Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 1.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 1."— Zapis prezentacji:

1 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 1 Projektowanie 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, ………..

2 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 2 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

3 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 3 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, ………

4 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 4 Sygnały i systemy w pętlach sterowania Przykłady fizykalne, namacalne Przykłady matematycznej aproksymacji Przykłady właściwości Sygnaływartość zadana, wejście sterujące, zakłócenia, pomiary, ……. funkcja ciągła, ciąg próbek, proces przypadkowy, …… analityczna, stochastyczna, sinusoidalna, stacjonarny, odchylenie standardowe, …… Systemyproces, 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

5 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 5 - 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

6 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 6 Temperatura pożądana Sterownik temperatury Ogrzewanie, chłodzenie Mieszkanie Obiekt Czujnik temperatury Temperatura mierzona Temperatura otoczenia, okna, drzwi, ludzie, urządzenia Wejście sterujące Grzanie lub chłodzenie Rzeczywista temperatura N a tym wykładzie skupimy uwagę na sterowaniu układami jednowymiarowymi wykorzystującym sprzężenie zwrotne Prędkość pożądana Sterownik prędkości Przepustnica, silnik Samochód Obiekt Prędkość mierzona Nachylenie drogi, wiatr, pasażerowie, obciążenie Wejście sterujące Rzeczywista prędkość Siła przyśpieszenia Czujnik prędkości

7 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 7 Sterownik/algorytm sterowania ze sprzężeniem zwrotnym jest systemem podejmowania decyzji, który zbiera informacje z otoczenia dla zdecydowania jak zmienić je dla realizacji pewnych zadań

8 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 8 Elementy nowoczesnego jednowymiarowego systemu sterowania Aktuatory System Sensory Wyjście 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

9 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 9 Zadania stawiane systemowi sterowania 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

10 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 10 Czy można zapewnić śledzenie nie stosując sprzężenia zwrotnego? Prędkość pożądana Sterownik prędkości Przepustnica, silnik Samochód Obiekt Prędkość mierzona Nachylenie drogi, wiatr, pasażerowie, obciążenie Wejście sterujące Siła przyśpieszenia Nie można zrealizować (lub może to być bardzo trudne) śledzenia nie stosując sprzężenia zwrotnego Sterowanie w układzie otwartym

11 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 11 Redukowanie wpływu niepomyślnych warunków (i niemierzonych) - Odrzucanie niemierzonych zakłóceń - Niewrażliwość na zmiany parametrów obiektu Zdolność redukowania wpływu niepomyślnych warunków nazywamy krzepkością (odpornością)

12 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 12 Czy można zapewnić krzepkość nie stosując sprzężenia zwrotnego? Prędkość pożądana Sterownik prędkości Przepustnica, silnik Samochód Obiekt Prędkość mierzona Nachylenie drogi, wiatr, pasażerowie, obciążenie Wejście sterujące Siła przyśpieszenia Nie można zapewnić (lub może to być bardzo trudne) krzepkości nie stosując sprzężenia zwrotnego Sterowanie w układzie otwartym

13 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 13 Odpowiedź niestabilna Prędkość (mile/h) Czas (s) Jakość sterowania (w dziedzinie czasu) Stabilność asymptotyczna

14 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 14 Czas narastania i przeregulowanie Prędkość (mile/h) Czas (s) Czas narastania Przeregulowanie

15 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 15 Czas ustalania Prędkość (mile/h) Czas (s) Czas ustalania

16 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 16 Uchyb ustalony Prędkość (mile/h) Czas (s) Uchyb ustalony

17 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 17 Wymagania inżynierskie względem systemu sterowania Koszt - Ile będzie kosztowało zastosowanie sterownika? Ile czasu zajmie opracowanie sterownika? Koszt sensorów, aktuatorów, sterownika, wyposażenia innego 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?

18 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 18 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?

19 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 19 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?

20 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 20 Metodologia projektowania systemów sterowania (jednowymiarowych) 1. Zrozumienie obiektu i określenie zadań sterowania Proces (obiekt) Zdobądź intuicyjne rozumienie procesu (obiektu) Określ zadania projektu Modelowanie Zrozumienie obiektu, możliwości, ograniczeń - rozmowa z technologiem - zapoznanie się z dokumentacją obiektu - zbieranie informacji z obiektu - wykonanie eksperymentów na obiekcie Określenie zadań sterowania - samodzielnie - w porozumieniu z zamawiającym, zarządem firmy, ….

21 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 21 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

22 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 22 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

23 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 23 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......

24 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 24 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

25 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 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

26 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 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

27 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 27 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

28 Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 28 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


Pobierz ppt "Komputerowe systemy sterowania 2009/2010Projektowanie systemów sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 1."

Podobne prezentacje


Reklamy Google