Szabályozás Irányítástechnika PE MIK MI BSc 1

Hasonló dokumentumok
Tartalom. Soros kompenzátor tervezése 1. Tervezési célok 2. Tervezés felnyitott hurokban 3. Elemzés zárt hurokban 4. Demonstrációs példák

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 7.

Az egységugrás függvény a 0 időpillanatot követően 10 nagyságú jelet ad, valamint K=2. Vizsgáljuk meg a kimenetet:

Számítógépes gyakorlat Irányítási rendszerek szintézise

Gépészeti rendszertechnika (NGB_KV002_1)

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 5. DC MOTOROK SZABÁLYOZÁS FORDULATSZÁM- SZABÁLYOZÁS

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

Irányítástechnika (BMEGERIA35I) SOROS KOMPENZÁCIÓ. 2010/11/1. félév. Dr. Aradi Petra

Az irányítástechnika alapfogalmai Irányítástechnika MI BSc 1

SZABÁLYOZÁSI KÖRÖK 2.

Történeti Áttekintés

Segédlet a gyakorlati tananyaghoz GEVAU141B, GEVAU188B c. tantárgyakból

IRÁNYÍTÁSTECHNIKAI ALAPOK. Erdei István Grundfos South East Europe Kft.

L-transzformáltja: G(s) = L{g(t)}.

Márkus Zsolt Tulajdonságok, jelleggörbék, stb BMF -

Az irányítástechnika alapfogalmai

Irányítástechnika II. előadásvázlat

Soros felépítésű folytonos PID szabályozó

Frekvenciatartomány Irányítástechnika PE MI BSc 1

1. Az automatizálás célja, és irányított berendezés, technológia blokkvázlata.

Irányítástechnika 2. előadás

1. Fejezet. Visszacsatolt erősítők. Elektronika 2 (BMEVIMIA027)

Hurokegyenlet alakja, ha az áram irányával megegyező feszültségeséseket tekintjük pozitívnak:

Irányítástechnika labor Elméleti összefoglaló

Ideiglenes példatár az Intelligens rendszerek I. kurzus 1. zárthelyi dolgozatához

Műveleti erősítők. 1. Felépítése. a. Rajzjele. b. Belső felépítés (tömbvázlat) c. Differenciálerősítő

Tartalom. 1. Állapotegyenletek megoldása 2. Állapot visszacsatolás (pólusallokáció)

Irányítástechnika. II. rész. Dr. Turóczi Antal

Ideális műveleti erősítő

Jelek és rendszerek - 4.előadás

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III. 28.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Két- és háromállású szabályozók. A szabályozási rendszer válasza és tulajdonságai. Popov stabilitási kritérium

Mechatronika alapjai órai jegyzet

Bevezetés az állapottér-elméletbe Dinamikus rendszerek állapottér reprezentációi

Gáznyomás-szabályozás, nyomásszabályozó állomások

Alaptagok Nyquist- és Bode-diagramjai

Irányítástechnika 12. évfolyam

Digitális jelfeldolgozás

MECHATRONIKA Mechatronika alapképzési szak (BSc) záróvizsga kérdései. (Javítás dátuma: )

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Tartalom. Robusztus stabilitás Additív hibastruktúra Multiplikatív hibastruktúra

2. Folytonos lineáris rendszerek leírása az id!-, az operátor- és a frekvenciatartományban

Irányítástechnika 4. előadás

Szabályozástechnika II.

OMRON MŰSZAKI INFORMÁCIÓK OMRON

Jelgenerátorok ELEKTRONIKA_2

Irányítástechnikai alapok. Zalotay Péter főiskolai docens KKMF

Lineáris rendszerek stabilitása

5. Hét Sorrendi hálózatok

Jelkondicionálás. Elvezetés. a bioelektromos jelek kis amplitúdójúak. extracelluláris spike: néhányszor 10 uv. EEG hajas fejbőrről: max 50 uv

Irányítástechnika Elıadás. Zárt szabályozási körök stabilitása

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

Irányítástechnika 2. Levelező tagozat. 1. Előadás

Gépészeti rendszertechnika (NGB_KV002_1)

Stabilitás Irányítástechnika PE MI_BSc 1

Alaptagok Nyquist és Bode diagramjai

ÍRÁSBELI FELADAT MEGOLDÁSA

Számítógépes gyakorlat MATLAB, Control System Toolbox

Szakképesítés: Automatikai technikus Szóbeli vizsgatevékenység A vizsgafeladat megnevezése: Irányítástechnikai alapok, gyártórendszerek

RENDSZERTECHNIKA 8. GYAKORLAT

Irányításelmélet és technika I.

