upravljanje i regulacija - fsb online · pdf filekatedra za strojarsku automatiku mehatronika...

Katedra za strojarsku automatiku

Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 1


povećanje produktivnosti1.1. Ekonomski razlozi

- povećanje produktivnosti- povećanje proizvodnje- povećanje kvalitete- ušteda energijeušteda energije

- nuklearni reaktor2.2. Zamjena rada opasnog po čovjeka

nuklearni reaktor- rudnik- otrovne atmosfere

3.3. Zamjena monotonog rada - montažna traka

4.4. Radne operacije izvan fizioloških i umnih mogućnosti čovjeka

- zavarivanje u uskoj cijevi- brza obrada podataka


- izrada štampanih pločica


1.1. Organizacija proizvodnje i poduzeća

2.2. Oblikovanje proizvoda (konstrukcija)

33 Oblikovanje proizvodnje (tehnologija) 3.3. Oblikovanje proizvodnje (tehnologija)

4.4. Razina znanja radnika

5.5. Zahtjevi tržišta (marketing)



d d h č l k đ k b kjedno od osnovnih načela na kojima je izrađena kibernetika

Nauka o procesima upravljanja u živim upravljanja u živim bićima i strojevima

Zadatak :

pomoću odgovarajućih uređaja održati zadano ili

željeno stanje nekog procesa, protiv svih unutrašnjih i

vanjskih poremećaja



Tehnički uređaj koji potpuno samostalno obavlja koristan rad prema Tehnički uređaj koji potpuno samostalno obavlja koristan rad prema čovjekovoj zamisli.

mehaničkiPodjela automata :

) fi ik l dij

pneumatskihidraulični

mehanički

a) prema fizikalnom mediju hidrauličnielektričnikombinirani

b) prema karakteru signala analogni

digitalnibinarni

c) prema složenosti procesa upravljanjeregulacija


vođenje procesa


Izvršava rutinske instrukcije bez pomoći čovjeka

A t t ki t t ili lj j di i ikl dAutomatski starta ili ponavlja pojedini ciklus rada

Osnovna značajka :

osjetljivost na poremećajenema povratne veze za samoispravljanje djelovanja



UPRAVLJANJEUPRAVLJANJEUPRAVLJANJEUPRAVLJANJE

TP

TV

pt

qV

t t ijtilTV TPpt qV

termometar prostorijaventil(ulaz) (izlaz)

Upravljačkiuređaj PROCESulazna

veličinaizlaznaveličina


uređajveličina veličina


UPRAVLJANJEUPRAVLJANJE

fi

programator

fi


t


samoispravljajući strojevi koji djeluju prema pogrešci regulacije (razlici između ulazne i regulirane veličine)( g )

donosi jednostavne odluke

Osnovna značajka :

jednostavna petlja

negativna povratne veza za samoispravljanje djelovanjanegativna povratne veza za samoispravljanje djelovanja

otklanja vanjske i unutrašnje poremećaje



REGULACIJAREGULACIJA TREGULACIJAREGULACIJA

TV

TP

ptpt

poremećaj

qV

XV TPqVxMpV

poremećaj

termometar

prostorijaventil(ulaz) (izlaz)pt

mijehvijak

termometar

Davač xz

regulacijskiuređaj PROCES

Davačnazivneveličine

xuxie y

komparator


mjerni uređaj


BLOK PRIKAZ REGULACIJEBLOK PRIKAZ REGULACIJE(analogni regulacijski krug)(analogni regulacijski krug)


Davačnazivne

l č

xu xie y

z

uređaj

mjerni uređaj

veličine

j j

d ć liči ( lij d l ij )vodeća veličina (slijedna regulacija)

nazivna veličina (čvrsta regulacija)

