Upload
hahanh
View
236
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Manipulatoare si roboti industriali
Conf.dr.ing. Marian Poboroniuc
Manipulatoare si roboti industriali 2
Elemente introductive legate de controlul robotilor manipulatori
Control clasic
Regulator PID
Control cu metode avansate
Regulatoare bazate pe model intern
Regulatoare predictive
Regulatoare neuronale
Regulatoare fuzzy
Manipulatoare si roboti industriali 3
Regulatorul PID
In general structura de reglare se prezinta astfel:
Functia de transfer a regulatorului PID continuu:
dt
deKdteKeKu DIP
Actionare & SistemRegulator
Referinta = y dorit
Iesiree u y
Notatii: u, y, …
Manipulatoare si roboti industriali 4
Regulatorul PID In proiectarea regulatorului PID se va tine cont:
de limitele fizice ale sistemului de actionare (umax si umin)
de viteza de crestere admisibila a semnalului de intrare.
Astfel structura “Actionare & Sistem” poate fi vazuta ca:
Exemplu Matlab
u yIesire regulator
Eroare
Umax
Umin
Manipulatoare si roboti industriali 5
Timp de crestere
Timp de crestere a marimii de iesire de la 10% la 90% din valoarea finala yst.
Timp de stabilizare
Timp in care marimea de iesire creste de la valoarea initiala pana la o valoare incadrata in intervalul de eroare dorit din jurul yst.
Indici de calitate pe baza raspunsului sistemului
Intrare sistem
Timp de stabilizare
Timp de crestere
yst- val de regim stationar
Manipulatoare si roboti industriali 6
Eroarea stationara
est = referintast – yst
Eroarea activa maxima (diferenta intre valoarea iesirii pentru primul varf al oscilatiei in jurul yst si valoarea yst)
σ1 = ymax – yst
Suprareglarea
Indici de calitate pe baza raspunsului sistemului
100y
[%]st
1
Manipulatoare si roboti industriali 7
Actiunea componentei proportionale
Caracterizata de: Δu(t)=KP*Δe(t)
Consecinte ale utilizarii regulatorului tip P:
• reduce timpul de crestere
• scade (dar nu elimina niciodata) eroarea statica
• LIMITE: imposibilitate de eliminare a erorilor de regim permanent, dupa o schimbare de punct de functionare sau a unei variatii a sarcinii (exp. masuratoarea nu poate egala referinta – exista considerente tehnice).
! O variatie corectiva a actiunii proportionale a regulatorului nu poate avea loc decat daca eroarea nu este nula => eroarea este impiedicata de fapt sa ajunga la 0.
Manipulatoare si roboti industriali 8
Actiunea componentei integrale
Iesirea regulatorului PI este de forma
Ti – constanta de timp de integrare (reprezinta timpul necesar ca amplitudinea iesirii regulatorului sa atinga amplitudinea unei variatii in treapta la intrarea regulatorului).
t
0i
0IP dt)t(eT
1udteKeKu
Eroare const.
Iesire regulator
t0 t0+Ti
Iesire regulator integrator pur
i
Tit
t
I regulator eTedty
Ptr. e=ct
Manipulatoare si roboti industriali 9
Actiunea componentei integrale
! Regulatorul PI permite eliminarea erorii stationare.
? Nu e utilizat singur deoarece efectul sau nu devine sensibil decat daca eroarea dureaza de un anumit timp.
Problema – saturatia integralei se poate produce daca iesirea regulatorului atinge o limita fizica a actionarii (de exp. 100%). Pentru a reduce eroarea masura-referinta blocul PID incearca sa creasca valoarea actionarii. Aceasta nu produce nici un efect deoarece sistemul de actionare are iesirea pe maxim. In acest timp valoarea integralei continua sa creasca.
Daca eroarea schimba de semn (exp. modific referinta sau sist. a raspuns), valoarea acumulata in integrala cere un timp mare pentru a se elimina.