Számítógépes gyakorlat MATLAB, Control System Toolbox

Irányítástechnika II. Nem hivatalos vizsga beugró kérdéssor kidolgozás

Négypólusok tárgyalása Laplace transzformációval

Irányítástechnika Elıadás

Folyamatirányítás. Számítási gyakorlatok. Gyakorlaton megoldandó feladatok. Készítette: Dr. Farkas Tivadar

Tájékoztató. Használható segédeszköz: számológép

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 9.

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VILLAMOSIPAR ÉS ELEKTRONIKA ISMERETEK EMELT SZINTŰ SZÓBELI VIZSGA MINTAFELADATOK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK

Optidrive alkalmazás-támogatás gyûjtemény Jegyzékszám Cím Termékcsoport Szint

milyen mennyiségeket jelölnek a Bode diagram tengelyei? csoportosítsa a determinisztikus jeleket!

FOLYAMATIRÁNYÍTÁSI RENDSZEREK

1. ábra A visszacsatolt erősítők elvi rajza. Az 1. ábrán látható elvi rajz alapján a kövezkező összefüggések adódnak:

Számítógép-vezérelt szabályozás- és irányításelmélet

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III. 28.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

10.1. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

Analóg áramkörök Műveleti erősítővel épített alapkapcsolások

Elektronika Oszcillátorok

Elektromechanikai rendszerek szimulációja

Digitális jelfeldolgozás

MINTA Írásbeli Záróvizsga Mechatronikai mérnök MSc. Debrecen,

Elektronika zöldfülűeknek

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

Kaszkád T szabályozás Használati útmutató

Ipari mintavételes PID szabályozóstruktúra megvalósítása

Építőelemek összessége (eszköz, berendezés, módszer, művelet), mellyel az irányító berendezések megtervezhetők.

Folytonos rendszeregyenletek megoldása. 1. Folytonos idejű (FI) rendszeregyenlet általános alakja

1.A matematikai mintavételezés T mintavételi idővel felfogható modulációs eljárásnak, ahol a hordozó jel

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Dr. Gyurcsek István. Példafeladatok. Helygörbék Bode-diagramok HELYGÖRBÉK, BODE-DIAGRAMOK DR. GYURCSEK ISTVÁN

Elektronika Előadás. Műveleti erősítők táplálása, alkalmazása, alapkapcsolások

( ) abszolút érték függvényét!

DDC rendszerelemek, DIALOG-II család

A 2009-es vizsgákon szereplő elméleti kérdések

Haszongépj. Németh. Huba. és s Fejlesztési Budapest. Kutatási. Knorr-Bremse November 17. Knorr-Bremse

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

Átírás:

Szabályozás 2008.03.29. Irányítástechnika PE MIK MI BSc 1

Nyílt hatásláncú rendszerek Az irányító rendszer nem ellenőrzi a beavatkozás eredményét vezérlő rendszerek ahol w(s) bemenő változó / előírt érték y(s) kimenő változó / irányított kimenet G(s) irányított rendszer átviteli fv.-e Szabályozás/2

Nyílt hatásláncú rendszerek vezérlés hatáslánca anyag energia információ vezérlő berendezés beavatkozó szerv technológiai folyamat + zavarás érzékelő Szabályozás/3

Nyílt hatásláncú rendszerek Vezérlő rendszer leírása ( s) G( s) w( s) y = azaz az irányított kimenetet a bemenet értéke és az irányító rendszer tulajdonságai határozzák meg be nem tervezett zavarásokra, illetve a saját paramétereinek változásaira az irányító rendszer nem tud reagálni, azaz a rendszer csak a tervezési körülmények mellett működik megfelelően Szabályozás/4

