salem solo maturski rad REGULATORI.docx

Salem Solo

Regulatori u automatici

SADRŽAJ 1.UVOD ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................ ............................................. ....................... 1 2. ODABIR REGULATORA ............................................ .................................................................. ............................................ .................................. ............ 2 3. VRSTE REGULATORA ........................................... ................................................................. ............................................ ...................................... ................ 3 3.1. P – regulator ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................. ........................... .... 3 3.2. PI regulator ............................................... ..................................................................... ............................................ ............................................. ........................... .... 4 3.3. PID regulator ........................................................... ................................................................................. ............................................. .................................. ........... 6

4. NAMJEŠTANJE REGULACIJSKIH PARAMETARA (regulacijskih koeficijenata) ......... 7 5. STABILNOST REGULACIJSKIH SISTEMA ..................................................... ..................................................................... ................ 9 6.DIGITALNI REGULATORI ..................................................... ........................................................................... ........................................... ..................... 11 7. DODATNE REGULACIJSKE STRATEGIJE ......................... ............................................... ........................................... ..................... 12 ................................................................ ............................................ ............................ ...... 12 7.1. Regulacija pomoću omjera .......................................... 7.2. Kaskadna regulacija ............................................ .................................................................. ............................................ .................................... .............. 12 ................................................................ ............................................ ............................................ .................................... .............. 14 ZAKLJUČAK ..........................................

Salem Solo


1.UVOD Kod automatskog upravljanja, regulator je uređaj koji ima funkciju održavanja određene karakteristike. On obavlja aktivnost upravljanja ili održavanja raspona vrijednosti u stroju. Merljivim svojstvima uređaja upravlja se usko određenim uslovima ili unapred postavljenom vrednošću ili može biti varijabla prema unaprijed određenoj šemi aranžmana. Može se općenito koristiti za označavanje bilo kojeg skupa različitih kontrola ili uređaja za reguliranje ili kontrolu stavki ili objekata.

Regulatori mogu biti dizajnirani da kontrolišu sve, od gasova ili fluida, do sv jetlosti ili struje. Brzina se može regulisati elektronskim, mehaničkim ili elektro -mehaničkim sredstvima.

1

Salem Solo


2. ODABIR REGULATORA

Za određeni proces koji se želi automatizirati potrebno je odabrati i primjeniti prikladni regulator.

Za P, PD, I, PI i PID regulatore svojstva se mogu definirati u tabličnom prikazu:

Slika 1 Svojstva regulatora

Prema prethodnom razmatranju svojstva kontinuiranih regulator a, mogu se definirati

područija primjene različitih kontinuiranih regulatora.

2

najčešća

Salem Solo


3. VRSTE REGULATORA 3.1. P – regulator

Najbliže nam ga je objasniti na primjeru vožnje auta. Dakle, želimo voziti brzinom 100Km/h. Imamo povratnu vezu preko očiju, te upravljamo brzinom preko papučice gasa.Idealno stanje bi bilo kad bi povratna veza bila 100Km/h .

Slika 2 Primjer voznje auta.

Ali koliko god bilo pojačanje P, mi nikad nečemo imati tih 100Km/h, ako se vozimo po P regulatoru. Pojačanjem pojačanja P približavat ćemo se referentnoj vrijednosti. Ali nikad nečemo dostići željeno stanje. To pokazuje iduća slika:

Slika 3 Šematski prikaz pojačanja P

3

Salem Solo


Reći čemo: Bitno nam je da nam statička greška k od P regulatora nije velika.Ali ako imamo veliko pojačanje, dobijamo oscilatorni sistem. Zato nije dobro staviti preveliko pojačanje, tj pojačanje ne možemo jako povečavati da izbjegnemo statičku pogrešku. Prihvatljiva vrijednost nam je 10% za prvo

nadvišenje.

Zato nam tu treba I – član. 3.2. PI regulator

Kako nam izgleda razlika reference I povratne veze?