Manipulatoare si roboti industriali 10
Tratarea fenomenului de saturatie al componentei integratoare
In implementarile practice fenomenul acesta este tratat prin:
Oprirea integrarii in momentul in care se ajunge la o saturare a actionarii.
Utilizarea formei discrete a regulatorului PID.
Manipulatoare si roboti industriali 11
Actiunea componentei derivative
Are rolul de a anticipa variatiile care vor aparea in semnalul de masura, aplicand o corectie proportionala asupra vitezei sale de variatie
Actiunea derivativa are un efect predictiv, destinat a accelera raspunsul regulatorului.
t
e
t+Td
Eroare reala
Predictie eroare e+Td*(de/dt)
HPD(s)=K(1+sTd)
Manipulatoare si roboti industriali 12
Actiunea componentei derivative
In practica nu se poate realiza un regulator derivativ ideal, utilizandu-se un modul de derivare cu filtrare.
Reglajul constantei de filtrare Td/N permite amortizarea si limitarea iesirii regulatorului.
sN
T1
sT)s(H
d
dD
Accelerarea in raspunsul regulatorului este dorita mai putin la modificari ale referintei, si in general este dorita pentru a corecta eroarea datorata unei perturbatii.
Manipulatoare si roboti industriali 13
Efectul actiunii derivative
PIDActionare & Sistem-
+ ++ref e u y
p - perturbatie
Acesta este motivul pentru care adesea se utilizeaza o actiune derivativa numai bazata pe masuratoare (y(t)) si nu pe eroarea e(t). Astfel efectul componentei derivative se manifesta numai daca masuratoarea inregistreaza o modificare (datorata perturbatiei) si nu atunci cand se modifica referinta (trecere in alt punct de functionare). Componenta derivativa a erorii:
dt
))t(y)t(y(d
dt
)t(de)t(D ref
dt
tydtD
))(()(
va fi inlocuita cu
Manipulatoare si roboti industriali 14
Efectele parametrilor Kp, Ki, Kd
Timpul de crestere
Supra-reglare
Timp de stabilizare
Eroare stationara
Kp creste Scade CresteScadere
micaScade
Ki creste Scade Creste Creste Elimina
Kd cresteScadere
micaScade Scade
Scadere mica
Manipulatoare si roboti industriali 15
Efectele regulatorului PID in bucla de reglare
Functia de transfer a regulatorului PID avand ca intrare e(t):
Daca se considera N foarte mare atunci functia de transfer sistemului in bucla inchisa, de la referinta catre iesire:
P(s)- functia de transfer a procesului reglat.
sN
T1
sT
sT
11K)s(H
d
d
i
RPID
)s(PsTsT
11K1
)s(PsTsT
11K
)s(Y
)s(Y
d
i
R
d
i
R
ref
Manipulatoare si roboti industriali 16
Efectele regulatorului PID in bucla de reglare
2
diiRi
2
diiR
ref sTTsT1K)s(PsT
sTTsT1K)s(P
)s(Y
)s(Y
De unde rezulta:
Se observa ca regulatorul PID introduce 2 zerouri in functia de transfer, care depind de parametrii Ti si Td.
In acelasi timp, functia de transfer de la perturbatie catre iesire nu prezinta decat un zero in origine.
2
diiRi
i
sTTsT1K)s(PsT
sT
)s(Perturb
)s(Y
Manipulatoare si roboti industriali 17
Efectele regulatorului PID in bucla de reglare
0 50 100 150 200 2500
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Comportament in urmarire (raspunsul sistemului la modificarea y
ref)
Comportament in reglare(compensarea perturbatiilor)
Perturbatieyref
y-masuratoare
Zerourile introduse de PID in functia de transfer referinta-iesire afecteaza comportamentul in urmarire si nu pe cel in reglare. Acest fapt poate conduce la variatii importante si nedorite ale iesirii la modificarea referintei.