Nyílt hatásláncú rendszerek vezérlés zavaró jellemző irányított jellemző néhány, előreismert zavarás kompenzálása ha nincs ismeretlen zavarás, akkor mindig az előírt értéken irányítási szervek pontosan ismerni kell minden elemet működési sajátosságok mindig stabil Szabályozás/5

Visszacsatolt rendszerek az irányító rendszer folyamatosan ellenőrzi a szabályzott kimenetet szabályzó rendszerek: ahol w(t) bemenő változó / előírt érték e(t) a hiba jel / szabályzási eltérés G c (s) szabályzó átviteli függvénye u(t) a beavatkozó jel G p (s) szabályzott szakasz átviteli fv.-e y(t) kimenő változó / szabályzott kimenet Szabályozás/6

Visszacsatolt rendszerek szabályozás hatáslánca G c (s) szabályzó berendezés beavatkozó jel beavatkozó szerv G p (s) módosított jellemző technológiai folyamat anyag energia információ + zavarás hiba jel előírt érték alapjel + - ellenőrző jel érzékelő szabályzott jellemző H(s) = 1 Szabályozás/7

Visszacsatolt rendszerek A visszacsatolt rendszer eredő átviteli függvénye y( s) G ( ) c s Gp s Ge s = = w( s) 1+ Gc s Gp a kimenet meghatározása: azaz a kimenet itt is a bemenet értékétől és az irányított rendszer tulajdonságaitól függ, de a G(s)-beli zavarások hatása a nyitott rendszerhez képest kisebb, illetve G(s) alkalmas megválasztásával eltüntethető y ( s) G = 1+ G ( s) ( s) ( ) ( ) ( ) ( s) G = 1+ ( ) = G ( s) w( s) w s e ( s) G( s) Szabályozás/8

Visszacsatolt rendszerek visszacsatolt ágban megjelenhet az érzékelőt leíró tag: ekkor az eredő átviteli függvény: G e ( s) = y ( s) ( ) w s G = 1± G ( s) ( s) H ( s) Szabályozás/9

Visszacsatolt rendszerek a visszacsatolás hatására a rendszer elvileg kompenzálja a zavarásokból, paraméterváltozásokból fellépő eltérést, de a rendszer eredő erősítése csökken, 1-nél kisebb lesz állandósult állapotbeli hiba az egyes tagok késleltető hatása miatt, az információ késleltetve jut a rendszer tudomására, és így nem megfelelő a beavatkozás, ami instabilitáshoz vezethet Szabályozás/10

Visszacsatolt rendszerek szabályozás zavaró jellemző minden zavarás kompenzálása irányított jellemző van eltérés, ez működteti a rendszert irányítási szervek nem kell a pontos ismeret működési sajátosságok lehet instabil (labilis) is Szabályozás/11

Állandósult állapotbeli hiba a visszacsatolás alapvető célja a tényleges kimenet és az előírt kimenet közötti eltérés minimalizálása legyen a szabályzó kör a következő: a szabályzási eltérés: e ( t) = w( t) y( t) Szabályozás/12

Állandósult állapotbeli hiba az állandósult állapotbeli hiba: a szabályzó kör felépítése alapján e azaz e ss = lim e ( t) = lim s e( s) t s 0 ( s) = w( s) y( s) = w( s) G( s) e( s) e ss ( ) ( ) s s w s = lim s 0 1+ G tehát a hibát mind a bemenő jel, mind a rendszer típusa befolyásolja e ( s) w s = 1+ G ( ) ( s) Szabályozás/13

Állandósult állapotbeli hiba legyen a bemenet k amplitúdójú ugrásfüggvény: ekkor a hiba e ss ( t) = k ( t) w 1 k = lim s 0 1+ G ( s) ( s) w = k = 1+ lim G s 0 ahol K p az arányos hiba koefficiens vagy arányos hibaállandó: K p = k e e ss k s ( s) ss k = 1+ K p Szabályozás/14

Állandósult állapotbeli hiba ahhoz, hogy a hiba nulla legyen: K = ehhez az kell, hogy a G(s) nevezőjében legyen egy s tag szorzóként, azaz kell egy integrátor tag ha nincs, akkor adott megengedett eltéréshez meghatározható a K p érték ez, mint erősítés jelentkezik a visszacsatolt körben hiba: offszet p lim G s 0 ( s) = Szabályozás/15