Xureferentna veličina

regulacijska pogreška (e) = referentna veličina (xu) – regulirana veličina (xi)

y = postavna veličina

xi = regulirana veličina


z = poremećaji


REGULACIJAREGULACIJA Hidraulični servomehanizamHidraulični servomehanizam

xc

a

xv

b

φ

krivuljnaploča poluga ventil cilindar

φ xk xv qv xc



multivarijabilni sistemi (više ulaznih i više izlaznih veličina)

vrši deduktivno mišljenje i analizuvrši deduktivno mišljenje i analizu

Osnovna značajka :

upravljanje mnogostrukim petljama

k bi ij lj j i l ijkombinacija upravljanja i regulacije

optimizacija



VOĐENJE PROCESAVOĐENJE PROCESAVOĐENJE PROCESAVOĐENJE PROCESA

P

T

μP

TV TP

qV

Tg

qV



1) upravljanje u otvorenom upravljačkom lancu (upravljanje) ) p j j p j ( p j j )

2) upravljanje poremećajnom veličinom (direktna kompenzacija poremećaja)

3) regulacija poremećaja

4) upravljanje s posrednom (indirektnom) kompenzacijom poremećaja=regulacija



P i j 1 Na slici je prikazan automatizirani uređaj iz svakidašnjeg životaPrimjer 1. Na slici je prikazan automatizirani uređaj iz svakidašnjeg života.

bimetal

x1

x2

grijač

Potrebno je:

a) nacrtati strukturnu shemu uređaja s naznakom osnovnih dijelova radnog procesa

b) odrediti princip prema kojem se ostvaruje zadatak upravljanja (regulacije)

) č l č l k k ( l l l c) naznačiti osnovne veličine regulacijskog kruga (upravljana ili regulirana, nazivna

ili željena, regulacijsko odstupanje, postavna veličina, poremećaji)



Rješenje

x1

bimetal

grijač

j j

x2

DNV grijaču = ie = xx1

z

ix u ix w DNV

x

grijač

x2

bimetal

Temperatura se regulira u zatvorenom upravljačkom krugu.

Upravljački postupak (algoritam) je nelinearan i ostvaruje se po principu

tzv. dvopoložajnog regulatora, a upravljačka je veličina samo funkcija regulacijske regulacijske

greškegreške ″e ″.


Regulacijska greška jeRegulacijska greška je razlika između regulirane i nazivne veličinerazlika između regulirane i nazivne veličine.


c)z

)

DNVx

grijačy = ie = xx1

x

ix u ix w

bimetal

x2

regulirana veličina je temperatura grijne plohe glačala (xi = )

referentna veličina (željena, vodeća, zadana) “xu" je temperatura koja sezadaje na upravljačkom dugmetu (Davač Nazivne Veličine, DNV)

l ij k šk " " j lik i đ i i li liči

postavna veličina (upravljačka, regulacijska) “y" je električna energija (struja)

regulacijska greška "e" je razlika između nazivne i regulirane veličine

koja se propušta kroz grijnu spiralu

poremećajna veličina "z" - to su sve one veličine koje utječu na temperaturu grijne plohe glačala

temperatura okoline, temperatura rublja,


vlažnost rublja, način rada glačalom, itd.


Zadatak 2.DNV

UU upravljački uređaj (regulator)DNV davač nazivne (željene zadane) veličine

UU

DNV

w = Cž

DNV davač nazivne (željene, zadane) veličinew nazivna (željena, zadana) veličinau upravljačka (postavna, regulacijska) veličinay upravljana (regulirana) veličina

m1m2 = u l CA

UU y upravljana (regulirana) veličina

m1 2 CA

Ci = xii i

U t č i kt d lik tj č (k / ) či t d i (k / ) t i t i A U protočni reaktor dan slikom, utječe m1 (kg/s) čiste vode i m2 (kg/s) otopine tvari A koncentracije CA (molA/kg). Mješanje u reaktoru je idealno. Zbog zahtijeva u ostalim dijelovima postrojenja izlazna koncentracija Ci mora se držati na odabranoj ili željenoj vrijednosti Cž .Kako je i pod kojim uvjetima to moguće ostvariti ?


j p j j gPomoću blokova prikažite i diskutirajte moguća rješenja za odabrane uvjete rada !


