Ingineria Reglarii Automate - aie.ugal.ro · PDF fileimplementarea si mentenanaţa sistemelor...

of 23/23
Ingineria reglării automate Curs - anul IV Specializarea: Automatica si Informatica Industriala Prof. dr. ing. Corneliu Lazar
  • date post

    07-Feb-2018
  • Category

    Documents

  • view

    282
  • download

    22

Embed Size (px)

Transcript of Ingineria Reglarii Automate - aie.ugal.ro · PDF fileimplementarea si mentenanaţa sistemelor...

  • Ingineria reglrii

    automate

    Curs - anul IV

    Specializarea:

    Automatica si Informatica Industriala

    Prof. dr. ing. Corneliu Lazar

  • 1. Introducere

    Inginerie

    Inginer

    Ingineria reglrii automate

  • 1.1 Motivaia ingineriei reglrii

    Ingineria reglrii automate istorie de lunga durata

    Antichitate: ceasul cu apa Ktesibios i.Hr.

    Evul mediu: controlul temperaturii Cornelius Drebbel

    (1572-1663)

    Revoluia industriala motorul cu abur

    - putere mare ce trebuie controlata

    - governor primul regulator Watt (1788)

    Rzboaiele mondiale

    - sisteme de ghidare si urmrire

    -teoria clasica a reglrii: Bode, Nyquist, Nichols, Evans

  • Ceasul cu apa Governor

    Ktesibios - i.Hr. James Watt - 1788

  • 1.1 Motivaia ingineriei reglrii

    Zborurile cosmice din anii 60 70

    - sisteme de reglare moderne care apoi au fost

    diseminate:

    - producerea bunurilor de larg consum

    - aplicaii in medicina

    - Teoria moderna a reglrii (bazata pe stare):

    Wiener, Kalman

  • 1.1 Motivaia ingineriei reglrii

    Sfritul secolului XX

    - reglarea automata element esenial al societii moderne

    - automatizarea cldirilor si a automobilelor

    - sisteme complexe de conducere:

    - procese chimice, aeronave, procese de producie

    - tehnologii cutting edge:

    - utilaje forte de mii de tone

    - viteze foarte mari 120 km/h

    - tolerante de ordinul m industria aluminiului (5 m)

    - aplicaii in afara industriei:

    - sisteme biologice, reele de comunicaii, sisteme economice

  • 1.1 Motivaia ingineriei reglrii

    Ingineria reglrii automate proiectarea, implementarea si mentenanaa sistemelor de reglare automata

    Succesul reglrii utilizarea mai multor discipline

    - modelarea: captarea caracteristicilor fizice si chimice ale proceselor

    - msurarea variabilelor din proces

    - execuia aciunilor de reglare

    - comunicaii: transmisia datelor

    - computing: realizarea unor taskuri complexe pe baza datelor msurate pentru a aciona asupra procesului

    - interfaarea: diferitele componente ale sistemului de regalare pot fi monitorizate in mod unitar

  • 1.2 Proiectarea sistemelor de reglare

    Etape: modelare, proiectare, simulare, testare si implementare

    Prile componente ale proiectrii:

    1. Partea fixata procesul reglat

    2. Obiective

    3. Senzori

    4. Elemente de execuie

    5. Comunicaii

    6. Computing

    7. Arhitecturi si interfaare

    8. Algoritmi de reglare

    9. Perturbaii si incertitudini

  • 1.2 Proiectarea sistemelor de reglare

    1.2.1 Partea fixata

    Caracterizarea fizica a procesului

    Cunotine elementare privind:

    - balana energetica

    - balana maselor

    - circulaia fluxurilor de materiale in sistem

    - limitri fizice specificarea performantelor

    Modelarea fizica a proceselor

    Construire unui model al procesului primul pas in proiectare

    Identificarea sistemelor

  • 1.2 Proiectarea sistemelor de reglare

    1.2.2 Obiective

    Formularea obiectivelor reglrii

    Scopul urmrit: - reducerea energiei consumate

    - creterea randamentului

    Variabilele reglate pentru atingerea obiectivelor

    Nivelul de performanta necesar: acuratee, rapiditate

  • 1.2 Proiectarea sistemelor de reglare

    1.2.3-4 Senzori - Elemente de execuie (EE)

    Daca poi msura ceva, poi controla acel lucru.

    Tehnologia senzorilor mbuntirea performantelor

    Cum pot fi obinute informaii despre mrimi ce nu pot fi

    msurate

    Senzori si traductoare

    Senzorul raporteaz despre starea procesului

    EE cum acioneaz asupra procesului ca sa-l conduci

    dintr-o stare in alta stare

    Calitatea reglrii EE

    Echipamente si structuri convenionale de reglare

  • 1.2 Proiectarea sistemelor de reglare

    1.2.5 Comunicaii

    Interconectarea senzorilor si a EE sistem de comunicaii

    Proces sute de semnale ce trebuie transmise la distanta

    Proiectarea sistemului de comunicaii cu protocoalele asociate calitatea reglrii

    Cerine speciale pentru sistemele de comunicaii tratarea ntrzierilor

    (nedeterministe)

    Transmisia datelor, Comunicaii in sistemele de conducere

  • 1.2 Proiectarea sistemelor de reglare

    1.2.6 Computing

    Conexiunea dintre senzor si EE via un echipament de calcul (computer)

    Sistem de reglare automata (SRA): echipamente de calcul:

