Automatické řízení: skrytá technologie

Podobné dokumenty
Klasické pokročilé techniky automatického řízení

Zpětná vazba, změna vlastností systému. Petr Hušek

Základy kybernetiky. M. Schlegel ZČU v Plzni, únor, 2002

Řídící systém směšovacího ventilu automatického kotle

Vypracovat přehled způsobů řízení paralelních kinematických struktur s nadbytečnými pohony

Automatizace je proces při němž je řídicí funkce člověka nahrazována činností

Řídicí systém pro každého

Návrh a simulace zkušební stolice olejového čerpadla. Martin Krajíček

CW01 - Teorie měření a regulace

Bezpečnost chemických výrob N111001

Laboratoř řídicích systémů EB306

doc. Ing. Petr Blaha, PhD.

Sestavení diferenciální a diferenční rovnice. Petr Hušek

i β i α ERP struktury s asynchronními motory

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Práce s PID regulátorem regulace výšky hladiny v nádrži

PROSTŘEDKY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Nespojité (dvou- a třípolohové ) regulátory

ZPĚTNOVAZEBNÍ ŘÍZENÍ, POŽADAVKY NA REGULACI

Frekvenční charakteristika soustavy tří nádrží

MĚŘENÍ A REGULACE TEPLOTY V LABORATORNÍ PRAXI

PROTOKOL O LABORATORNÍM CVIČENÍ - AUTOMATIZACE

Témata profilové maturitní zkoušky z předmětu Souborná zkouška z odborných elektrotechnických předmětů (elektronická zařízení, elektronika)

UNIVERZÁLNÍ PID REGULÁTORY

Základy kybernetiky. M. Schlegel ZČU v Plzni, FAV, KKY. Obsah

5.1.1 Nestacionární režim motoru

2. Mechatronický výrobek 17

Modelování elektromechanického systému

D C A C. Otázka 1. Kolik z následujících matic je singulární? A. 0 B. 1 C. 2 D. 3

Osnova přednášky. Univerzita Jana Evangelisty Purkyně Základy automatizace Stabilita regulačního obvodu

VÝVOJ ŘÍDICÍCH ALGORITMŮ HYDRAULICKÝCH POHONŮ S VYUŽITÍM SIGNÁLOVÉHO PROCESORU DSPACE

Spojité regulátory Zhotoveno ve školním roce: 2011/2012. Spojité regulátory. Jednoduché regulátory

Řízení tepelné soustavy pomocí PLC Siemens

Automatizační technika. Regulační obvod. Obsah

Automatické měření veličin

Prostředky automatického řízení Úloha č.5 Zapojení PLC do hvězdy

Vývojové práce v elektrických pohonech

Virtuální instrumentace I. Měřicí technika jako součást automatizační techniky. Virtuální instrumentace. LabVIEW. měření je zdrojem informací:

VY_32_INOVACE_AUT -2.N-09-REGULACNI TECHNIKA. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno

Laborato regula ních systém a prost edk Název prezentace ídicích systém Umíst ní laborato E228 Správce laborato Ing. Št pán O ana, Ph.D.

Flexibilita jednoduché naprogramování a přeprogramování řídícího systému

Nejjednodušší, tzv. bang-bang regulace

Zaměření Pohony a výkonová elektronika. verze

Regulační obvod s měřením regulováné veličiny

Mechatronické systémy struktury s asynchronními motory

Řízení. Slouží k udržování nebo změně směru jízdy vozidla

POUŽITÍ REAL TIME TOOLBOXU PRO REGULACI HLADIN V PROPOJENÝCH VÁLCOVÝCH ZÁSOBNÍCÍCH

Technická kybernetika. Obsah. Principy zobrazení, sběru a uchování dat. Měřicí řetězec. Principy zobrazení, sběru a uchování dat

Řízení. Téma 1 VOZ 2 KVM 1

Přenos signálů, výstupy snímačů

1. Regulace otáček asynchronního motoru - skalární řízení

TECHNICKÉ PARAMETRY INTEC- 1500

15 - Stavové metody. Michael Šebek Automatické řízení

Výměníkové stanice pára - voda. Znalosti - klíč k úspěchu Materiál připravil Ing. Martin NEUŽIL, Ph.D

Ivan Švarc. Radomil Matoušek. Miloš Šeda. Miluše Vítečková. c..~"f~ AKADEMICKÉ NAKlADATEL.STVf. Brno 20 I I

Ladění regulátorů v pokročilých strategiích řízení

Diferenciální rovnice a jejich aplikace. (Brkos 2011) Diferenciální rovnice a jejich aplikace 1 / 36

POČÍTAČOVÉ ŘÍZENÍ TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologíı Ústav automatizace a měřicí techniky v Brně

