Predstavitev diplomske naloge

REGULACIJA TEMPERATURE V PEČI

Izak Rok

Maribor, september 2012

UVOD• Prvi sistemi za avtomatsko reguliranje razviti že pred več kot pred 2000 leti

• Po 17. stoletju so bili v uporabi regulatorji tlaka, števila vrtljajev, nivoja tekočine

• Začetek avtomatskega vodenja se začne leta 1784 (James Watt-prvi centrifugalni regulator)

• Sodobna regulacijska tehnika ima pomembno vlogo v nadzornih sistemih

CILJI• Primerjava vodenja sistema s PID regulacijo in regulacijo v prostoru glavnih

komponent (PCA)• Izvedba obeh regulacij na simulacijskem modelu člena 2. reda, ter na

realnem modelu laboratorijske peči

Določitev PŠM (pulzno širinski modulator)

Določitev PŠM (pulzno širinski modulator)

0 100 200 300 400 500 600119.5

120

120.5

121

čas

tem

pera

tura

116.5 117 117.5 118 118.5 119 119.5 120

0.2

0.4

0.6

0.8

1

čas

gre

lci

0 100 200 300 400 500 600118

119

120

121

tem

pera

tura

čas

120 125 130 135

0

0.5

1

čas

gre

lci

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500119

119.5

120

120.5

čas

tem

pera

tura

100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110

0

0.5

1

čas

gre

lci

PŠM 4 s – 15% moči Grelci vklopljeni 0.6 s, izklopljeni 3.4 s

PŠM 15 s – 20% moči Grelci vklopljeni 3 s, izklopljeni 12 s

PŠM 10 s – 21% moči Grelci vklopljeni 2.1 s, izklopljeni 7.9 s

PID regulator• Predstavlja klasično orodje industrijske avtomatizacije• Prenosna funkcija zveznega PID regulatorja

• Izvedbe PID regulatorjev so se hkrati z tehnološkim razvojem spreminjale• Več metod za sintezo PID regulatorjev:

metoda na osnovi časovnih odzivov metoda na osnovi frekvenčnih karakteristikeksperimentalna metoda optimizacijska metoda metoda diagramov lege korenov

Ziegler-Nicholsova metoda stopničnega odziva

Določitev parametrov

regulatorparametri

Kp Ti Td

P tv/Ktd    

PI 0,9 tv/Ktd 3 td  

PID 1,2 tv/Ktd 2 td 0,5 td

regulatorparamatri

Kp Ti Td

P 1/β    

PI 0,9/β 3 td  

PID 1,2 /β 2 td 0,5 td

PID regulacija-simulacijski modelRegulacijski objekt

Določitev parametrov regulatorja po Ziegler-Nichols metodi stopničnega odziva

Določeno ojačenje K = ∆y/∆x = 3/1 = 3, čas zakasnitve td = 0.76 s in čas vzpona

tv = 5.18 s

PID regulacija-simulacijski modelPo tabeli izračunani parametri zveznega PID regulatorja so:

Kp = 2.73

Ti = 1.52 s

Td = 0.38 s

regulatorparametri

Kp Ti Td

P tv/Ktd    

PI 0,9 tv/Ktd 3 td  

PID 1,2 tv/Ktd 2 td 0,5 td

1.5

s+0.5

Transfer Fcn3

1

s+1

Transfer Fcn2

cas

To Workspace1

izhod

To WorkspaceStep1

Scope1

PID(s)

PID Controller

Clock

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

čas

izhod

ANALIZA GLAVNIH KOMPONENT-PCA• multivariatna statistična metoda• primerna je za stiskanje podatkov, postopke odkrivanja napak in tudi za

nadzor procesaPostopek razvoja metode:• V matriki X imamo procesne spremenljivke• Iz matrike X se izračuna kovariančna matrika• Matriko S razstavimo na lastne vektorje in lastne vrednosti

• P je matrika lastnih vektorjev, podatki merjenih spremenljivk pa so zadetki, matrika T

• Kombinacija prvotne matrike

• Pogrešek med modelom in realnim procesom

PCA REGULACIJA-simulacijski model• Naj bi ohranjal proces v želeni točki v PCA prostoru (v prostoru zadetkov T)• Shema PCA regulatorja po uporabljenem članku*

• Najprej bilo potrebno razviti model procesa v prostoru glavnih komponent v neki želeni delovni točki

• Nato sestaviti simulacijsko shemo za regulacijo v PCA prostoru

*Palma et al; Process Control based on PCA Models, 2010

Simulacijski model in odziv

PCA regulator

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

čas

žele

na v

redn

ost

TEST NA LABORATORIJSKI PEČI (PID)

• Določitev parametrov regulatorja po Ziegler-Nichols metodi stopničnega odziva za regulacijske objekte višje vrste

Izračunani parametri regulatorja PID po tabeli:

Kp = 0.8

Ti = 10 s

Td = 2.5 s

Določeni vrednosti td = 5s in β = 1.5

250 300 350 400 450100

110

120

130

140

150

čas

tem

pera

tura

250 300 350 400 4500

0.5

1

1.5

2

čas

grel

ci

regulatorparamatri

Kp Ti Td

P 1/β    

PI 0,9/β 3 td  

PID 1,2 /β 2 td 0,5 td

TEST NA LABORATORIJSKI PEČI (PID)

Rezultat PID regulacije na referenco 120°C

ODZIV PID REGULATORJA OB MOTNJI

• Vklop ventilatorja

• Sprememba želene temperature

TEST NA LABORATORIJSKI PEČI (PCA)

Rezultat PCA regulacije na referenco 120°C

ODZIV PCA REGULATORJA OB MOTNJI

• Vklop ventilatorja

• Sprememba želene temperature (ojačenje 10)

ZAKLJUČEK• Testiral dve različni regulaciji• Naučil in seznanil sem se z metodo PCA, ter obnovil znanje za

regulacijo s PID regulatorjem• PID regulator sem uporabili tudi za lažjo primerjavo odzivov s PCA

regulatorjem• PCA regulator ni najbolj praktičen, a zadovoljivo deluje• Iz literature in pridobljenih izkušenj ugotovim, da neustrezen (velik)

faktor ojačenja Kc zelo vpliva na stabilnost zaprte zanke• Ta PCA regulacijska metoda je bolj primerna za odkrivanje vzrokov

regulacijskega pogreška (detekcija napak)