    - DCS Distributed Control Systems

    - PLC Programmable Logic Controllers

    - PC Personal Computer

    Determinism in timp sisteme de operare in timp real multi-tasking

    Precizia numerica

    CACE: medii de programare integrate modelarea, proiectarea, simularea si implementarea SRA

    Programarea aplicaiilor de timp real

  • 1.2 Proiectarea sistemelor de reglare

    1.2.7 Arhitecturi si interfaare

    Reglarea centralizata toate semnalele sunt aduse intr-un punct central

    - complexitate, cost, restricii de timp in calcule, ntreinere, fiabilitate

    Reglarea distribuita partiionarea SRA in subsisteme

    Interfaarea cu diferite subcomponente

    Interfee speciale pentru diferite componente standardizarea interfeelor

  • 1.2 Proiectarea sistemelor de reglare

    1.2.7 Arhitecturi si interfaare

    nivel descriere scop timp proiectare

    4 optimizare la nivel

    de proces

    comenzi client si

    programarea

    materialelor

    zilnic optimizare

    statica

    3 optimizare

    staionara

    (nivel subsistem)

    funcionarea

    eficienta a unui

    subsistem

    la fiecare

    ora

    optimizare

    statica

    2 reglare la nivelul

    operaional

    (nivel subsistem)

    realizarea

    referinelor 3

    la fiecare

    minut

    reglare:

    - MVa

    - MBPC

    1 reglare la nivelul

    EE

    realizarea mrimii

    de execuie 2

    la fiecare

    secunda

    reglare:

    SISO (PID)

  • 1.2 Proiectarea sistemelor de reglare

    1.2.8 Algoritmi de reglare

    Algoritmi de reglare

    inima ingineriei reglrii

    conecteaz senzorii cu EE

    tema centrala a cursului:

    Ingineria Reglrii Automate - IRA

  • 1.2 Proiectarea sistemelor de reglare

    1.2.9 Perturbaii si incertitudini

    SRA reale zgomote si perturbaii externe cu

    impact asupra performantelor

    Procese reale modele complexe

    IRA modele relativ simple

    Incertitudini erori de modelare

  • 1.3 Tehnici utilizate in proiectarea SRA

    1.3.1 Date iniiale

    Caracteristicile procesului reglat

    - date despre IT, EE si Tr (partea fixata - PF)

    - model matematic

    Performantele impuse

    - de comportare: performante de regim

    tranzitoriu si de regim staionar

    - obligatorii: stabilitatea si rezolvarea

    problemei reglrii

    - de realizabilitate: limitri fizice existente restricii

  • Sisteme de reglare hibride

    CAN- Regulator numeric- CNARegulator analogic (PID)

    fe mari

    CAN- Proces- CNAProces discretizat

    fe mici 1/(5 50)

    1.3 Tehnici utilizate in proiectarea SRA

    1.3.2 Tehnici de proiectare

    (i)

    (ii)

    P F

    r ( t ) e ( t ) u ( k ) u ( t ) y ( t )

    +

    E c h ip a m e n t n u m e r i c

    R N C A N C N A

    e ( k )

    R e g u la t o r

    R P F

    r e u y

    n p

    +

    R e g u la to r P r o c e s

    P F

    r ( k ) u ( k ) u ( t )

    +

    P r o c e s d is c r e t iz a t

    R N C N A

    e ( k )

    C A N

    y ( t ) y ( k )

  • 1.3 Tehnici utilizate in proiectarea SRA

    1.3.2 Tehnici de proiectare

    (i) Tehnici pentru proiectarea SRA liniare,

    continue si monovariabile

    1. Tehnici convenionale:

    - alocarea poli-zerouri

    - metode frecveniale

    2. Acordarea optima a regulatoarelor

    3. SRA cu structura speciala

  • 1.3 Tehnici utilizate in proiectarea SRA

    1.3.2 Tehnici de proiectare

    (ii) Tehnici pentru proiectarea sistemelor de

    reglare numerica (SRN)

    1. Formalismul matematic al sintezei sistemelor

    continue ipoteza de cvasicontinuitate

    algoritmul de reglare numerica prin discretizare

    2. Formalismul matematic specific sistemelor numerice transformri complexe () tehnici

    de sinteza specifice sistemelor continue (alocare)

    3. Formalismul matematic bazat pe ecuaii cu

    diferente finite numai pentru SRN

  • 1.3 Tehnici utilizate in proiectarea SRA

    1.3.1 Tehnici de proiectare

    Algoritmi de reglare numerica

    1. Algoritmi obinui prin discretizarea legilor de

    reglare continue (PID)

    2. Algoritmi obinui prin proiectarea cu metoda

    alocrii

    3. Algoritmi dead beat

    4. Algoritmi noninteractivi pentru SRN multivariabile

    5. Algoritmi de reglare dup stare

    6. Algoritmi de reglare cu predicie

  • Bibliografie

    1. Lazar C., Vrabie D., Carari S. (2004). Sisteme automate cu regulatoare PID, Editura MATRIXROM, Bucureti.

    2. Lazr C., O. Pstrvanu, E. Poli, Fr. Sghonberger (1996). Conducerea asistata de calculator a proceselor tehnice proiectarea si implementarea algoritmilor de reglare numerica. Editura MATRIXROM, Bucureti.

    3. Lazr C. (1998). Ingineria reglrii automate proiectarea sistemelor de reglare automata liniare, continue si monovariabile. Rotaprint, U.T. Iai.

    4. Lazr C. (1995). Ingineria reglrii automate proie