Regulační obvod s měřením akční veličiny

SEBELOKALIZACE MOBILNÍCH ROBOTŮ. Tomáš Jílek

Regulační obvody se spojitými regulátory

Osnova přednášky. Univerzita Jana Evangelisty Purkyně Základy automatizace Vlastnosti regulátorů

POČÍTAČOVÉ ŘÍZENÍ TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ

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

VLIV VELIKOSTI VZORKOVACÍ PERIODY NA NÁVRH DISKRÉTNÍHO REGULAČNÍHO OBVODU

Robotické architektury pro účely NDT svarových spojů komplexních potrubních systémů jaderných elektráren

Srovnání PID regulace a anisochronního řízení na PLC Tecomat Foxtrot

Mechatronika ve strojírenství

Elektromechanické akční členy (2-0-2)

Obsah DÍL 1. Předmluva 11

POČÍTAČOVÉ ŘÍZENÍ TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ

SENZORY PRO ROBOTIKU

Řízení tepelné soustavy s dopravním zpožděním pomocí PLC

Základy řízení systémů 1. Přednáška

Tespo engineering s.r.o., Roubalova 7a, Brno, tel.: , fax : info@tespo-eng.cz ;

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Produkty Woodward pro řízení kompresorů. Veinfurt s.r.o. Houškova 31, Plzeň Česká republika

Osnova přednášky. Programové prostředky řízení Vzdálené a virtuální laboratoře. Úvod. Co je vzdálená a virtuální laboratoř?

SYMPATIK Vila Aku. Obrázek RD

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Zvyšování kvality výuky v elektrotechnických oborech

Fakt. Každou soustavu n lineárních ODR řádů n i lze eliminací převést ekvivalentně na jednu lineární ODR

Prostředky vnější regulace tkacího procesu

Aut 2- regulační technika (2/3) + prvky regulačních soustav (1/2)

PŘECHODOVÁ CHARAKTERISTIKA

Srovnání kvality snímání analogových veličin řídících desek se signálovým procesorem Motorola DSP56F805. Úvod. Testované desky

Úloha 5 Řízení teplovzdušného modelu TVM pomocí PC a mikropočítačové jednotky CTRL

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P03 MECHANIKA TUHÝCH TĚLES

Řídící systémy hydraulických procesů. Cíl: seznámení s možnostmi řízení, regulace a vizualizace procesu.

Automatizační technika. Obsah

VŠB - Technická univerzita Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra měřicí a řídicí techniky. Samonastavitelné regulátory v prostředí PLC

Knihovna RexLib TXV šesté vydání prosinec 2010 změny vyhrazeny

2. Dynamika hmotného bodu

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Aplikace číslicového řízení

PROGRAMOVÁNÍ ROBOTŮ LEGO MINDSTORM S VYUŽITÍM MATLABU

CW01 - Teorie měření a regulace

Optimalizováno pro malé výkony

Laboratoře integrované automatizace

Transkript:

Automatické řízení: skrytá technologie Brzy bude téměř všechno inteligentní Miloš Schlegel ZČU v Plzni, FAV, Katedra kybernetiky Říjen, 2007 Signálové obvody savčí buňky 1

Obsah Úvodní mini-kurz automatického řízení Historická exkurze FAV / KKY a Rexcontrols: pro praxi Mechatronická laboratoř Videa z naší laboratoře Závěr Úvodní mini-kurz automatického řízení 2

Zpětnovazební řízení Regulátor Proces Součásti regulační smyčky: P řízený systém (proces) C zpětnovazební regulátor F dopředný filtr r požadovaná (referenční) veličina e regulační odchylka d porucha na vstupu procesu n porucha na výstupu procesu (šum měření) Návrh regulátoru C Regulátor Proces Základní požadavky na funkci regulační smyčky: Zajistit aby regulovaná veličina y sledovala požadovanou hodnotu r Zajistit necitlivost chování smyčky ke změnám procesu P Potlačit vliv poruchy d na rgl e uovanou veličinu y Potlačit vliv šumu n na akční veličinu u Stabilita, Robustnost, Kvalita řízení 3

Prakticky neřiditelný systém Obtížně řiditelný systém 4

Další obtížně řiditelné soustavy Start raketoplánu Tlačení vozíku Inverzní kyvadlo na vozíku f mg m l ϕ M čep m hmota kyvadla l g M f ϕ x J délka kyvadla gravitační zrychlení hmota vozíku urychlovací síla úhel kyvadla poloha vozíku moment setrvačnosti kyvadla x 5