1) Upravljanje u otvorenom upravljačkom lancu1) Upravljanje u otvorenom upravljačkom lancu

1 1m konst. m

pretpostavke 1 1

A AC konst. C

i 1 2m m m

U upravljački uređaj upisan je slijedeći algebarski algoritam za doziranje

m2 koji proizlazi iz bilance mase u stacionarnom stanju:m2 koji proizlazi iz bilance mase u stacionarnom stanju:

ž2 1 2 ž, u

Cm m

Cm f f

C(C ) (w) 2 1

ž2 ž

AC C

w = Cž m2 = ul Ci = xi w = Cž Ci = xi

DNV UU ventil reaktorw Cž m2 ul Ci = xi w Cž Ci xi

Blok shema otvorenog (analognog) upravljačkog lanca


Blok shema otvorenog (analognog) upravljačkog lanca


P d tiPrednosti

najjednostavnije i najjeftinije rješenje

najmanji utrošak mjerno-regulacijske opreme

NedostaciNedostaci

početne pretpostavke u praksi su rijetko ispunjene

š j i j d ih k k i ik l itrošenje i promjene radnih karakteristika opreme rezultiranemogućnošću ispunjenja postavljenog zahtijeva (Ci=Cž)

Zaključak Ovakvo rješenje rijetko bi se moglo primijeniti u praksi ! Ovakvo rješenje rijetko bi se moglo primijeniti u praksi !

Pretpostavke m1=z1=konst. i CA=z2=konst. ne egzistiraju, već su m1 i CAp 1 1 A 2 g j , 1 A

unaprijed nepoznate veličine, pa se problem može riješiti na preostala tri načina.



2) Upravljanje poremećajnom veličinom2) Upravljanje poremećajnom veličinomDNV

UU

w = Cž

m1m2 = u l CA

MP MK

Ci = xi

MP

w = Cž m2 = ul Ci = xi

K1

MP

DNV UU ventil reaktorw Cž m2 ul Ci = xi

K3

K2


MK


Upravljanje se i dalje odvija u otvorenom lancu, samo je sada potrebno dodatnoj i t j l ij k ( j il t k MP i j ilopremanje sistema mjerno-regulacijskom opremom (mjerilo protoka MP i mjerilo

koncentracije MK).

U upravljački je uređaj upisana ista jednadžba kao i prije samo što se umjestoU upravljački je uređaj upisana ista jednadžba kao i prije, samo što se umjestokonstantnih iznosa protoka m1 i CA upravljačkom uređaju dostavljaju informacijeo njihovim trenutno izmjerenim vrijednostima.

Upravljački uređaj upravlja protokom m2 na osnovu 3 ulazne veličine premaslijedećem algoritmu:

žC(t) f(C C )ž

2 1 2 ž A 1A ž

u(t) m m , u m f(C ,C , m )C C

m1 = z1 C = xm1 z1

w = Cž

CA = z2

Ci = xi

Prednosti otklonjeni svi vanjski poremećaji

Nedostaci sistem i dalje osjetljiv na sve poremećaje koji nastaju iznutra, zbogtrošenja (starenje) i promjena radnih karakteristika opreme, te osjetljivost na nemjerljive poremećaje izvana (npr promjena tlaka


osjetljivost na nemjerljive poremećaje izvana (npr. promjena tlaka ulazne tvari)


3) Regulacija poremećaja3) Regulacija poremećajag j p jg j p j

DNV

w = Cž

R1UU

w Cž

R1m1ž CAž

CA= z2m1 = z1

MK

m2 = u l

MP

A 21 1

Ci = xi

Uv di s p vr tn v z z p r m ć jn v ličin m i CUvodi se povratna veza za poremećajne veličine m1 i CA .Na ovaj se način željene veličine m1ž i CAž mogu držati konstantnim, ili se njihove vrijednosti mogu mijenjati u skladu s postupkom upisanim


j j g j j p p pu upravljački uređaj.