Állandósult állapotbeli hiba legyen a bemenet sebességugrás függvény: w ekkor a hiba e ss ( t) = k' t k' = lim s 0 s + sg ( s) = ( s) 2 w = ahol K v a sebességi hiba koefficiens vagy sebességi hiba: v lim sg s 0 K = k k' e ss ( s) k' s = k K v Szabályozás/16

Állandósult állapotbeli hiba ténylegesen ez nem a sebességhez kapcsolódó hiba, hanem beállítási hiba, ami a sebességugrás bemenetből következik K v mértékegysége: (másodperc) -1 ahhoz, hogy az e ss hiba nulla legyen K v -nak végtelennek kell lennie, ehhez egy s 2 tag kell G(s) nevezőjébe egyébként adott megengedett hibához meghatározható a K v értéke Szabályozás/17

Állandósult állapotbeli hiba ha a bemenet gyorsulás függvény: w ekkor a hiba e = lim ( t) = k" t 2 / 2 k" ( s) 3 w = ahol K a a gyorsulási hiba koefficiens vagy gyorsulási hiba mértékegysége: (másodperc) -2 k" 0 2 s + s G( s) 2 lim s G ( s ) ss s 2 = s 0 k" s = k" K a Szabályozás/18

Állandósult állapotbeli hiba a három eset alapján megállapítható, hogy az állandósult állapotbeli hiba léte attól függ, hogy milyen α hatványú s tag szerepel a felnyitott kör átviteli függvényének nevezőjében: G ( s) = K s α ( s z ) ( ) 1 K s zm ( s p ) K ( s p ) 1 n a rendszereket α értéke alapján szokás 0-, 1-, 2- típusúnak nevezni, ami megfelel egyben az origóba eső pólusok számának is Szabályozás/19

Állandósult állapotbeli hiba állandósult állapotbeli hiba, ha a bemenet Rendszer típusa ugrás sebességugrás gyorsulás 0 típus véges végtelen végtelen 1 típus 0 véges végtelen 2 típus 0 0 véges Szabályozás/20

Szabályzók Összefoglalva: arányos tag segítségével gyorsíthatjuk a rendszer működését, de az állandósult állapotbeli hiba nem tüntethető el integráló tag segítségével maradéktalanul eltüntethető az állandósult állapotbeli hiba, de a lengésre való hajlam erősödik általában elegendő, ha az ugrás jel esetén nincs állandósult állapotbeli hiba cél: egy gyors, de lengésre nem hajlamos rendszer kialakítása megfelelő szabályzó Szabályozás/21

Arányos tag bemenet a hibajel, kimenete pedig ennek az erősítéssel szorzott értéke: hatására gyorsabb lesz a rendszer működése visszacsatolásban csökken az állandósult állapotbeli hiba növekszik a lengésre való hajlam Szabályozás/22

Arányos tag I/O modell: ( t) Ke( t) u = átviteli függvény: G ( s) = K frekvencia függvény: ( jω) K G = Szabályozás/23

Integráló tag bemenet a hibajel, kimenete pedig ennek az integrálja hatására a visszacsatolt körben eltűnik a maradó hiba, de még jobban növekszik a lengésre való hajlam: a felnyitott körnek pólusa lesz az origóban a visszacsatolt körben növekszik a nevező fokszáma Szabályozás/24

Integráló tag I/O modell: átviteli függvény: ( t) ( ) frekvencia függvény: u 1 = e τ dτ I 1 G( s) = s G I ( jω) = I 1 jω Szabályozás/25

Deriváló tag lengési hajlam csökkentése: deriváló tag beépítése bemenete a hibajel, kimenet a hibajel deriváltja D-tag hatása ha a hibajel állandó értékű, akkor a deriváló tag nem csinál semmit ha a hibajel nem nulla, akkor megelőző hatást fejt ki: megakadályozza a nagy túl- és alálendüléseket Szabályozás/26

