projektowanie systemu sterowania
TRANSCRIPT
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 1
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Komputerowe systemy sterowania AR - studia stacjonarne I stopnia
Wykład 15 2015/2016
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. Inż.
Katedra Inżynierii Systemów Sterowania
Zarys problematyki projektowania systemów
sterowania
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 2
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Sterowanie klasyczne
Nowoczesne sterowanie
Optymalne sterowanie
Krzepkie sterowanie
Sterowanie nieliniowe, sterowanie adaptacyjne, sterowanie predykcyjne, sterowanie hybrydowe
Rozwój teorii sterowania i systemów (metody oparte na modelach)
Metody w dziedzinie czasu i częstotliwości; stabilność z zapasem wzmocnienie i fazy
Szczególnie użyteczne dla systemów jednowymiarowych (SISO)
Ciągle jedno z głównych narzędzi inżynierów automatyków
Podejście przestrzeni stanu do liniowych systemów sterowania
Użyteczne zarówno dla systemów SISO jak i wielowymiarowych (MIMO)
Znajduje sterowanie, które minimalizuje pewną funkcję celu (np. zużycie paliwa, czas, …
Może być stosowane zarówno do sterowania w układzie otwartym jak i zamkniętym
Zapewnia stabilność przy istnieniu niepewności
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 3
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Dwa oblicza teorii i inżynierii sterowania:
Teoria systemów i sterowania rozwija się dynamicznie w ostatnich
dziesięcioleciach
- Podejście przestrzeni stanów i filtr Kalmana są produktami tego rozwoju lat
60. ubiegłego stulecia, które umożliwiły po raz pierwszy rozwiązywać
problemy sterowania wielowymiarowych liniowych problemów sterowania
- Od lat 70. rozwija się teoria i techniki sterowania adaptacyjnego
- W latach 80. zostało rozwinięte sterowanie krzepkie dla systemów
wielowymiarowych
- W tym samym czasie rozwinięte zostały techniki detekcji i diagnostyki
Nowe techniki są bardzo obiecujące dla zastosowań przemysłowych i
przyciągały zawsze zainteresowanie akademickich ośrodków badawczych
Zastosowanie tych technik w przemyśle procesowym było ograniczone
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 4
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Odwiedzając zakłady przemysłu procesowego możemy stwierdzić, że
nowoczesne komputerowe systemy sterowania są kombinacją:
- najnowszej technologii komputerowej
- klasycznej technologii sterowania PID, która jest technologią ograniczoną
głównie do układów jednowymiarowych, rozwiniętą w latach 1940 i 1950
Przyczyny dwoistości sytuacji (m.in.)
Brak odpowiednich modeli dynamiki procesów przemysłowych – wszystkie
zaawansowane nowoczesne techniki są oparte na modelach i potrzebują
dokładnych w racjonalnym stopniu modeli procesów
brak dobrej komunikacji pomiędzy ośrodkami akademickimi a przemysłem
(rola absolwentów z wykształceniem w zakresie inżynierii sterowania !!!)
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 5
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Wyjątek
W latach 90. ubiegłego stulecia sterowanie predykcyjne (Model Predictive
Control – MPC) uzyskało silną pozycję w przemyśle rafineryjnym i
petrochemicznym i zaczęło przyciągać uwagę innych przemysłów
- Tysiące raportów przestawia zastosowania przemysłowe MPC, głównie z
liniowymi modelami dynamicznymi
- Koszt zastosowania MPC jest ciągle wysoki
- Istnieje obecnie przekonanie, że modelowanie i identyfikacja procesów jest
najtrudniejszą i najbardziej czasochłonną częścią projektów MPC
Szerokie upowszechnienie zastosowań MPC wymaga bardziej efektywnych
technologii identyfikacji
(w oparciu o: Yucai Zhu (2001). Multivariable System Identification for Process Control)
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 6
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Obraz zastosowania klasycznej technologii PID
Sterowniki PI oraz PID znajdują się w centrum praktyki inżynierii
sterowania od siedemdziesięciu lat
Pomimo tego nie znajdowały przez wiele lat odpowiedniego zainteresowania
ośrodków akademickich; przełomem stały się prace
- Åström, K.J., Hägglind, T. (1995). PID Controllers: Theory, Design and
Tunning
- Shinskey, F.G. (1988, 1996). Process Control Systems – Application, Design
and Tunning
Istnieją silne dowody, że sterowniki PI i PID pozostają słabo rozumiane, a w
szczególności niewłaściwie strojone w wielu zastosowaniach
(w oparciu o: O’Dwyer, A. Yucai Zhu (2006). Handbook of PI and PID Controller Tunning
Rules)
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 7
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Fakty o technologii sterowania PID:
Prawdopodobnie jedynie w 5-10% przemysłowych układów sterowania nie
mogą być zastosowane jednowymiarowe sterowniki PID
Sterowniki te sprawdzają się dobrze dla procesów z „łagodną” dynamiką i
umiarkowanymi wymaganiami jakości – istnieją dane, że: 98% pętli sterowania
i przemyśle papierniczym wykorzystuje sterowniki SISO PI (Bialkowski,
W,L. (1996). in The Control Handbook, Ed. W.S. Levine); ponad 95%
zastosowań sterowania procesami wykorzystuje sterowniki PID (Åström,
K.J., Hägglind, T. (1995). PID Controllers: Theory, Design and Tunning)
Stosowanie sterowników PI oraz PID jest rekomendowane dla procesów
niskiego i średniego rzędu i z niedużymi opóźnieniami (Isermann, R. (1989).