Autonomní systém x = f( x), x(0) = x (*) x R, f : R R 0 n n n Dynamický systém x je stav systému x je rychlost pohybu stavu ve stavovém prostoru n n f : R R je vektorové pole definující x množina rovnovážných stavů : { x f( x) = 0} Systém s řízením x = f( xu, ), x(0) = x (**) x R, u R, f : R R R n m n m n 0 řízení u řídí vektorové pole f( xu, ) Lineární systém x = Ax+ Bu, x(0) = x (***) x R, u R, A R, B R n m n n n m 0 x 2 x 2 x 1 rovnovážný stav u + u x 1 0 Stabilita Stavový model lineárního systému x = Ax+ Bu, x(0) = x (***) x R, u R, A R, B R n m n n n m Systém (***) je stabilní, jestliže všechna vlatní čísla matice A mají zápornou reálnou část. stabilní poloha kyvadla nestabilní poloha kyvadla 6

Řiditelnost x = Ax+ Bu, (*) x R, u R, A R, B R n m n n n m x je stav systému, u je řízení x 2 Systém (*) je řiditelný, jestliže je libovolný počáteční stav x převoditelný řízením u na 0 konečném intervalu do počátku stavového n prostoru R. u(.) x 0 x 1 Systém (*) je řiditelný právě tehdy, jestliže = n 1 rank B AB A B n. Stavová zpětná vazba x = Ax+ Bu, (*) x R, u R, A R, B R n m n n n m σ ( A) Im Zpětnou vazbu u = Fx, F R m n nazýváme lineární stavovou zpětnou vazbou. Uzavřený systém je potom popsán rovnicí x = ( A+ BF) x Re Jestliže je systém (*) řiditelný, potom mu lze přiřadit stavovou zpětnou vazbou libovolná vlastní čísla. Tedy pro libovolnou symetrickou { λ λ } 1 množinu Λ= 1,, n existuje stavová zpětná vazba F takova, že Λtvoří množinu vlastních čísel matice A+ BF ( neboli σ ( A+ BF ) =Λ). σ ( A+ BF) Im Re Λ je symetrická jestliže λ Λ λ Λ 1 7

Realizace stavového regulátoru Stav řízeného systému je měřitelný. řízený systém u + + k 1 x x 1 2 k 2 xn + regulátor k n řízený systém u y Stav řízeného systému je neměřitelný. F rekostruktor stavu x regulátor Příklad: regulace rychlosti automobilu F F = ma m o ku bv= mv mv + bv= ku msv() s + bv() s = ku() s ( ms+ bv ) () s = ku() s Přenos mezi řízením u a rychlostí v: V() s k Ps () = = U( s) ms+ b u Ps () v Návrh regulátoru rychlosti spočívá v nalezení vhodného přenosu regulátoru Cs (), * který zajistí v () t = vt (), t. * v e Cs () u Ps () v 8

PI regulátor * v e Cs () u Ps () v Zákon řízení PI regulátoru t = P + I v 0 ut () Ket () K e( τ) dτ K a K jsou návrhové parametry regulátoru. P I PI regulátor reguluje na nulovou odchylku v ustáleném stavu při konstantní poruše a požadované hodnotě. * v Historická exkurze 9

Wattův odstředivý regulátor (1781) zátěž parní stroj otáčky odstředivá síla regulační ventil pára Wattův odstředivý regulátor Nejstarší odstředivé regulátory pracovaly uspokojivě. Vážné problémy nastaly kolem roku 1868: 75 000 regulátorů v Anglii kmitalo! Královský astronom Airy (1840, 1851) První teoretická práce o zpětné vazbě Maxwell (článek On governors, 1868) Vyšněgradského analýza (1876) 10

První průmyslový PID regulátor Taylor Instrumets (1940) Řízení počítačem 1955* počítač časovač A/D Algoritmus D/A Proces pionýrské období 1955, přímé číslicové řízení 1962, minipočítače 1967, mikropočítače 1972, programovatelné automaty, signálové procesory 1980, víceprocesorové prostředky 1990 11

Současný průmyslový regulátor Příklad ze současnosti Osobní vozítko Nakloň se dopředu a pojedeš dopředu. Nakloň se více a pojedeš rychleji. Narovnej se a zastavíš. Nakloň se dozadu a pojedeš dozadu. Otoč zápěstím na příslušnou stranu a zatočíš. 12

Vložené systémy Odhaduje se, že v roce 2010 bude kolem 90% veškerého programového kódu implementováno do vložených systémů. Kolem roku 2020 bude téměř všechno inteligentní. Dramaticky vzroste složitost. Např. vložené systémy do automobilu budou obsahovat: tisíce funkcí, 10M řádek kódu, 5 různých sběrnic, 80 mikrokontrolérů. Jak takové systémy spolehlivě navrhovat, oživovat a aktualizovat? 13