Manipulatoare si roboti industriali 18
Model in Matlab utilizat pentru simulare
Actuator Model
1
yRate
1.5
s+1
Plant
Limit
1
u
NCD
OutPort 1
NCD_Outport1
t
To Workspace2intrare
To Workspace1
yperturb
To Workspace
Step
ScopePerturbatie
ncd1init
PID
Controller
Clock
u y
Actionare & Proces
1
Out_1Sum
I
s
I
du/dt
Derivative
P
D1
-K-
D
1
In_1
Manipulatoare si roboti industriali 19
Structuri imbunatatite de reglare cu PID
PID-ul standard se poate modifica mergand cu componenta derivativa numai pe masura.
KR[1+1/(sTi)] P(s)-
+ ++ref e u
y
p
+-
KR*sTd
2
diiRi
iR
ref sTTsT1K)s(PsT
sT1K)s(P
)s(Y
)s(Y
Regulatorul PID introduce numai un singur zero in functia de transfer.
Manipulatoare si roboti industriali 20
Structuri imbunatatite de reglare cu PID
O alta structura propune si translarea componentei proportionale pe masura.
KR[1/(sTi)] P(s)-
+ ++ref e u
y
p
+-
KR*(1+sTd)
Regulatorul PID nu introduce zerouri in functia de transfer.
2
diiRi
R
ref sTTsT1K)s(PsT
K)s(P
)s(Y
)s(Y
Manipulatoare si roboti industriali 21
Probleme de implementare PID
Performantele PID nu sunt adecvate in reglare atunci cand: Sistemul reglat are o intarziere importanta;
Cand sistemul reglat este oscilant.
Pentru aceste cazuri se va recurge la: Regulatoare dupa model intern;
Regulatoare predictive;
Regulatoare in logica fuzzy;
Manipulatoare si roboti industriali 22
Regulator PID discretIn prezent majoritatea regulatoarelor PID sunt implementate
in sisteme de control sub forma numerica. Astfel iesirea regulatorului este calculata pe fiecare ciclu de calcul in functie de referinta, masura si starea interna a regulatorului (termenul integral).
Tipuri de regulatoare PID numerice:
1. bazate pe un algoritm continuu, deci reprezentate prin ecuatii diferentiale sau functii de transfer in s.
2. bazate pe un algoritm discret, deci reprezentate prin ecuatii cu diferente sau functii de transfer in z.
Manipulatoare si roboti industriali 23
Regulator PID discret
Caz 1 – Posibilitatile de calcul numeric sunt utilizate pentru implementarea unui algoritm clasic continuu, ca si cu un regulator electronic. In consecinta, perioada de esantionare a unui astfel de algoritm trebuie sa fie redusa in raport cu constantele de timp ale sistemului. Regulatorul va fi implementat plecandu-se de la un algoritm de integrare numerica.
Caz 2 – Algoritmul este implementat sub forma unei ecuatii recurente discrete. Perioada de esantionare este mai importanta.