Deriváló tag I/O modell: u ( t) = D de( t) dt átviteli függvény: G ( s) = s D frekvencia függvény: G ( jω) = jω D Szabályozás/27

Deriváló tag ha a hibajel növekszik, akkor a derivált és a jel előjele megegyezik, és a deriváló tag növeli a szabályzó jelét, sietteti a túllendülés bekövetkeztét Szabályozás/28

Deriváló tag ha a hibajel csökken, akkor a derivált és a jel előjele különbözik csökkenti a szabályzó kimenetét, lassítja a működést, kisebb lesz a túllendülés Szabályozás/29

PI-tag Arányos és integráló tagok párhuzamosan kapcsolva G P (s) e(s) + u(s) G I (s) + gyakorlati megvalósítás: 1 e(s) + 1 I s + K u(s) Szabályozás/30

Szabályozás/31 PI-tag I/O modell: átviteli függvény: frekvencia függvény: ( ) ( ) ( ) + = t I d e t e K t u 0 1 τ τ ( ) s s K s K G s I I I 1 1 1 + = + = ( ) ω ω ω ω j j K j K j G I I I 1 1 1 + = + =

PI-tag átmeneti függvény Szabályozás/32

PI-tag súlyfüggvény: sebesség-válaszfüggvény: Szabályozás/33

PI-tag Nyquist-diagram G ( jω) = K + I K jω K Bode diagram G( jω) = K jω + I 1 I jω 1/ I Szabályozás/34

PD-tag Arányos és deriváló tagok párhuzamosan kapcsolva I/O modell: átviteli függvény: u G ( t) = K e( t) + d ( s) = K( 1+ s) D de ( t) dt frekvencia függvény: G ( jω) = K( 1+ jω) D Szabályozás/35

PD-tag átmeneti függvény Szabályozás/36

PD-tag súlyfüggvény sebességugrás válaszfüggvény Szabályozás/37

PD-tag Nyquist-diagram Bode-diagram 2 D 20lg 1+ jω = 20lg 1+ ω ϕ D ( ω) = arctg ω D 2 Szabályozás/38

PID-tag ideális Arányos, integráló és deriváló tagok párhuzamos kapcsolása I/O modell: t 1 de u( t) = K e( t) + e( τ ) dτ + D I dt 0 ( t) Szabályozás/39

Szabályozás/40 PID-tag ideális átviteli függvény frekvenciafüggvény ahol ( ) + + = s s K s G D I 1 1 ( ) + + = ω ω ω j j K j G D I 1 1 ( ) = + + = ω ω ω j j j K I D I I 2 1 ( ) ( ) 1 2 1 2 2 + + = ω ξ ω ω j j j K I D I D I 2 1 = = ξ

PID-tag ideális átmeneti függvény súlyfüggvény Szabályozás/41

PID-tag ideális sebességugrás válaszfüggvény Szabályozás/42

PID-tag ideális Nyquist-diagram Bode-diagram Szabályozás/43

PID-tag megvalósítható fizikailag megvalósítható PID-tagnál az ideális D- tag helyett egytárlós deriváló tagot alkalmazunk: Szabályozás/44

Szabályozás/45 PID-tag megvalósítható átviteli függvénye: ahol A az alsó F a felső törési körfrekvenciához tartozó időállandó: ( ) + + + = 1 1 1 s s s K G s K ' D I ( ) ( ) ( ) = + + + + + = s s s s K K I K I K ' D I 1 1 2 ( )( ) ( )s s s s K K I F A 1 1 1 + + + = K I F A + = + ( ) K ' D I F A + =

PID-tag megvalósítható átmeneti függvénye: Szabályozás/46

PID-tag megvalósítható súlyfüggvénye: Szabályozás/47

Szabályozás/48 PID-tag megvalósítható Bode-diagramja 1/ A 1/ F 1/ K 1/ K 1/ I ( )( ) ( )s s s s K K I F A 1 1 1 + + + = ( ) + + + = 1 1 1 s s s K s G K ' D I példában: I = 10.5, K = 0.5, A = 9.885, F = 1.115

Reális PI-tag Fáziskésleltető tag PI-tag gyakorlati megvalósítása elektronikai elemekkel feltesszük, hogy a tag üresjáratban dolgozik, azaz a kimenete terheletlen Szabályozás/49