14

15

KKY a Rexcontrols: pro praxi 16

Řídicí systém REX Konfigurace Diagnostika Vizualizace OPC klienti RexDraw Simulink RexView IExplorer Genesis 32 Soubor.mdl Diagnostika Vizualizace Excel In Touch RTW RexComp Control Desk Automation RexAutSv Control Web Host Vývoj a vizualizace PCI TCP/IP DCOM OPC Komunikace Target dspace Soubor.rex RexCore TCP/IP RexOPCsv Řízení v reálném čase OPCSvr1 IODrv EbcDrv AdvDrv MbDrv OPCDrv OPC OPCSvrM Technologický proces Knihovna pokročilých algoritmů pro vložené řízení Inteligentní regulátory: PID s automatickým naladěním Regulátor pro aktivní tlumení vibrací s automatickým naladěním Prediktivní regulátor Regulátor teploty s klouzavým režimem a automatickým naladěním dv mv sp dmv pv de SAT tv TBSY hv TE ite MAN trem IH pk pti TUNE ptd TBRK pnd pb TAFF pc ips mv dmv UP ub SAT HS DN LS MUP pos MDN mdv DVC MR MAN SCUV y UP HS DN LS MVD u y SOPDT PIDMA 17

Poháněcí stanice pasové dopravy na kráčejícím pontonu Kráčející ponton 18

Kráčející ponton pohled shora Hydraulický systém tlapy se třemi stupni volnosti 19

Aktivní tlumení vibrací 20

Princip aktivního tlumení lopatky 21

Oblasti stroje: Forma textilního materiálu: rozvolňovací válec Ø226,6 2300 ot./min Mykací stroj podávání a rozvolňování mykání snímání odvádění protahování ukládání rouno pavučina pramen 300-1000g/m 4,8-13,9 g/m 2,8-6,3g/m tambur (hlavní válec) pevná víčka podávací v. Ø57,2 vstup materiálu snímač TORQ Ø1287 400-600 ot./min snímací v. Ø304,8 odváděcí válce snímač TRUMPET průtažné ústrojí svinování pramene konev 22

Průtažné zařízení mykacího stroje Princip regulace TORQ podávací váleček proces mykání TRUMPET průtažné ústrojí v 1 v 2 v 3 h 3 T 3 M v 0 T 1 SM FM G w R w + + + v 00 v 30 + + + R 1 R 2 F NF R 3 R 4 T 3 * D 13 R 1 dopředná vazba od monentu na podávacím válečku (TORQ) R 2 zpětnovazební regulace od jemnosti pramene před průtahem (TRUMPET) R 3 dopředná vazba od jemnosti pramene před průtahem (TRUMPET) R 4 zpětnovazební regulace od výstupní jemnosti pramene (h 3 ) 23

Experimentální vyhodnocení V3, TRUMP, h3 4.2 7 4.15 6 5 4.1 4.05 4 4 3.95 3 2 3.9 3.85 3.8 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 7.88 7.9 7.92 7.94 7.96 7.98 8 8.02 8.04 8.06 R1,R2,R3,R4 zap Operátorský interface 24

Tryskový stav nové generace Zkušební provoz 25

Řízení motorů Regulace teploty v zónách plastikářského lisu 26

Princip funkce plastikářského lisu Zóna s elektrickým topením a vzduchovým chlazením elektrické topení chladící vzduch 27

Zjednodušený fyzikální model pro jednu zónu ventilátor ohřívané těleso elektrické topení kovová tyč w e regulátor u d proces n y w požadovaná teplota v zóně, e regulační odchylka, d porucha (změna vstupní teploty suroviny), u akční veličina výstup regulátoru, n šum čidla teploty, y skutečná teplota taveniny PC program pro ladění PID regulátorů PMATune 28

Průmyslový regulátor s PID autotunerem vyvinutým na FAV www.pidlab.com Applet PIDLab Tvarování Nyquistovy křivky jedním "tvarovacím bodem" : P( jω) = a( ω) + jb( ω) ki CPI ( jω) = k j ω! ki L( jω) = k j ( a( ω) jb( ω) ) u jv ω + = + a( ω) u+ b( ω) v k = 2 2 a ( ω) + b ( ω) k i = [ a( ) v b( ) u] ω ω ω 2 2 a ( ω) + b ( ω) u+ jv k L( jω) Im k i Re SCHLEGEL, M.; MERTL, J.; ČECH, M. Generalized robustness regions for PID controllers. In Process Control 03. Bratislava : Slovac University of Technology, 2003. s. 108-114. ISBN 80-227-1902-1. VEČEREK, O.; SCHLEGEL, M. Design of H-infinity PI controllers by robustness regions method. In Process control 2004. Pardubice : University of Pardubice, 2004. s. 1-9. ISBN 80-7194-662-1. 29

Mechatronická laboratoř 30

Vzdálená a virtuální laboratoř AŘ 31

Rotační inverzní kyvadlo Míč na rotujících discích 32

Kulička na elipse Planární robot 33

Aktivní tlumení vibrací Dvoukolové vozítko 34

Laboratorní model procesu s topením a chlazením 35