Manipulatoare si roboti industriali 24
Functia de transfer a regulatorului PID discret
Se pleaca de la forma regulatorului PID ideal, continuu:
dt
)t(deTdt)t(e
T
1)t(eKu)t(u d
t
0i
R0uo- val. offset
Contributie regulator PID
Se construiesc ecuatiile cu diferente, considerand Te ca perioada de esantionare:
e
e
T
)Tt(e)t(e
dt
)t(de
Notam k=t/Te timpul normat astfel ca in relatiile cu diferente
x(t-Te)=x(t/Te-1)=x(k-1)=q^(-1)x(k)
q^(-1) – operator de intarziere cu un pas
Manipulatoare si roboti industriali 25
Functia de transfer a regulatorului PID discret
Pentru termenul integral (pe intervalul [t-Te, t] eroarea „e‟ este constanta si este e(t-Te)=e(k-1)=q^(-1)*e(k)):
)Tt(eT)Tt(Idt)t(edt)t(edt)t(e)t(I eee
t
Tt
Tt
0
t
0 e
e
De unde si relatia recurenta:
Sau:
)1k(eT)1k(I)k(I e
)k(eTq)k(Iq)k(I e
11
1
e
1
q1
)k(eTq)k(I
Manipulatoare si roboti industriali 26
Functia de transfer a regulatorului PID discret
Daca se aplica transformata Z relatiei cu diferente (Z{e(k-
1)}=z^(-1)*Z{e(k)}) se obtine functia de transfer discreta a regulatorului PID:
1
1
1
11
1)( zT
T
z
z
T
TKzH
e
d
i
eR
Pentru forma de PID cu filtrare a derivatei dat de:
)t(DTdt)t(e
T
1)t(eKu)t(u d
t
0i
R0dt
)t(deT)t(D
dt
)t(dD
N
Td
d cu
Manipulatoare si roboti industriali 27
Functia de transfer a regulatorului PID discret
Trecand sub forma relatiilor cu diferente relatia cu derivate:
)k(eq1NTT
NT)k(Dq
NTT
T1 1
ed
d1
ed
d
Astfel functia discreta globala a PID devine:
1
ed
d
1
ed
d
1
i
eR
zNTT
T1
z1NTT
NT
z1
1
T
T1K)z(H
Manipulatoare si roboti industriali 28
Avantajele utilizarii PID discret Fie relatia definind comportarea PID discret ideal:
)1k(e)k(eT
T)k(e
T
T)k(eKu)k(u
e
d1k
0i
eR0
Aceasta forma absoluta permite obtinerea valorii absolute necesara a fi aplicata actionarii. Relatia de mai sus se poate scrie si sub forma recursiva, numita forma incrementala, in care calculul iesirii regulatorului la momentul „k‟ se face in raport cu iesirea (masurata) la momentul „k-1‟.
)2k(eb)1k(eb)k(eb)1k(u)k(u 210
Manipulatoare si roboti industriali 29
Avantajele utilizarii PID discret
Unde:
e
dR0
T
T1Kb
i
e
e
dR1
T
T
T
T21Kb
e
dR
T
TKb2
Regulatorul PID cu filtrare pe derivata se poate asocia cu forma:
1
1
1
2
2
1
10
zq1z1
zpzpp
)z(E
)z(U)z(H
si daca Δu(k)=u(k)-u(k-1)=(1-z-1)u(k)
Se obtine:
)k(e)zpzpp()k(uzq1)k(uzq1z1 2
2
1
10
1
1
1
1
1
Manipulatoare si roboti industriali 30
Avantajele utilizarii PID discret
Care conduce la relatia:
)2k(ep)1k(ep)k(ep)1k(uq)k(u 2101
Principalul avantaj al formei incrementale este acela ca permite integrarea facila a ameliorarilor legate de anti-saturatie a integralei, recitirea valorii actiunii si introducerea constrangerilor actionarii in algoritm.
Forma de mai sus nu contine nici un element memorizand trecutul sistemului in mod explicit ca la integrala. Noua actiune este calculata in raport cu cea anterioara care poate fi o noua valoare recitita din sistem si nu una calculata. Valoarea recitita contine efectiv efectul constrangerilor asupra actionarii.
Manipulatoare si roboti industriali 31
Alegerea perioadei de esantionare Te
Tip de variabile fizice Valori Te uzuale
Marimi electrice 0.0001 s † 0.1 s
Debite 1s
Nivel, presiune 1s † 5s
Temperatura 20 s
Manipulatoare si roboti industriali 32
Alegerea perioadei de esantionare Te
Caracteristici dinamice Valori Te uzualeSistem de ordin I cu constanta de
timp T1T1/4<Te<T1
Sistem de ordin I cu intarziere t2 0.2 t2<Te<t2
Sistem de ordin II cu pulsatie
ωn0.05/ ωn < Te < 1/ ωn
Sistem cu constanta de timp dominanta tmax
Te < 0.1 tmax
Sistem cu timp de crestere tc 0.25*tc < Te < 0.5*tc
Manipulatoare si roboti industriali 33
Reglajul regulatoarelor tip PID
Criteriile de preformanta dorite in functionarea sistemului in bucla inchisa pot fi rezumate:
Efectul perturbatiilor sa fie minimizat
Modificarea referintei sa se faca fara fortarea actionarii dar in acelasi timp rapid
Masura sa ajunga a egala referinta
Solicitarea actionarii sa fie rezonabila
Reglajul sa fie adecvat unei perioade mari de timp de functionare, deci sa nu fie necesara ajustarea frecventa a parametrilor regulatorului.