Reális PI-tag Fáziskésleltető tag átviteli függvény G FK ( s) = U U K B ( s) 1+ SK s = ( s) 1+ s KK ahol késleltető tag = R C = SK KK = Q Q Q 1 ( R ) H + RQ CQ = Q ρ siettetési időállandója késleltetési időállandója KK > SK ρ = R Q R + Q R H ellenállásviszony Szabályozás/50

Reális PI-tag Fáziskésleltető tag átmeneti függvény PI-tag PI-tag FK-tag FK-tag Szabályozás/51

Reális PI-tag Fáziskésleltető tag súlyfüggvény FK-tag PI-tag sebességugrás válasz PI-tag FK-tag Szabályozás/52

Reális PI-tag Fáziskésleltető tag Nyquist-diagram G FK ( jω) 1+ = 1 + SK KK Bode-diagram jω jω SK / KK 1/ KK 1/ SK Szabályozás/53

Reális PD-tag Fázissiettető tag PD-tag gyakorlati megvalósítása elektronikai elemekkel C H R H U B R Q U K a tag csak elektronikus erősítő elé iktatható be, mert árammal nem terhelhető Szabályozás/54

Reális PD-tag Fázissiettető tag átviteli függvény G FK ( s) = U U K B ( s) 1+ SS s = AFS ( s) 1+ s KS ahol siettető tag = R C = KS SS H H H Q H RH RQ = CH = ρ R + R A FS RQ = = ρ < 1 R + R Q H Q siettetési időállandója késleltetési időállandója SS > KS átviteli tényező, erősítés Szabályozás/55

Reális PD-tag Fázissiettető tag átmeneti függvény FS-tag FS-tag P-tag P-tag Szabályozás/56

Reális PD-tag Fázissiettető tag súlyfüggvény sebességugrás válasz FS-tag P-tag Szabályozás/57

Reális PD-tag Fázissiettető tag Nyquist-diagram G FK ( jω) = A FS 1+ 1+ SS KS jω jω SS / KS Bode-diagram 1/ SS 1/ KS Szabályozás/58

Reális PID-tag Fáziskésleltető-siettető tag Fáziskésleltető-siettető (FKS) kapcsolás megvalósítása elektronikai elemekkel: C H R H C Q U B U K R Q Szabályozás/59

Reális PID-tag Fáziskésleltető-siettető tag átviteli függvény G FKS ( s) = U U K B ( s) ( s) = Q H s ( 1+ s)( 1+ s) 2 + Q ( + + ) s + 1 Q QH H H ahol = R C Q = RQCQ HQ = RH CQ H H H bevezetve a következő időállandókat: SA = SA SF SF Q Q H + = + H KA = KA KF KF Q Q + = + + H HQ H Szabályozás/60

Reális PID-tag Fáziskésleltető-siettető tag így az FKS-tag átviteli függvénye ahol G FKS ( s) = SA és KA az alsó törési körfrekvenciához tartozó siettetési és késleltetési időállandó SF és KF a felső törési körfrekvenciához tartozó siettetési és késleltetési időállandó KF < SF < SA < KA SA SF = KA KF ( SAs + 1)( SF s + 1) ( s + 1)( s + 1) KA KF Szabályozás/61

Reális PID-tag Fáziskésleltető-siettető tag átmeneti függvény rpid-tag FKS-tag Szabályozás/62

Reális PID-tag Fáziskésleltető-siettető tag súlyfüggvény végállapotok rpid-tag FKS-tag indulási időtartomány rpid-tag FKS-tag Szabályozás/63

Reális PID-tag Fáziskésleltető-siettető tag frekvenciatartomány Nyquist-diagram ω ω = 0 Bode-diagram 1/ KA 1/ SA 1/ SF 1/ KF Szabályozás/64

Példa Legyen a szabályozandó objektum átviteli függvénye a következő: G O ( s) = s 3 + 2. 6s + 1 megállapítható, hogy az objektum erősítése 1 további paramétereinek megállapításához bontsuk fel 1 2 + 2. 6s G O ( s) = s 3 + 2. 6s 1 2 + 2. 6s + 1 = 1 ( )( 2 s + 1 s + 1. 6s + 1) Szabályozás/65