Slika 4 Razlike reference i povratne veze

Stavimo li integrator, dobili

smo još jedan dio koji integrira:

Slika 5 dodavanje Integratora u kolo

Šta nam integrator zapravo radi? 4

Salem Solo


Dok je na (ref – PV) konstantna vrijednost, integrator raste.Kad (ref – PV) padne u 0, integrator ostaje konstantan.U našem primjeru kad smo se približili brzi ni 98Km/h i ostalo je još 2 Km/h razlike, integrator je počeo integrirati u vremenu i čim je brzina pala u 0, on na izlaz daje akumuliranu vrijednost. Mi zbog integratora držimo gas pritisnut iako nam je razlika između reference iPV nula.Regulator je tu ra zliku 2km/h integrirao sve dok svojim odzivom nije došao do tog da stiščemo gas 100Km/h, tad se referenca izjednačila s povratnom vezom. Regulator ostaje na konstantnoj vrijednosti, te se mi dalje vozimo brzinom 100Km/h.

Slika 6 Princip rada integratora

Statička pogreška kod PI regulatora je 0 – ne postoji, bez obzira na pojačanje. Na statičku pogrešku ne utječe veličina P regulatora, ako je P član veliki ili mali integrator će samo brže ili sporije integrirati.Ako u procesu imamo integrator neče biti statičke pogreške, j er integrator integrira sve dok statička greška postoji. U toplinskim sistemima nije važno da li je integrator unutar procesa ili kod regulatora, ali u ostalim sistemima ako ne želimo statičku pogrešku, integr ator nam mora biti kod regulatora.

5

Salem Solo


3.3. PID regulator

Slika 7 PID regulator

D član, kad postoji razlika reference i PV on gleda kolika je promjena te razlike (ne zanima ga kolika je ta razlika). Ako je promjena velika, tad je derivacija još veća, a ako je promjena konstantna derivacija je 0. Dakle derivator nam daje brži odziv .Derivator je u svemu jako dobar osim kod oscilacija. Derivator se koristi samo onda kad nemamo oscilaciju, a nemamo je u toplinskim sistemima.

6

Salem Solo

4. NAMJEŠTANJE koeficijenata)


REGULACIJSKIH PARAMETARA (regulacijskih

- Da bi se postigli zadovoljavajući rezultati regulacije, osim upotrebe prikladnog regulatora, još je važnije da regulacijski parametri K P, K D i Ki budu prikladno namješteni.

U praksi regulatori se uobičajeno namještaju na temelju vrijednosti dobivenih iz iskustva. Ako ovakav pristup nije moguć ili dostpan, mora se detaljno analizirati odgovor regulacijskog sistema, nakon čega će slijediti primjena nekoliko teoretskih i praktičnih pristupa u cilju određivanja ispravnih i prikladnih regulacijskih koeficijenata. Jedan od pristupa je upotreba Ziegler i Nichols metode, odnosno njihove tzv. konačne metode (ultimate method).

Ova metoda se može primjeniti jedino u regulacijskim sistemima koji dopuštaju određene (podnošljive) oscilacije izlaznih signala. Za ovu metodu postoji sljedeća procedura postupanja: na regulatoru postavi KP i TV u najnižu vrijednost, a Tn u najvišu vrijednost (na ovaj način postiže se najmanji mogući utjecaj regulatora na sustav) namjesti regulacijski sustav ručno (započni regulacijsku petlju) postavi upravljanu veličinu na ručno namještenu vrijednost i prebaci na automatski režim rada započni povećavanje vrijednosti KP dok izlazni signal ne postigne harmonične oscilacije tako namještena vrijednost KP je kritični koeficijent proporcionalnog djelovanja KP,crit odredi vremenski raspon jedne pune oscilacijske

amplitude i označi ga kao Tcr

pomnoži vrijednosti KP,crit i Tcrit s vrijednostima datim u tablici na slici 8. i unesi dobivene vrijednosti za KP, Tn i TV u regulator ako je potrebno ponovo namjesti vrijednosti ako je potrebno ponovo namjesti vrijednosti K i

T sve dok regulacijsko P i Tn sve dok regulacijsko djelovanje na pokaže zadovoljavajući dinamički odgovor

7

Salem Solo


Slika 8 Namještanje vrijednosti kontrolnih parametara prema Ziegler/Nichols metodi

Na slici 9. je prikazan utjecaj koeficijenta prijenosa KP na izlazni signal regulatora (prikazan je propor cionalni regulator hidrauličkog tipa).

