upravljanje i regulacija - fsb online · pdf filekatedra za strojarsku automatiku mehatronika...
TRANSCRIPT
Katedra za strojarsku automatiku
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 1
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 2
- izrada štampanih pločica
Katedra za strojarsku automatiku
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)
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 3
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 4
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 5
vođenje procesa
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 6
Katedra za strojarsku automatiku
UPRAVLJANJEUPRAVLJANJEUPRAVLJANJEUPRAVLJANJE
TP
TV
pt
qV
t t ijtilTV TPpt qV
termometar prostorijaventil(ulaz) (izlaz)
Upravljačkiuređaj PROCESulazna
veličinaizlaznaveličina
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 7
uređajveličina veličina
Katedra za strojarsku automatiku
UPRAVLJANJEUPRAVLJANJE
fi
programator
fi
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 8
t
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 9
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 10
mjerni uređaj
Katedra za strojarsku automatiku
BLOK PRIKAZ REGULACIJEBLOK PRIKAZ REGULACIJE(analogni regulacijski krug)(analogni regulacijski krug)
regulacijskiuređaj PROCES
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 11
z = poremećaji
Katedra za strojarsku automatiku
REGULACIJAREGULACIJA Hidraulični servomehanizamHidraulični servomehanizam
xc
a
xv
b
φ
krivuljnaploča poluga ventil cilindar
φ xk xv qv xc
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 12
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 13
Katedra za strojarsku automatiku
VOĐENJE PROCESAVOĐENJE PROCESAVOĐENJE PROCESAVOĐENJE PROCESA
P
T
μP
TV TP
qV
Tg
qV
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 14
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 15
Katedra za strojarsku automatiku
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)
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 16
Katedra za strojarsku automatiku
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 ″.
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 17
Regulacijska greška jeRegulacijska greška je razlika između regulirane i nazivne veličinerazlika između regulirane i nazivne veličine.
Katedra za strojarsku automatiku
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,
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 18
vlažnost rublja, način rada glačalom, itd.
Katedra za strojarsku automatiku
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 ?
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 19
j p j j gPomoću blokova prikažite i diskutirajte moguća rješenja za odabrane uvjete rada !
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 20
Blok shema otvorenog (analognog) upravljačkog lanca
Katedra za strojarsku automatiku
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.
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 21
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 22
MK
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 23
osjetljivost na nemjerljive poremećaje izvana (npr. promjena tlaka ulazne tvari)
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 24
j j g j j p p pu upravljački uređaj.
Katedra za strojarsku automatiku
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!
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 25
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 26
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 27
Katedra za strojarsku automatiku
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)
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 28
Katedra za strojarsku automatiku
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.
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 29
Katedra za strojarsku automatiku
1. stabilnost
2. točnost
3 brzina odziva 3. brzina odziva
4 karakter prijelazne pojave 4. karakter prijelazne pojave
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 30
Katedra za strojarsku automatiku
STABILNOSTSTABILNOSTSTABILNOSTSTABILNOST
v
80 km/h
t
StabilnoNestabilno
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 31
NestabilnoGranica stabilnosti
Katedra za strojarsku automatiku
STABILNOSTSTABILNOSTSTABILNOSTSTABILNOST
uun
MTp
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 32
Katedra za strojarsku automatiku
TOČNOSTTOČNOSTTOČNOSTTOČNOST
a b ba
qu qu
H H
qi qi
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 33
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 34
j
Katedra za strojarsku automatiku
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 35
j
Katedra za strojarsku automatiku
l ij kixu xie y
z
regulacijskiuređaj PROCES
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
Mehatronika i robotika Upravljanje i regulacija Koncepti upravljanja - 36