Metodyka projektowania system³w sterowania - eia.pg.edu.pl .Komputerowe systemy sterowania 2011/2012

  • View
    216

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Metodyka projektowania system³w sterowania - eia.pg.edu.pl .Komputerowe systemy sterowania...

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 1

Metodyka projektowania systemw sterowania

Uwagi wstpne

Inynieria sterowania (Control Engineering) odgrywa dzi fundamentaln rol w nowoczesnych systemach technologicznych,

Korzyci ze sterowania w przemyle, . mog by wielorakie - poprawa jakoci produktu - obnienie zuycie energii - minimalizacja odpadw - podniesienie poziomu bezpieczestwa - redukcja zanieczyszcze otoczenia -

Ale

Zaawansowane aspekty inynierii sterowania wymagaj dobrych podstaw matematycznych (dynamika, stabilno, jako, obserwowalno, sterowalno, ..

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 2

Uwagi c.d.

Sukces projektu systemu sterowania zaley od dwch kluczowych skadnikw - posiadania wystarczajcego rozumienia systemu sterowanego

(chemicznego, elektromechanicznego, .) - posiadania wiedzy z zakresu podstawowych poj: sygnaw, systemw, teorii sterowania, struktur, algorytmw,

Projekt sterowania procesem przemysowym, aby wypenia on wymagania opacalnoci, jakoci, bezpieczestwa, wpywu na rodowisko wymaga cisej wsppracy pomidzy ekspertami z rnych dziedzin technologii procesu, techniki komputerowej, mechaniki, pomiarw i oprzyrzdowania, sterowania

Ale

Kady z nich bdzie patrzy na proces technologiczny, .. i jego sterowanie z innej perspektywy z perspektywy swojej dziedziny

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 3

Inynier technolog dziedzinowy procesy, warunki ich poprawnego zachodzenia, ich powizania, ..

Inynier informatyk (komputerowiec) sprzt i oprogramowanie komputerowe, infrastruktura lokalnej sieci komputerowej, systemy operacyjne, oprogramowanie aplikacyjne,

Inynier pomiarw i oprzyrzdowania sensory, aktuatory, ich okablowanie, ..

Przykadowe perspektywy:

Inynier sterowania (automatyk) elementy systemu sterowania widziane w kategoriach sygnaw, systemw, dynamiki odpowiedzi, ich modeli lub ich waciwoci,

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 4

Sygnay i systemy w ptlach sterowania

Przykady fizykalne, namacalne

Przykady matematycznej aproksymacji

Przykady waciwoci

Sygnay warto zadana, wejcie sterujce, zakcenia, pomiary, .

funkcja ciga, cig prbek, proces przypadkowy,

analityczna, stochastyczna, sinusoidalna, stacjonarny, odchylenie standardowe,

Systemy proces, sterownik, sensor, aktuator, .

rwnanie rniczkowe, rwnanie rnicowe, transmitancja, model przestrzeni stanu, .

cigy, dyskretny, prbkowany, liniowy, nieliniowy, stacjonarny,

Inynier automatyk patrzy na system sterowania ze swojej perspektywy majc na uwadze inne perspektywy, poniewa razem daje to caociowe spojrzenie na ten system

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 5

- projekty niekomercyjne (badawcze, edukacyjne, specjalne (np. wojskowe, kosmiczne, );

koszty nie s czynnikiem pierwszoplanowym, pierwszoplanowe wymagania: parametry techniczne, niezawodno,

bezpieczestwo, ..