Példa azaz a szabályozandó objektum felfogható egy elsőrendű (τ = 1) és egy másodrendű (ω = 1, ξ = 0.8) tag sorba kapcsolt eredőjeként pólusai: p 1 =-1 p 2,3 =-0.8± j0.6 G o ( s) = 1 ( )( 2 s + 1 s + 1. 6s + 1) Szabályozás/66

Példa átmeneti függvénye Szabályozás/67

Példa Az objektum frekvenciafüggvényei: Nyquist-diagram Szabályozás/68

Példa Bode-diagram 1/τ 1/ Szabályozás/69

Példa gyökhelygörbe Szabályozás/70

Példa csatoljuk vissza negatívan az objektumot ekkor az átviteli függvénye G e ( s) = G felbontva ( s) 1 = ( ) 3 s s + 2. 6s + 2. 6s + 2 O 2 1+ GO 1 1 G e ( s) = 3 2 s + 2. 6s + 2. 6s + 2 + ( )( 2 s + 1. 79 s + 0. 84s 1. 1764) azaz K = 0.5, τ = 0.56, = 0.92, ξ = 0.46 Szabályozás/71

Példa átmeneti függvény nyílt zárt Szabályozás/72

Példa (frekvenciafüggvény!!!) Nyquist-diagram Bode-diagram Szabályozás/73

Példa szabályzás P-szabályzóval Szabályzás P-szabályzóval maradó szabályzási hiba mindig van maximális erősítés 5.5 a szakasz gyökhelygörbéje alapján növekvő erősítés gyorsabb felfutás növekvő lengés Szabályozás/74

Példa szabályzás P-szabályzóval átmeneti függvény K=5 K=1.5 Szabályozás/75

Példa szabályzás P-szabályzóval Bode diagram K=1 K=5 Szabályozás/76

Példa szabályzás PI-szabályzóval Szabályzás PI-szabályzóval P-tag csökkenti a maradó szabályzási hibát, de növeli a lengési hajlamot I-tag megszünteti a maradó szabályozási hibát, de kis integrálási időállandó esetén erősen növelheti a lengési hajlamot nagy integrálási időállandó viszont csökkenti a lengést, de (jelentősen) növelheti a beállási időt Szabályozás/77

Példa szabályzás PI-szabályzóval átmeneti függvény PI szabályzóval PI-szabályzóval I-tag kimenete P-szabályzóval Szabályozás/78

Példa szabályzás PI-szabályzóval átmeneti függvény PI szabályzóval ( I =10, K=2) PI-szabályzóval csak P-szabályzóval I-tag kimenete Szabályozás/79

Példa szabályzás PI-szabályzóval átmeneti függvény PI szabályzóval ( I =2, K=2) PI-szabályzóval csak P-szabályzóval I-tag kimenete Szabályozás/80

Példa szabályzás PI-szabályzóval Nyquist-diagram 20s + 2 G e ( s) = 4 3 2 10s + 26s + 26s + 10s Szabályozás/81

Példa szabályzás PI-szabályzóval Bode-diagram G e 1 ( s) = ( 20s + 2) 10s s 3 + 2. 6s 1 2 + 2. 6s + 1 Szabályozás/82

Példa szabályzás PI-szabályzóval gyökhelygörbe Szabályozás/83

Példa szabályzás PD-szabályzóval Szabályzás PD-szabályzóval P-tag csökkenti a maradó szabályzási hibát, gyorsítja a működést, de ugyanakkor növeli a lengési hajlamot D-tag csökkenti a lengési hajlamot és gyorsítja a rendszer működését Szabályozás/84

Példa szabályzás PD-szabályzóval átmeneti függvény PD szabályzóval P-szab. PD-szab. D-tag Szabályozás/85

Példa szabályzás PD-szabályzóval átmeneti függvény PD-szabályzóval csak P-szabályzóval PD-szabályzóval D-tag kimenete Szabályozás/86

