Curs 11 Structuri Complexe de Reglare

6. STRUCTURI COMPLEXE DE REGLARE

SRA convenionale: - o singur variabil de comand - o singur mrime reglat - regulatoare PID.

SRA complexe :- mai multe mrimi de comand - mai multe variabile msurte - regulatoare PID - filtre liniare - neliniariti statice.

6.1 Reglarea feedforward Reglarea feedforward: elimin efectul perturbaiei nainte de apariia erorii de reglare

6.1.1 Reglarea direct

Gff (s)

p

u Proces

y + + Gf (s)

Gp (s)

Procesul dou intrri: -comanda u -perturbaia msurabil p o ieire: -mrimea reglat y.

Rejecia perturbaiei p regulatorul feedforward Gff (s)

Y ( s )=G f (s )U ( s )+G p ( s )P (s ) (6.1) Y ( s )=[G p ( s )+G ff ( s )G f (s ) ]P ( s ) (6.2)

6.1.1 Reglarea direct

G ff ( s )=G p ( s )G f ( s )

Se impune rejectia perturbatiei p:

(6.3)

Gp(s) i Gf (s): modele de ordinul I

G p ( s )=k p

1 +sT pG f (s )=

k f1+sT f

(6.4)

G ff ( s )=k p (1 +sT f )k f (1 +sT p )

(6.5) Regulator feedforward: element de avans-ntrziere (lead-lag)

(6.5)

Rejecia perturbaiei erori de modelare mici

Reglarea direct: -necesitatea cunoaterii unor modele -sensibil la erorile de modelare

6.1.2 Reglarea combinat

GR(s) u r

up

Gf 1(s) Gf 2(s)

Gff (s)

+ +

e

p

+ y ur

Gp(s) +

_ +

pn

Se impune: mrimea reglat y s urmreasc referina r Rejecia perturbaiei msurabile p regulatorul feedforward Gff (s)

Asigurarea erorii staionare nule regulatorul GR(s)

Semnale exogene:- referina r - perturbaia nemsurabil pn si perturbatia masurabila p

Performane impuse sistemului de reglare GR(s) i Gff (s)

6.1.2 Reglarea combinat

2

0

0

( ) ( )( )

1 ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )( )

1 ( ) ( )

R f

R f

p f ff fp

R f

G s G sG s

G s G s

G s G s G s G sG s

G s G s

=

+

+=

+

G f (s )=G f 1( s )G f 2 ( s )

(6.6) Y ( s )=G0 ( s )R( s )+G0p( s )P ( s )

(6.7)

Notaii:

Se impune p s fie rejectat la ieire: G0p( s )=0

G p ( s )G f 2 ( s )+G ff ( s )G f 1 (s )G f 2 (s )=0(6.8)

1

( )( )

( )p

fff

G sG s

G s= (6.9)

De obicei regulatorul Gff(s) se alege de forma (6.5)

6.1.3 Reglarea cu urmrirea unui model de referinta

Gref (s)

p r e +

_ GR (s) Gf (s)

u y + n + + +

F.d.t n raport cu referina r:

G0( s )=GR( s )G f ( s )

1 +G R( s )G f ( s )Gref ( s ) (6.10)

F.d.t n raport cu perturbaia de sarcin p:

G0p( s )=G f ( s )

1+G R( s )G f (s )(6.11)

F.d.t n raport cu zgomotul de msur n:

G0n( s )=1

1+G R(s )G f ( s )(6.12)

a. Regulator feedforward plasat pe canalul referinei


Avantajul structurii de reglare cu dou grade de libertate:Posibilitatea decuplarii rspunsului n 3 componente:

-rspunsul la referin, -rspunsul la perturbaia de sarcin, -rspunsul la zgomotul de msur.

Procedura de proiectare: Se proiecteaz:1. Regulatorul GR(s) a.. s fie rejectate efectele perturbaiei de sarcin 2. Regulatorul Gref(s) impunndu-se dependena y fa de r prin f.d.t. model Gm (s).

n (6.10) G0(s)=Gm(s) :1 ( ) ( )

( ) ( )( ) ( )R f

ref mR f

G s G sG s G s

G s G s+

= (6.13)


b. Structuri cu regulator feedforward pe referin i componenta D pe msur

Gref (s)

p r e +

_ GR1 (s) Gf (s)

GR2 (s)

u + _

y + n + +

GR este format din : GR1 de tip I, pe calea direct GR2 de tip PD, pe msur.

G0( s )=GR1 (s )G f ( s )

1+[GR1( s )+G R2( s ) ]G f ( s )G ref ( s ) (6.14)

n (6.14) G0(s)=Gm(s) G ref ( s )=G m( s )1+[G R1( s )+G R2( s ) ]G f (s )

GR1( s )G f ( s )(6.15)


c. Structur de reglare feedforward i model de urmrire

Gm(s)

p r u ym +

_ GR(s) Gf (s)

Gff (s) uff

+ +

s n + +

G0( s )=G ff ( s )G f ( s )+G R( s )G f ( s )Gm( s )

1+G f (s )G R(s )(6.16)

G ff ( s )=Gm( s )G f ( s )

n (6.16) G0(s)=Gm(s) (6.17)

Regulatorul feedforward dinamica invers a procesului.

