s) (2) s (,333s 3 Strojové jednotky.6.5.4.3.2..5.5 2 2.5 t[s ] Obr. 2. Identifikace přechodové charakteristiky vedlejšího motoru

2. Návrh regulátorů a) metodou Ziegler-Nichols Metoda udává pro tento model přenosy regulátorů zapsané v tabulce Tab... Ze simulace na Obr. 3. je patrno, že soustava řízená výslednými regulátory má velice špatné vlastnosti (velký překmit, dlouhá doba ustálení). Soustava řízená regulátorem PI navrženým touto metodou vyšla nestabilní. P C ( s), PD C ( s),38( s +,4356) PDf C ( s) ( s +,4356),38 s + 4,356.6.4.2 P PD PDf PID PIDf PID C( s) PIDf C ( s) ( s +,43)( s,85 ),27 + s,27 ( s +,43)( s +,85 ) s + 8,5.8.6.4.2 Tab.. Přenosy regulátorů navržených pomocí Ziegler-Nichols 2 4 6 8 2 4 6 8 t (sec) Obr. 3. Porovnání přechodových charakteristik reg. smyčky s regulátory navržených metodou Zielger-Nichols b) frekvenčními metodami Touto metodou jsem navrhl jen dva regulátory, protože pro reálný model jsem byl omezen velikostí překmitu. Napětí na vedlejším motoru může dosahovat hodnot od do V a když se pracovní bod nachází v záporné části, nelze jít do kladné a měnit směr otáčení rotoru. Regulátory takto navržené mají skutečně hodnotu zvolené fázové bezpečnosti, ale výsledný překmit nelze předem určit. Typ Přenos PD ( s) 3,3(,58s,53 PI ( ) ( 2,9s C s PM [ ] GM [db] Doba ustálení pro pásmo 2% [s] Překmit [%] C 45 4.69 24 25 7.5 4 58 s Tab. 2. Vlastnosti soustavy řízené regulátory navrženými frekvenčními metodami 2

V tabulce Tab. 2. jsou zobrazeny vlastnosti soustavy při použití navržených regulátorů. Samotný PI regulátor má dosti dlouhou dobu ustálení a hodně vysoký překmit. Proto je k řízení helikoptéry nevhodný. Samotný systém má jeden pól v nule, což způsobuje, že od určitého zesílení je model nestabilní. Navíc přidáním dalšího pólu do nuly se stává systém zcela nestabilním a integrační složka ještě zpomaluje celý děj. Proto se návrhem tohoto typu již dále nezabývám. Navržený PD regulátor má oproti předchozímu výborné vlastnosti a je dál použit na modelu. Charakteristiky obou typů regulátorů zapojených do soustavy jsou na Obr. 4..6.4.2.8.6.4.2 2 3 4 5 6 t (sec) Obr. 4. Porovnání přechodových charakteristik reg. smyčky s regulátory navrženými frekvenčními metodami PD PI c) metodou GMK Pro návrh jsem jako základ použil regulátor PD navržený frekvenční metodou a postupnými úpravami snížil překmit a zrychlil dobu ustálení řízené soustavy pro stejný typ. Další typy regulátorů pak vycházeli z jeho přenosu. Při návrhu PID jsem dodržoval poměr ω i,ω d a pro návrh regulátorů s filtrem poměr ω f ω d. Vlastnosti řízené soustavy při použití navržených regulátorů jsou v tabulce Tab. 3. spolu s jejich přenosy a přechodové charakteristiky řízené soustavy jsou na obrázku Obr. 5. Typ Přenos PD ( s),65(,58s PDf,65 ( ) (,58s s PID ( ) PIDf ( ) PM [ ] GM [db] Doba ustálení pro pásmo 2% [s] Překmit [%] C 66,6 7, 2,4 2 C 63,6 4,4 3,36 4,58s +,4(,5s ( 5s C s 47,7 4,2,8 27 s,78(,5s ( 5s C s 26 6,33 8,36 56 s,5s + ( ) Tab. 3. Vlastnosti soustavy řízené regulátory navrženými pomocí GMK 3