Slika 9 Hidraulički P - regulator

8

Salem Solo


5. STABILNOST REGULACIJSKIH SISTEMA

Proučavanjem PID regulatora može se uočiti da se savršeno regulacijsko djelovanje postiže uz veliku vrijednost koeficijenta proporcionalnog prijenosa, kratko vrijeme integracije i dugo derivacijsko vrijeme. Regulacijski sistem će pod takvim uvjetima reagirati jako brzo na poremećaje, promjene u opterećenju i na promjene zadanih vrijednosti, nažalost stvarni procesi se razlikuju od teoretskih

razmatranja, te kod stvarnih procesa postoje određena ograničenja kod namještanja vrijednosti parametara Tn i T V postoje određena ograničenja kod namještanja vrijednosti parametara T , iznad kojih n i T V, iznad kojih se počinju događati nekontrolirane oscilacije regulaci jskog sistema(regulacijski sistem mjerenja pomaka) vidjet će se da se kod opterećenja javlja visoka inercija pokazana preko zamašnjaka. Ova inercija će ograničiti ubrzanje koje se javlja uslije d promjene zadane vrijednosti. Kako se opterećenja približava postavljenoj vrijednosti, inercija će i dalje izazivati povećanje brzine okretanja, iako dolazi do smanjenja napona u armaturama elektromotora, opterećenja i dalje raste iako je dostignuta zadana vrijednost (set point).

Povećavanje vrijednosti koeficijenta prijenosa, povećati će početnu akceleraciju, ali će također izazvati i višu brzinu vrtnje i veća prekoračenja postavljene vrijednosti. Smanjenje koeficijenta prijenosa će smanjiti prekoračenja , ali će ujedno i smanjiti veličinu početnog odgovora regulatora.

Slika 10 Reakcija sistema regulacije: a) reg ulacijski susatv s visokom

9

Salem Solo


Moguće je utvrditi pet mogućih stanja stabilnosti regulacijskog sistema uslijed promjena zadanih vrijednosti i uslijed poremećaja: 1. Prvo stanje je kada je regulacijski sistem nestabilan i karakteriziraju ga oscilacije s

povećanjem amplituda 2.

Drugo stanje su granično stabilni regulacijski sistemi (marginally stable) kod kojih će se javljati oscilacije konstantne amplitude

3.

Podprigušeni sistemi (underdamped systems) spadaju u treće stanje

4.

U četvrto stanje spadaju kritično prigušeni sistemi koji se nalaze na granici između podprigušenih i previše prigušenih sistema, ovakve sisteme karakterizira najbrži odgovor i to bez prekoračenja (overshoot)

5.

U peto stanje spadaju previše prigušeni sistemi (overdamped), karakteristično za njih je da nema pojave prekoračenja , ali također njihov odgovor je trom i spor

Nemoguće je osigurati za bilo koji sistem da odgovor bude trenutan u odnosu na poremećaje i promjene zadane vrijednosti.

Za kvalitetnije razmatranje stabilnosti sistema i brzine odgovora na poremećaja i promjene zadane vrijednosti, potrebno je definirati pojedine djelove odgovora regulacijskog sistema.

Slika 11 Definicija pojedinih djelova regulacijskog odgovora

10

Salem Solo


6.DIGITALNI REGULATORI

Mikroprocesori su znatno jeftiniji i šireg djelovanja nego ostali uređaji pa je to dovelo do toga da se danas većina modernih regulatora temelji na digitalnoj tehnici nego na analognoj tehnici. Blok dijagram tipičnog digitalnog re gulatora prikazan je na slici 10.