Manipulatoare si roboti industriali 34
Metode de reglaj cunoscute
Metoda Ziegler-Nichols: idea consta in a aproxima raspunsul sistemului (considerat aperiodic) la un semnal de intrare treapta unitara, printr-un model al unui sistem de ordin I cu timp mort. Pe baza evaluarii grafice a pantei, timpului mort si a timpului de crestere se face o aproximare a parametrilor regulatorului.
Metoda Cohen-Coon: se apropie ca idee de cea anterioara, dar difera modul de calcul al parametrilor.
Metoda Takahashi – pentru parametrii PID discret. Bazata tot pe raspunsul indicial al sistemului. Furnizeaza un raspuns mai amortizat al sistemului in bucla decat celelalte metode.
Manipulatoare si roboti industriali 35
Exemplu metoda Ziegler-Nichols
Se porneste cu Ki=0 si Kd=0 si se creste Kp pana cand sistemul devine aproape instabil.
Se retine valoarea acestui factor Kp1 si se masoara perioada oscilatiilor Pu.
Se adopta valorile:
Kp = 3*Kp1/5,
Ki = 6*Kp1/(5*Pu)
Kd = 3*Kp1*Pu/40
Criterii alegere regulator
Dupa valoarea raportului intre timpul mort Tm si constanta de timp a procesului T:
Tm/T= 0 ÷ 0,3 : regulator bipozitional;
Tm/T= 0,3 ÷ 1 : regulator PID;
Tm/T>1: regulatoare speciale (exp. adaptive);
Manipulatoare si roboti industriali 36
Criterii alegere regulator
Dupa caracteristicile sistemului si ale perturbatiilor:
Cu o constanta de timp dominanta: regulator tip P;
Cu doua constante de timp dominante: regulator tip PI sau PID;
Cu zgomot mare: regulator tip PI;
Cu zgomot redus si constanta de amplificare mica: regulator tip PD;
Manipulatoare si roboti industriali 37
Criterii alegere regulator
Din practica:
Reglaj de nivel: regulator tip P sau PI;
Reglaj de debit: regulator tip PI;
Reglaj de temperatura: regulator tip P, PI sau PID;
Manipulatoare si roboti industriali 38
Manipulatoare si roboti industriali 39
Sinteza directa prin plasarea polilor sistemului in bucla aici
Un regulator se poate proiecta plecand de la raspunsul dorit pentru sistemul in bucla inchisa si cunoscand modelul sistemului de controlat.
Metoda nu conduce intotdeauna la proiectarea unui regulator PID, cu exceptia cazurilor in care modelul sistemului este unul simplu.
Manipulatoare si roboti industriali 40
Iesirea sistemului este o suma de modele de ordin I si II
21 1
( ) ( )r s
k k
k kk k k
C BY s U s
s p s a s b
Orice sistem linear poate fi vazut ca o suma de • r subsisteme de ordin I si• s subsisteme de ordin II
Este convenabil a combina polii complecsi intre ei astfel incat rezulta modele de ordin II
Manipulatoare si roboti industriali 41
Sisteme de ordinul I
ip tii
i
CL C e
s p
- 1
Fie intrarea U(s)=1
Amplitudinea polului determina viteza de raspunsSemnul polului determina stabilitatea
Raspuns exponential descrescator in timp
Manipulatoare si roboti industriali 42
Viteza raspunsului si localizarea polilor
x
Time (sec.)