Digital Control Systems)
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 8
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Dowody, że sterowniki PI i PID pozostają słabo rozumiane:
Testowanie ponad tysiąca pętli sterowania w ponad stu zakładach pokazało,
że: ponad 30% zainstalowanych sterowników pracuje w trybie sterowania
ręcznego a 65% pętli pracujących w trybie sterowania automatycznego
posiada gorsze parametry jakościowe niż te pracujące w trybie ręcznego
sterowania (Ender, D.B. (1993). Process control performamnce: not as good
as you think, Control Engineering)
80% sterowników jest niewłaściwie nastrojonych; 30% pracuje w trybie
sterowania ręcznego; 25% wszystkich sterowników PID pracuje
wykorzystując domyślne nastawy fabryczne, co sugeruje, że nie były w ogóle
strojone (Van Overschee, P. and De Moor, B. (2000). RaPID: the end of
heuristic PID tunning. Preprints of Proceedings of PID’00: IFAC Workshop
on digital control)
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 9
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Przedstawienie graficzne zasad projektowania i testowania sterownika:
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 10
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Dla zaprojektowania i nastrojenie dobrego sterowania/sterownika należy:
Określić wymagane wskaźniki jakości i krzepkości dla pętli sterowania
Poznać model dynamiki sterowanego systemu/obiektu
Posiadać odpowiednią metodę projektowania sterownika zapewniającą
osiągnięcie wymaganych wskaźników jakości i krzepkości dla posiadanego
modelu dynamiki
Wdrożyć zaprojektowany sterownik biorąc pod uwagę praktyczne
ograniczenia
Przetestować jakość działania regulatora na obiekcie lub modelu
referencyjnym i jeżeli potrzeba przeprojektować/przestroić
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 11
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Metodyka projektowania systemów sterowania
Uwagi wstępne
Inżynieria sterowania (Control Engineering) odgrywa dziś fundamentalną rolę w nowoczesnych systemach technologicznych, ……
Korzyści ze sterowania w przemyśle, …. mogą być wielorakie - poprawa jakości produktu - obniżenie zużycie energii - minimalizacja odpadów - podniesienie poziomu bezpieczeństwa - redukcja zanieczyszczeń otoczenia - ………
Ale
Zaawansowane aspekty inżynierii sterowania wymagają dobrych podstaw matematycznych (dynamika, stabilność, jakość, obserwowalność, sterowalność, ………..
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 12
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Uwagi c.d.
Sukces projektu systemu sterowania zależy od dwóch kluczowych składników - posiadania wystarczającego rozumienia systemu sterowanego
(chemicznego, elektromechanicznego, ……….) - posiadania wiedzy z zakresu podstawowych pojęć: sygnałów, systemów, teorii sterowania, struktur, algorytmów, ……
Projekt sterowania procesem przemysłowym, ………… aby wypełniał on wymagania opłacalności, jakości, bezpieczeństwa, wpływu na środowisko wymaga ścisłej współpracy pomiędzy ekspertami z różnych dziedzin – technologii procesu, techniki komputerowej, mechaniki, ……, pomiarów i oprzyrządowania, sterowania
Ale
Każdy z nich będzie patrzył na proces technologiczny, ….. i jego sterowanie z innej perspektywy – z perspektywy swojej dziedziny
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 13
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Inżynier technolog dziedzinowy – procesy, warunki ich poprawnego zachodzenia, ich powiązania, …..