.4.2.8.6.4 P D P Df P ID P IDf poz adovany az im ut.2 -.2 5 5 t(s ec ) Obr. 5. Porovnání přechodových charakteristik reg. smyčky s regulátory navrženými pomocí GMK 3. Porovnání jednotlivých regulátorů Z grafů a tabulek uvedených u jednotlivý metod návrhu vyplývá, že nejlepší regulátory vznikly pomocí metody GMK. U metody Ziegler-Nichols jsem nevypracoval přehledovou tabulku vlastností, protože při pohledu na přechodové charakteristiky jsem pro tento model tuto metodu zavrhl. 4.Odzkoušení regulátorů na reálném modelu strojove jednotky.2.8.6.4.2 -.2-4 -2 2 4 6 8 2 4 6 Obr. 6. Chyba měření polohy helikoptéry Měření na modelu bylo zatíženo chybou, kterou způsobovalo polohové čidlo u a měla náhodný charakter. Provedl jsem měření výstupu čidla a získal průběh zobrazený na obrázku Obr. 6. Je na něm patrno, že při náhodných polohách dochází ke skokové změně a to způsobí, že regulátor dostává zpětnou vazbou jiný než na kterém se helikoptéra ve skutečnosti nachází, což způsobuje chyby v regulaci. Porovnání naměřených a teoretických průběhů regulace soustavy je pro rozdílné typy regulátorů zobrazeno na obrázcích Obr. 7. Obr.. Na některých průbězích je možno chybu pozorovat a těžko říci, jak moc jsou jí ovlivněny. 4

.45.45.4.4.35.3.25.2 PDreal PDteo Pozadovany.35.3.25.2.5 PDfreal PDfteo Pozadovany.5...5.5 5 5 Obr. 7. Porovnání teoretického a naměřeného průběhu pro PD regulátor navržený GMK -.5 5 5 Obr. 8. Porovnání teoretického a naměřeného průběhu pro PDf regulátor navržený GMK.7.6 PIDreal PIDteo Pozadovany.6.5 PIDfreal PIDfteo Pozadovany.5.4.4.3.3.2.2.. 5 5 Obr. 9. Porovnání teoretického a naměřeného průběhu pro PID regulátor navržený GMK -. 5 5 Obr.. Porovnání teoretického a naměřeného průběhu pro PIDf regulátor navržený GMK Na obrázku Obr.. jsou porovnány průběhy akčních zásahů PD regulátorů. Je zde dobře vidět rozdíl mezi regulátorem s filtrem a bez něho. Filtr způsobuje, že derivační špička je realizovatelná a motorek vedlejšího rotoru je schopen tento zásah lépe uskutečnit. Obdobu předchozího je možno pozorovat na obrázku Obr. 2. pro PID regulátory. 5

4 35 PD PDf 7 6 PID PIDf 3 5 strojove jednotky 25 2 5 strojove jednotky 4 3 2 5 5 5 Obr.. Porovnání naměřených akčních zásahů pro PD regulátor s filtrem a bez něho, navržených pomocí GMK 5 5 Obr. 2. Porovnání naměřených akčních zásahů pro PID regulátor s filtrem a bez něho, navržených pomocí GMK 5. Závěr K návrhu regulátorů pro tento systém jsem s největším úspěchem využil metody GMK, ale jako výchozí přenos jsem použil vztah získaný frekvenčními metodami. Zvolil jsem dostatečně vysokou fázovou bezpečnost a drobnými změnami se snažil dosáhnout rychlejší odezvy s menším překmitem. Na reálném modelu nejlépe fungoval regulátor PID a PDf, protože navedení na požadovaný kurs probíhalo bez kmitů a tak se otáčky pomocného rotoru příliš prudce neměnily. Nulové regulační odchylky jsem na reálném modelu nedosáhl ani pro jeden typ, což bylo nejspíše způsobeno vstupní necitlivostí motorku pohánějícího pomocnou vrtuli. Soupis použité literatury a materiálů [] Nedvěd Jan, M. Laboratorní úloha z předmětu SAM Helikoptéra, 25 [2] Fenclová, M. Pech, Z Suková, M. Teorie automatického řízení Návody ke cvičení. Praha: Vydavatelství ČVUT, 998. 6