Am
plit
ude
Impulse Response
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
From: U(1)
To: Y
(1)
x
Time (sec.)
Am
plit
ude
Impulse Response
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1From: U(1)
To
: Y
(1)
Time (sec.)
Am
plit
ude
Impulse Response
0 0.5 1 1.5 2 2.50
2
4
6
8
10
12
14
From: U(1)
To: Y
(1)
x
Instabil
Stabil
Re
Im
Cu cat polul este mai avansat catre stanga,cu atat mai rapid e raspunsul.
Manipulatoare si roboti industriali 43
Sistem de ordin II
f
x
m
k
c
Termeni: raspuns aperiodic, aperiodic critic, oscilant,
oscilant amortizat si relatia de legatura sistem-planul
S al polilor.
2
( ) 1
( )
X s
F s ms cs k
Manipulatoare si roboti industriali 44
Oscilant, psi = 0
ks j
m
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Impulse Response
Time (sec)
Am
plit
ude
Raspuns indicial
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Pole-Zero Map
Real Axis
Imagin
ary
Axis
ks j
m
ks j
m
x
x
Plan poli-zerouri
Poli cu parte reala =0
Manipulatoare si roboti industriali 45
Oscilant amortizat
0 2 4 6 8 10 12-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Impulse Response
Time (sec)
Am
plit
ude
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Pole-Zero Map
Real Axis
Imagin
ary
Axis
24
2
c j km cs
m
x
x
Plan poli-zerouri
24
2
c j km cs
m
24
2
c j km cs
m
2 4c km
Poli complecsi:
Manipulatoare si roboti industriali 46
Aperiodic critic 2 4c km
2
cs
m Poli reali
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Pole-Zero Map
Real Axis
Imagin
ary
Axis
x
Plan poli-zerouri
2
cs
m
0 1 2 3 4 5 6 70
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
Impulse Response
Time (sec)
Am
plit
ude
Manipulatoare si roboti industriali 47
Aperiodic 2 4c km
0 1 2 3 4 5 6 70
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
Impulse Response
Time (sec)
Am
plit
ude
2 4
2
c c kms
m
Poli reali
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Pole-Zero Map
Real Axis
Imagin
ary
Axis
xx
Manipulatoare si roboti industriali 48
Forma generala sistem de ordin II
Forma generala
2
2 2
( )
( ) 2
n
n n
Y s
U s s s
Pulsatia naturala(rad/sec)
Coeficient de amortizare (subunitar)
Manipulatoare si roboti industriali 49
Raspuns indicial sistem de ordin II oscilant
2
31 2
2 2
1( )
2
n
n n n d n d
CC CY s
s s s s s j s j
2
1 2 2
0
2
22
2
32
12
1
( ) 2 22 1
1
( ) 2 22 1
n d
n d
n
n n s
n n
n d ds j
n n
n d ds j
Cs s
jC j
s s j
jC j
s s j
Unde
Manipulatoare si roboti industriali 50
Raspuns indicial sistem de ordin II
1 1
( ) 1 exp ( ) exp ( )2 2
1 sin( ) cos( )n
n nn d n d
d d
t nd d
d
y t j j t j j t
e t t
Raspuns indicialReziduuri
Manipulatoare si roboti industriali 51
Raspuns indicial sistem de ordin II
1 1
( ) 1 exp ( ) exp ( )2 2
1 sin( ) cos( )n
n nn d n d
d d
t nd d
d
y t j j t j j t
e t t
Raspuns indicialPoli
Manipulatoare si roboti industriali 52
Raspuns indicial sistem de ordin II
1 1
( ) 1 exp ( ) exp ( )2 2
1 sin( ) cos( )n
n nn d n d
d d
t nd d
d
y t j j t j j t
e t t
Raspuns indicial
Valoare finala
Manipulatoare si roboti industriali 53
Raspuns indicial sistem de ordin II
1 1
( ) 1 exp ( ) exp ( )2 2
1 sin( ) cos( )n
n nn d n d
d d
t nd d
d
y t j j t j j t
e t t
Raspuns indicial
Exponentiala descrecatoare
Manipulatoare si roboti industriali 54
Raspuns indicial sistem de ordin II
1 1
( ) 1 exp ( ) exp ( )2 2
1 sin( ) cos( )n
n nn d n d
d d
t nd d
d
y t j j t j j t
e t t
Raspuns indicial
Sinusoida
Manipulatoare si roboti industriali 55
Raspuns indicial sistem de ordin II
1 1
( ) 1 exp ( ) exp ( )2 2
1 sin( ) cos( )n
n nn d n d
d d
t nd d
d
y t j j t j j t
e t t
Raspuns indicial
Sinusoida amortizata
Manipulatoare si roboti industriali 56
Raspunsul unui sistem in planul complex
Re()s
Im()s
Manipulatoare si roboti industriali 57
Raspunsul unui sistem in planul complex
Re()s
Im()s
Poli stabili cu parteareala negativa
Poli instabili cu partea realapozitiva
Creste rapiditatea raspunsului
Descrestere factor de amortizare
Manipulatoare si roboti industriali 58
DECI NU UITATI !!!