Inżynier informatyk („komputerowiec”) – sprzęt i oprogramowanie komputerowe, infrastruktura lokalnej sieci komputerowej, systemy operacyjne, oprogramowanie aplikacyjne, ………
Inżynier pomiarów i oprzyrządowania – sensory, aktuatory, ich okablowanie, …..
Przykładowe perspektywy:
Inżynier sterowania (automatyk) – elementy systemu sterowania widziane w kategoriach sygnałów, systemów, dynamiki odpowiedzi, ich modeli lub ich właściwości, ………
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 14
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Sygnały i systemy w pętlach sterowania
Przykłady fizykalne, namacalne
Przykłady matematycznej aproksymacji
Przykłady właściwości
Sygnały wartość zadana, wejście sterujące, zakłócenia, pomiary, …….
funkcja ciągła, ciąg próbek, proces przypadkowy, ……
analityczna, stochastyczna, sinusoidalna, stacjonarny, odchylenie standardowe, ……
Systemy proces, sterownik, sensor, aktuator, …….
równanie różniczkowe, równanie różnicowe, transmitancja, model przestrzeni stanu, …….
ciągły, dyskretny, próbkowany, liniowy, nieliniowy, stacjonarny, ……
Inżynier automatyk patrzy na system sterowania ze swojej perspektywy mając na uwadze inne perspektywy, ponieważ razem daje to całościowe spojrzenie na ten system
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 15
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
- projekty niekomercyjne (badawcze, edukacyjne, specjalne (np. wojskowe, kosmiczne, …);
º koszty nie są czynnikiem pierwszoplanowym, º pierwszoplanowe wymagania: parametry techniczne, niezawodność,
bezpieczeństwo, …..
Znaczenie kosztów projektu systemu sterowania
- projekty komercyjne
º rola czynnika kosztów zależy, od tego, czy sterowanie (sterownik) jest niedużym podukładem większego produktu komercyjnego (np. układ utrzymania stałej prędkości (cruise control) czy ABS w samochodzie czy ABS (Anti-Lock Breaking System), czy też jest częścią pojedynczego procesu technologicznego (np. układ sterowania ruchem robotów linii montażowej samochodów)
º w pierwszym przypadku koszty zwykle będziemy minimalizować (jak najprostsze rozwiązania), w drugim, wysiłek można skupić na uzyskaniu układu bardziej złożonego zapewniającego dobrą jakość produktu
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 16
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Temperatura
pożądana Sterownik
temperatury
Ogrzewanie,
chłodzenie Mieszkanie
Obiekt
Czujnik
temperatury
Temperatura
mierzona
Temperatura otoczenia,
okna, drzwi, ludzie,
urządzenia
Wejś
cie
ste
rują
ce
Grz
anie
lu
b
ch
łodze
nie
Rze
czyw
ista
tem
pe
ratu
ra
Podstawowe znaczenie sterowania wykorzystującego sprzężenie zwrotne
Prędkość
pożądana Sterownik
prędkości
Przepustnica,
silnik Samochód
Obiekt Prędkość
mierzona
Nachylenie drogi, wiatr,
pasażerowie, obciążenie
Wejś
cie
ste
rują
ce
Rze
czyw
ista
prę
dko
ść
S
iła
prz
yśpie
szenia
Czujnik
prędkości
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 17
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Sterownik/algorytm sterowania ze sprzężeniem zwrotnym jest systemem podejmowania decyzji, który zbiera informacje z otoczenia dla zdecydowania jak wykorzystać je dla realizacji określonych zadań sterowania
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 18
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Elementy nowoczesnego jednowymiarowego systemu sterowania
Aktuatory System Sensory
Wyjście
Szumy Szumy Zewnętrzne zakłócenia
Wejście operatora
Komputer
Obiekt
Sterownik
Obiekt: System fizyczny, aktuatory, sensory
Sterownik: Mikrokomputer plus sprzętowe przetwarzanie
Sprzężenie: Połączenie pomiędzy wyjściem obiektu a wejściem sterownika
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 19
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Wymagania stawiane systemowi sterowania związane z jakością jego działania
„Dobre” śledzenie trajektorii wejściowego sygnału referencyjnego (wejściowego sygnału wartości zadanej)
Śledzenie oznacza zdolność sterownika do wpływania na wejście obiektu (manipulowania wejściem obiektu) w taki sposób, aby trajektoria wyjścia obiektu pozostawała tak blisko jak to jest możliwe trajektorii sygnału referencyjnego
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 20
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Czy można zapewnić śledzenie nie stosując sprzężenia zwrotnego?