Slika 12 Blok dijagram digitalnog regulatora

Ulazni analogni signali (na slici 10. ) skeniraju se s multiplekserom te nakon toga idu na ADC pretvornik i pretvaraju se u digitalni oblik. Digitalni signali idu u procesor u kojem software izvodi regulacijski algoritam. U procesoru se formira digitalni oblik izlaznog signala koji se u DAC pretvorniku pretvara u analo gni oblik te se vodi na izvršni element u procesu. Najpoznatiji

predstavnik digitalnih regulatora su PLC uređaji koji dolaze u različitim konfiguracijama i vrlo su prilagodljivi za različite regulacijske procese.

11

Salem Solo


7. DODATNE REGULACIJSKE STRATEGIJE

7.1. Regulacija pomoću omjera Ovakva regulacija se može provoditi kada postoje dvije ili više procesnih varijabli koje se moraju održavati u preciznom omjeru jedna prema drugoj. Npr. plinski plamenik zahtjeva omjer od 2.1:1 između kisika i pl ina da bi se postiglo izgaranje maksimalne učinkovitosti. U teoriji izgaranja ovaj omjer se zove stehiometrijski omjer. Ovakav regulacijski sistem prikazan je na slici 13.

Slika 13 Metoda regulacije pomoću omjera

Nažalost ova metoda nije potpuno točna te pri malim protocima zraka i plina ne ostvaruje regualcijsko djelovanje i ne osigurava dovoljnu stabilnost regulacijske petlje.

7.2. Kaskadna regulacija

Kod ovakvih sistema postavljaju se dodatni sistemi povratne veze, pa tako postoje vanjske i unutarnje povratne veze kako je prikazano na slici 12.

12

Salem Solo


Slika 14 Sistem kaskadne regulacije

Na slici 12. može se primjetiti da izlazni signal vanjskog regulatora (outer controller) postaje zadana vrijednost (set point) unutarnjeg regulatora (inner controller).

Bilo kakav problem u unutarnjoj petlji (poremećaji, nelinearnosti) rješava se unutarnjim regulatorom i ne utječe na vanjsku petlju i ne utječe na konačnu procesnu varijablu P V - Kod sistema kaskadne regulacije, unutarnja petlja (inner loop) mora biti znatno brža nego vanjska petlja (outer loop) i unutarnji regulator se mora prvi namjestiti prilikom instalacije regulacijskog sistema u proces.

Ovakav sistem može ukloniti poremećaje koji se zbivaju u početnim djelovima regulacijskog sistema.

13

Salem Solo


ZAKLJUČAK Kao što možemo vidjeti u ovom radu smo pokazali koliko primjenu regulatori imaju ne samo u automatici nego koliko su vezani i za druge oblasti. Pokazali smo ono glavno a to je: Sa povećavanjem djelovanja (pojačanja) proporcionalnog člana ubrzava se prijelazna pojava (iako se u oscilogramima spominje da je vrijeme kraja prijelazne pojave približno isto) i raste vrijednost temperature na izlazu.

Zbog tog povećanja također dolazi i do nadvišenja željene vrijednosti temperature što pak ima za posljedicu povećanje iznosa napona povratne veze. Napon povratne veze donekle vjerno prati promjene na izlazu (postoji

kašnjenje).

Sa povećanjem pojačanja proporcionalnog člana također se smanjuje iznos apsolutne pogreške u stacionarnom stanju, što je objašnjeno u vrstama regulatora ( P regulator).

14

Salem Solo


LITERATURA 1. http://www.unidu.hr/datoteke/majelic/ABP-18.pdf 2. https://www.scribd.com/doc/86086040/Automatizacija-Regulatori-P-PI-PID 3. http://titan.fsb.hr/~jpetric/Udzbenici/Udzbenik_AUTOMATSKA%20REGULACIJA_ JPetric.pdf 4. https://en.wikipedia.org/wiki/Regulator_(automatic_control)

15

salem solo maturski rad REGULATORI.docx

Recommend Documents