Manipulatoare si roboti industriali 59
Poli
instabili
Poli
stabili
Important
Re()s
Im()s
Manipulatoare si roboti industriali 60
Metoda plasarii polilor
KH(s)-
+ref e u y
Presupunem un control proportional. Locul radacinilor pentru un sistem descris de H(s) reglat prin regulatorul K este un grafic al locatiilor polilor:
)(1
)(
)(
)(
sHK
sHK
sref
sY
Polii in bucla sunt dati de 1+KH(s)=0, si daca H(s)=a(s)/b(s), atunci => b(s)/K+a(s)=0
m ordinul polinomului a(s); n ordinul polinomului b(s).
Manipulatoare si roboti industriali 61
Metoda plasarii polilor
-consideram K>0
-Daca K->0 atunci polii f.d.t ai buclei sunt cei ai b(s)=0 deci polii lui H(s);
-Daca K->∞ atunci polii f.d.t ai buclei sunt cei ai a(s)=0 deci zerourile lui H(s);
-Locul radacinilor va fi format din „n‟ ramuri care pleaca dintr-un pol si se duc intr-un zero (ptr K de la 0 la ∞).
-Daca m<n atunci H(s) are n-m zerouri la infinit.
Manipulatoare si roboti industriali 62
Exemplu – locul radacinilor
-6 -4 -2 0 2 4 6-6
-4
-2
0
2
4
6
Root Locus
Real Axis
Imagin
ary
Axis
s^2 - s + 2
-------------------------------------
s^5 - 5 s^4 + 7 s^3 - 3 s^2 + 2 s + 1
sys=tf(num,den)
rlocus(sys)
Manipulatoare si roboti industriali 63
Mod de alegere a polilor
Avand locul radacinilor pentru o diversitate de valori ale lui K, atunci se pot gasi acele valori ale lui K pentru care sistemul in bucla inchisa sa se comporte asa cum dorim.
Polii cei mai apropiati de axa imaginara au cea mai mare influenta => chiar daca sistemul are 3, 4 poli el poate fi asimilat ca si comportare cu unul de ordin I sau II depinzand de polul dominant.
Manipulatoare si roboti industriali 64
Locul indicat in alegerea polilor
Im
Re0
Robustete la erori de modelare
Factor de amortizare
Loc posibil pentru poli
Solicitare actionare
Sa nu fie ξprea mic
Manipulatoare si roboti industriali 65
Modul de lucru
Se determina modelul sistemului de reglat
Se impune structura de regulator (de exp. PID)
Se calculeaza functia de transfer a sistemului in bucla inchisa.
Se impun polii sistemului in bucla care determina comportarea sistemului reglat.
Se determina parametrii regulatorului din egalarea formelor functiilor de transfer calculata cu regulatorul si cea impusa.