Znaczenie kosztw projektu systemu sterowania

- projekty komercyjne

rola czynnika kosztw zaley, od tego, czy sterowanie (sterownik) jest nieduym podukadem wikszego produktu komercyjnego (np. ukad utrzymania staej prdkoci (cruise control) czy ABS w samochodzie czy ABS (Anti-Lock Breaking System), czy te jest czci pojedynczego procesu technologicznego (np. ukad sterowania ruchem robotw linii montaowej samochodw)

w pierwszym przypadku koszty zwykle bdziemy minimalizowa (jak najprostsze rozwizania), w drugim, wysiek mona skupi na uzyskaniu ukadu bardziej zoonego zapewniajcego dobr jako produktu

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 6

Temperatura

podana Sterownik

temperatury

Ogrzewanie,

chodzenie Mieszkanie

Obiekt

Czujnik

temperatury

Temperatura

mierzona

Temperatura otoczenia,

okna, drzwi, ludzie,

urzdzenia

Wej

cie

ste

ruj

ce

Grz

anie

lu

b

ch

odze

nie

Rze

czyw

ista

tem

pe

ratu

ra

Podstawowe znaczenie sterowania wykorzystujcego sprzenie zwrotne

Prdko

podana Sterownik

prdkoci

Przepustnica,

silnik Samochd

Obiekt Prdko

mierzona

Nachylenie drogi, wiatr,

pasaerowie, obcienie

Wej

cie

ste

ruj

ce

Rze

czyw

ista

pr

dko

S

ia

prz

yp

iesze

nia

Czujnik

prdkoci

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 7

Sterownik/algorytm sterowania ze sprzeniem zwrotnym jest systemem podejmowania decyzji, ktry zbiera informacje z otoczenia dla zdecydowania jak wykorzysta je dla realizacji okrelonych zada sterowania

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 8

Elementy nowoczesnego jednowymiarowego systemu sterowania

Aktuatory System Sensory

Wyjcie

Szumy Szumy Zewntrzne zakcenia

Wejcie operatora

Komputer

Obiekt

Sterownik

Obiekt: System fizyczny, aktuatory, sensory

Sterownik: Mikrokomputer plus sprztowe przetwarzanie

Sprzenie: Poczenie pomidzy wyjciem obiektu a wejciem sterownika

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 9

Wymagania projektowe stawiane systemowi sterowania

ledzenie trajektorii wejciowego sygnau referencyjnego (wejciowego sygnau wartoci zadanej)

ledzenie oznacza zdolno sterownika do wpywania na wejcie obiektu (manipulowania wejciem obiektu) w taki sposb, aby trajektoria wyjcia obiektu pozostawaa tak blisko jak to jest moliwe trajektorii sygnau referencyjnego

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 10

Czy mona zapewni ledzenie nie stosujc sprzenia zwrotnego?

Prdko

podana Sterownik

prdkoci Przepustnica,

silnik Samochd

Obiekt

Prdko

mierzona

Nachylenie drogi, wiatr,

pasaerowie, obcienie

We

jcie

ste

ruj

ce

S

ia

prz

ypie

szenia

Nie mona zrealizowa (lub moe to by bardzo trudne) ledzenia nie stosujc sprzenia zwrotnego

Sterowanie w ukadzie otwartym

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 11

Redukowanie wpywu niepomylnych warunkw (i niemierzonych)

- Odrzucanie niemierzonych zakce

- Niewraliwo na zmiany parametrw obiektu

Zdolno redukowania wpywu niepomylnych warunkw nazywamy krzepkoci (odpornoci)

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 12

Czy mona zapewni krzepko nie stosujc sprzenia zwrotnego?

Prdko

podana Sterownik

prdkoci Przepustnica,

silnik Samochd

Obiekt

Prdko

mierzona

Nachylenie drogi, wiatr,

pasaerowie, obcienie

We

jcie

ste

ruj

ce

S

ia

prz

ypie

szenia

Nie mona zapewni (lub moe to by bardzo trudne) krzepkoci nie stosujc sprzenia zwrotnego

Sterowanie w ukadzie otwartym

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 13

Odpowied niestabilna

Czas (s)

Pr

dko

(mile

/h)

Zachowanie w kategoriach odpowiedzi czasowej (jako sterowania (w dziedzinie czasu)

- Stabilno asymptotyczna

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 14

Czas narastania i przeregulowanie

Pr

dko (

mile

/h)

Czas (s)

- Czas narastania

- Przeregulowanie

Komputerowe systemy sterowania 2011/2012 Metodyka projektowania systemw sterowania

Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. in. Katedra Inynierii Systemw Sterowania 15

Czas ustalania

Pr