Példa szabályzás PD-szabályzóval frekvenciafüggvények Nyquist-diagram G e ( s) = 0. 01s 4 + 1. 026s 5. 01s 3 + 1 + 2. 626s 2 + 2. 61s + 1 Szabályozás/87

Példa szabályzás PD-szabályzóval Bode-diagram G e 1 ( s) = ( 5. 01s + 1) 0. 01s + 1 s 3 + 2. 6s 1 2 + 2. 6s + 1 Szabályozás/88

Példa szabályzás PD-szabályzóval gyökhelygörbe Szabályozás/89

Példa szabályzás PID-szabályzóval Szabályzás PID-szabályzóval P-tag csökkenti a maradó szabályzási hibát, gyorsítja a működést, de növeli a lengési hajlamot I-tag megszünteti a maradó szabályozási hibát, nagy integrálási időállandó esetén csökkenti a lengést, de (jelentősen) növelheti a beállási időt D-tag csökkenti a lengési hajlamot és gyorsítja a rendszer működését Szabályozás/90

Példa szabályzás PID-szabályzóval átmeneti függvény szabályzott kimenet I-tag kimenete D-tag kimenete Szabályozás/91

Példa szabályzás PID-szabályzóval frekvencia és gyökhelygörbe vizsgálatok Szabályozás/92

Példa szabályzás PID-szabályzóval Nyquist-diagram 2 3. 57s + 7. 035s + 3. 5 G e ( s) = 5 4 3 2 0. 02s + 2. 052s + 5. 252s + 5. 22s + 2s Szabályozás/93

Példa szabályzás PID-szabályzóval Bode-diagram G e ( ) ( 2 s = 3. 5 1. 02s + 2. 01s + 1) 1 1 s 0. 02s + 2 s 3 + 2. 6s 1 2 + 2. 6s + 1 Szabályozás/94

Példa szabályzás PID-szabályzóval gyökhelygörbe Szabályozás/95

PID-szabályzó beállítása Ziegler-Nichols szabály K I D P K 0.5K kr 0 PI K 0.45K kr I 0.8 kr 0 PID K 0.6K kr I 0.5 kr D 0.125 kr Szabályozás/96

Zavarkompenzáció cél: a zavaró jellemzőnek a szabályzott jellemzőre gyakorolt hatásának csökkentése megoldás: szabályzó rendszer kiegészítése vezérlő körrel a legnagyobb mértékű zavarást jelentő jellemzőt bevonjuk a szabályozásba ehhez mérjük ezt a jellemzőt is, és a jelet szuperponáljuk például a végrehajtó jelre Szabályozás/97

Zavarkompenzáció G c (s) w(s) q v1 q v2 y(s) c 1 c 2 A c Szabályozás/98

Arányszabályzás cél: két mennyiség arányának állandó értéken tartása megoldás: mindkét mennyiséget mérjük az arányt a szorzó tényezővel állítjuk be ez a jel lesz a szabályzó alapjele a pontos beállításhoz I-tag is kell Szabályozás/99

Arányszabályzás q v2 qv1 Szabályozás/100

Kaszkádszabályzás cél: a szabályzott jellemző előírt értéken történő tartása különböző időbeli lefutású zavarások mellett megoldás: két, egymásra épülő szabályzó kör kialakítása alsó szintű kör: a gyors lefolyású zavarás gyors kompenzálása, nem kell tökéletes beállítás felső szintű kör: a lassabb zavarások pontos kompenzálása (I-tag is kell) Szabályozás/101

Kaszkádszabályzás q v2 c 2 y 1 (s) Q G c1 (s) u 1 (s) q v1 c 1 c Szabályozás/102

Kaszkád-arányszabályzás cél: két mennyiség arányának állandó értéken tartása mellett a lassabb lefolyású zavarások kompenzálása megoldás: arányszabályzás kialakítása a legfontosabb és leggyorsabb zavarás hatásának kiküszöbölésére kaszkádkör kialakítása a lassabb zavarások kompenzálására Szabályozás/103

Kaszkád-arányszabályzás K w 1 (s) Q z(s) y 1 (s) Q G c1 (s) u 1 (s) u 2 (s) q v2 c 2 q v1 c 1 c A y 2 (s) G c2 (s) w 2 (s) Szabályozás/104