Prędkość
pożądana Sterownik
prędkości Przepustnica,
silnik Samochód
Obiekt
Prędkość
mierzona
Nachylenie drogi, wiatr,
pasażerowie, obciążenie
We
jście
ste
rują
ce
S
iła
prz
yśpie
szenia
Nie można zrealizować (lub może to być bardzo trudne) śledzenia nie stosując sprzężenia zwrotnego
Sterowanie w układzie otwartym
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 21
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Redukowanie wpływu niepomyślnych warunków (i niemierzonych)
- Odrzucanie niemierzonych zakłóceń
- Niewrażliwość na zmiany parametrów obiektu
Zdolność redukowania wpływu niepomyślnych warunków nazywamy krzepkością (odpornością)
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 22
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Czy można zapewnić krzepkość nie stosując sprzężenia zwrotnego?
Prędkość
pożądana Sterownik
prędkości Przepustnica,
silnik Samochód
Obiekt
Prędkość
mierzona
Nachylenie drogi, wiatr,
pasażerowie, obciążenie
We
jście
ste
rują
ce
S
iła
prz
yśpie
szenia
Nie można zapewnić (lub może to być bardzo trudne) krzepkości nie stosując sprzężenia zwrotnego
Sterowanie w układzie otwartym
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 23
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Odpowiedź niestabilna
Czas (s)
Prę
dkość
(mile
/h)
Pożądane zachowanie w kategoriach odpowiedzi czasowej (jakość sterowania w dziedzinie czasu)
- Stabilność asymptotyczna
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 24
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Czas narastania i przeregulowanie
Prę
dkość (
mile
/h)
Czas (s)
- Czas narastania
- Przeregulowanie
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 25
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Czas ustalania
Prę
dkość (
mile
/h)
Czas (s)
- Czas ustalania
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 26
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Uchyb ustalony
Prę
dkość (
mile
/h)
Czas (s)
- Uchyb ustalony
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 27
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Czynniki oceny projektu systemu sterującego (sterownika)
- Koszt całkowity
- Ile czasu zajmie opracowanie sterownika? Koszt sensorów, aktuatorów, sterownika, innego wyposażenia? Ile będzie kosztowała instalacja sterownika? Liczba osobomiesięcy niezbędna dla zaprojektowania, wykonania, odbioru technicznego, utrzymania?
- Złożoność obliczeniowa
- Czy wymagania obliczeniowe sterownika nie przekroczą możliwości sprzętu komputerowego? Czy nie przekroczone zostaną wymagania pracy w czasie rzeczywistym?
- Wykonalność
- Czy sterownik będzie stawiał jakieś specjalne wymagania sprzętowe, aby go zastosować?
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 28
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
- Niezawodność
- Czy system będzie zawsze działał właściwie? Jak można zaprojektować system, aby minimalizować liczbę uszkodzeń? Co powoduje te uszkodzenia? Sensory, sterownik, aktuatory, połączenia komunikacyjne?
- Utrzymanie i konserwacja
- Czy łatwo będzie utrzymywać system w działaniu?
- Adaptowalność
- Czy ten sam projekt można będzie przystosować do użycia z podobnym obiektem?
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 29
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
- Modyfikowalność (otwartość)
- W jakim stopniu system będzie musiał być przeprojektowany, aby można było do niego dołączyć nowy sprzęt, nową funkcję? Czy łatwo połączyć system z innymi?
- Zrozumiałość
- Czy określeni ludzie będą w stanie zrozumieć zastosowane podejście do sterowania?
- Polityka
- Czy twój szef jest przeciwny twemu podejściu? Czy twoje podejście jest zbyt nowatorskie i odbiega istotnie od standardów firmy? Czy twoje podejście jest zbyt ryzykowne?
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 30
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Metodyka projektowania systemów sterowania (jednowymiarowych)
1. Zrozumienie obiektu i określenie zadań sterowania
Proces
(obiekt)
Zdobądź intuicyjne
rozumienie procesu
(obiektu)
Określ wymagania
projektowe
Modelowanie
Zrozumienie obiektu, możliwości, ograniczeń
- rozmowa z technologiem
- zapoznanie się z dokumentacją obiektu
- zbieranie informacji z obiektu
- wykonanie eksperymentów na obiekcie
Określenie wymagania projektowe
- samodzielnie
- w porozumieniu z zamawiającym, zarządem firmy, ….
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 31
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Proces
(obiekt)
Modelowanie fizykalne,
identyfikacja
Aproksymacje
(redukcja rzędu modelu, linearyzacja, itp.)