Blocul cu f.d.t. Gm(s ) rspunsul ideal ym(s), la variaia referinei r


Pentru procesele modelate prin: G f (s )=k f

1+sT fG f (s )=

k f1+sT f

e sL (6.18)

( )1 1( ) ( )

1f

f ff f

sTG s G s

k sT N + + =

+Inversa f.d.t se aproximeaz cu: (6.19)

N fixeaz gama de frecvenN=10 (similar cu filtrarea componentei derivative).

Pentru Gf(s) cu zerouri de faz neminim: G f1( s ) are poli instabili

G f (s )=s zP ( s )

G f1( s ) P ( s )

s+z (6.20)

Reglarea feedforward: performanele rspunsului la variaia referinei r rejecteaz perturbaiile msurabile


Gm(s) e r u ym +

_ GR(s) Gf 1(s)

Gff 1(s)

uff

+ +

y

p

+ + ue

Gp(s)

Gff 2(s) + +

- mbin reglarea combinat cu reglarea ce utilizeaz un model

d. Structura de reglare cu feedforward dup referin i perturbaie

Gm

Regulatorul rejecteaz perturbaia msurabil p.

G ff 1 rspunsul lui y n raport cu r s fie cel dictat de GmGR rejecteaz perturbaiile nemsurabile

G ff 2

6.2 Reglarea n cascad

GR1(s) bucl intern

r GR2(s) Gfa(s) Gf 1(s)

+ + y + ys u1

Gf 2(s)

_ _ +

p

Gf b(s)

bucl extern

Dou bucle de reglare: una extern (principal) cu regulatorul principal una intern (secundar) cu regulatorul secundar

GR1GR2 ys dinamic rapid

Reglarea n cascad va mbunti performanele n urmtoarele cazuri: conine neliniariti semnificative; limiteaz lrgimea de band a structurii de reglare.

G f a( s )G f b (s )

are zerouri de faz neminim sau conine timp mort

G f (s )


Cu bucl intern Partea fixat:

mrimi de intrare - comanda u1- perturbaia p

mrime de ieire- msura y.

Se consider partea vzut de regulatorul GR1 cu i fr bucl intern

Y s (s )=G R2 ( s )G f 1( s )G f a( s )S 2 (s )U 1( s )+G f a( s ) S 2( s )P ( s )(6.21)

S 2( s )=1

1 +G R2 ( s )G f 1( s )G f a( s )(6.22)

S2(s)-funcia de sensibilitate a buclei interne

Y ( s )=G f b( s )Y s( s )=G f (s )S 2 (s )U 1 (s )+G f 2( s ) S 2( s )P ( s ) (6.23)

G f (s )=G f 1( s )G f 2 ( s )unde:


Fr bucl intern

Y ( s )=G f (s )U 1 (s )+G f 2( s )P ( s ) (6.24)

perturbaia este precompensat de bucla secundar prin S2(s)

Partea fixat vzut de regulatorul GR1 :

G f e( s )=G02( s )G f b (s ) ,

unde G02( s )=GR2 ( s )G f 1( s )G f a( s )

1+G R2 ( s )G f 1( s )G f a( s )(6.25)


Principalele caracteristici ale reglrii n cascad :

strategie de conducere bazat pe reacie negativ;necesit msurarea unei variabile secundare Ys(s), din proces;nu implic msurarea perturbaiei p; bucla intern elimin perturbaia principal; mai puin sensibil la incertitudinea modelului prii fixate dect reglarea;feed-forward avantajele reaciei negative.

Regulile de baz pentru selectarea variabilei secundare :

perturbaiile principale trebuie s acioneze n bucla intern;bucla intern mai rapid (timpul de rspuns de 5 ori mai mic );este posibil ca n bucla intern s existe un factor mare de amplificare.


GR2

Acordarea parametrilor regulatoarelor

pe baza dinamicii procesului i a tipului de perturbaie - de tip P sau PD - componenta I - rejecteaz perturbaiile

- suprareglri n bucla extern

Dac cele dou regulatoare au component I mecanisme anti-windup.

se elimin I i kR alalterarea performanelor BE GR1

6.3 Reglarea cu compensarea timpului mort

Procese cu timp mort : G f (s )=G ( s )es

(6.28)

GR(s) u r

Proces

G(s)e-s

e-sm

e y

Gm(s)

+

_ +

+ +

Regulator

predictor Smith

Modelul procesului: G f m( s )=G m( s )e

sm (6.29) Partea fixat:

G( s )es +G m( s )(1esm ) (6.30)

Proiectarea regulatorului metode pentru procese fr timp mort.

Slide 1Slide 2Slide 3Slide 4Slide 5Slide 6Slide 7Slide 8Slide 9Slide 10Slide 11Slide 12Slide 13Slide 14Slide 15Slide 16Slide 17

Curs 11 Structuri Complexe de Reglare

Documents

Transcript of Curs 11 Structuri Complexe de Reglare