MP

K1

R1 IČ1

ventilm1ž

DNV UU ventil reaktorw = Cž m2 = ul Ci = xi

K3

K1

K2CAž

R IČ

MK

R2 IČ2

dozator

MK

Blok shema analognog upravljačkog lanca Osnovni upravljački l j i d lj t !lanac je i dalje otvoren!



PrednostiPrednosti

nj ki p m ć ji p d k nt l m m ćn t d bi njih ih i nvanjski poremećaji pod kontrolom, mogućnost odabira njihovih iznosa

Nedostaci

sistem i dalje osjetljiv na sve poremećaje koji nastaju iznutra, zbogtrošenja (starenje) i promjena radnih karakteristika opreme

veliki utrošak mjero-regulacijske opreme

zbog sporosti regulacijskih krugova R1 i R2 rezultati mogu biti slabiji nego u prošlom slučaju



4)4) Upravljanje s posrednom kompenzacijom poremećaja = REGULACIJAUpravljanje s posrednom kompenzacijom poremećaja = REGULACIJAp j j p p j p jp j j p p j p j

DNV

w = Cž

UU

m1m2 = u l CA

UU

MK

Ci = xi



K1m1 = z1 K1

K2

m1 z1

CA = z2

DNV UU ventil reaktorw = Cž m2 = ul Ci = xi

K3

e

MK

Blok shema zatvorenog upravljačkog lanca (regulacije)



š k l k Rješenje koje bi se najvjerojatnije primijenilo u praksi je uvođenjepovratne veze za reguliranu veličinu Ci .

Takvo rješenje naziva se upravljanje s posrednom (indirektnom)kompenzacijom poremećaja ili ukratko regulacija kompenzacijom poremećaja ili ukratko regulacija.

N č kl h ć h b d ć dNa ovaj je način osigurano otklanjanje svih mogućih smetnji, budući daregulator trajno (na osnovu trenutnih odstupanja od nazivne veličine) dj l j i d i t b k liči t i djeluje i dozira potrebnu količinu otopine.

Sada se postavna (upravljačka) veličina m2 mijenja samo na osnovuinformacije o regulacijskoj grešci e.



1. stabilnost

2. točnost

3 brzina odziva 3. brzina odziva

4 karakter prijelazne pojave 4. karakter prijelazne pojave



STABILNOSTSTABILNOSTSTABILNOSTSTABILNOST

v

80 km/h

t

StabilnoNestabilno


NestabilnoGranica stabilnosti


STABILNOSTSTABILNOSTSTABILNOSTSTABILNOST

uun

MTp



TOČNOSTTOČNOSTTOČNOSTTOČNOST

a b ba

qu qu

H H

qi qi



BRZINA ODZIVABRZINA ODZIVA

x (t)

11

xu(t)

xi1(t)

xi2(t)

0.8

1

0.8

1

0.60.6

0.40.4

0.20.2

0 5 10 15 20 25 300

0 5 10 15 20 25 300

vrijeme


j


KARAKTER PRIJELAZNE POJAVEKARAKTER PRIJELAZNE POJAVEKARAKTER PRIJELAZNE POJAVEKARAKTER PRIJELAZNE POJAVE

xu(t)1.51.5xi1(t)

xi2(t)

11

0.50.5

0 5 10 15 20 25 30 35 400

0 5 10 15 20 25 30 35 400

vrijeme


j


l ij kixu xie y

z


u xie y

pobuda odziv

mjerni uređaj

iz poznatih parametara sustava i pobude treba odrediti odziviz poznatih parametara sustava i pobude treba odrediti odziv

iz poznate pobude i odziva treba odrediti parametare sustava


upravljanje i regulacija - fsb online · pdf filekatedra za strojarsku automatiku mehatronika...

Documents