Model
referencyjny Model
projektowy
2. Zbudowanie modeli i reprezentacji niepewności
Modelowanie tworzy podstawę klasycznego projektowania systemów sterowania
Żaden model nie jest doskonały, ale niepewności mogą być modelowane i uwzględniane w procesie projektowania
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 32
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Proces
(obiekt)
Modelowanie fizykalne,
identyfikacja
Aproksymacje
(redukcja rzędu modelu, linearyzacja, itp.)
Model
referencyjny Model
projektowy
2. Zbudowanie modeli i reprezentacji niepewności – c.d.
Model referencyjny – model na tyle wierny rzeczywistości na ile pozwala nam nasza wiedza i możliwości obserwacji
Zwykle ostatecznie przyjmuje postać modelu symulacyjnego
Model projektowy – uproszczenie modelu referencyjnego stosowane w syntezie sterownika
Stosowane uproszczenia: - redukcja rzędu - linearyzacja
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 33
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Model
projektowy
Model
referencyjny
Proces
(obiekt)
Eksperymentuj/porównuj
proces i modele
Oceń przydatność
modelu, popraw modele
Ucz się zachowania
systemu
Określ własności systemu (np.
stabilność, sterowalność,
obserwowalność)
Modyfikuj model projektowy
dla odzwierciedlenia
podstawowych własności
Konstruowanie sterownika
3. Analiza dokładności modelu i właściwości obiektu
Analizowane właściwości:
- stabilność
- sterowalność
- obserwowalność
- szybkość reakcji na wymuszenia
.
.
.
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 34
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Modele referencyjny i projektowy
System sterowania
Projektowanie/
przeprojektowanie
sterowania
Matematyczne i
symulacyjne badanie
jakości
Wdrożenie i ocena
sterownika
4. Konstruowanie i ocena systemu sterowania
Do konstruowania sterownika wykorzystujemy model projektowy
Istnieje wiele efektywnych metod klasycznych i zwykle dla rozważanego problemu istnieje możliwość zastosowania więcej niż jednej metody
Popularne metody:
- sterowanie PID
- linie pierwiastkowe, kompensatory, …
- metody przestrzeni stanu
- sterowanie optymalne
- sterowanie krzepkie
- sterowanie nieliniowe
- sterowanie adaptacyjne
- sterowanie stochastyczne
- systemy zdarzeń dyskretnych
- sterowanie hybrydowe
Synteza sterownika
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 35
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
4. Konstruowanie i ocena systemu sterowania – c.d.
Badanie jakości działania układu zamkniętego
Modele referencyjny i projektowy
System sterowania
Projektowanie/
przeprojektowanie
sterowania
Matematyczne i
symulacyjne badanie
jakości
Wdrożenie i ocena
sterownika
Badanie matematyczne – wykorzystanie modelu projektowego
Badanie symulacyjne – wykorzystanie modelu referencyjnego
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 36
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
4. Konstruowanie i ocena systemu sterowania – c.d.
Eksperymentalna ocena jakości działania układu zamkniętego
Modele referencyjny i projektowy
System sterowania
Projektowanie/
przeprojektowanie
sterowania
Matematyczne i
symulacyjne badanie
jakości
Wdrożenie i ocena
sterownika
Badanie na obiekcie – zwykle ograniczone możliwości
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 37
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Uzyskanie intuicyjnego
rozumienia obiektu
System sterowania automatycznego
Wdrożenie sterownika
i ocena
Matematyczne i
symulacyjne badanie
jakości
Projektowanie/
przeprojektowanie
sterowania
Modelowanie
Określenie zadań
projektu
Proces wymagający
automatyzacji (obiekt)
Podsumowanie: Iteracyjna procedura projektowania z wykorzystaniem modelowania
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 38
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Uzyskanie intuicyjnego
rozumienia obiektu
System sterowania automatycznego
Proces wymagający
automatyzacji (obiekt)
Określenie zadań
projektu
Projektowanie/
przeprojektowanie
sterowania (heurystyczne)
Wdrożenie sterownika
i ocena
Brak modelu: wykorzystanie podejścia heurystycznego
Przyczyny:
- proces zbyt skomplikowany
- brak środków na budowę modelu
- proces niezbyt wymagający
Katedra Inżynierii Systemów Sterowani 39
Komputerowe systemy sterowania 2015/2016 Zarys problematyki projektowania systemów sterowania
Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.
Dziękuję za uczestnictwo w wykładzie i uwagę