01_Szabalyozasi_Rendszerek

Report
Automatizálási
tanszék
Szabályozási Rendszerek
2014/2015, őszi szemeszter
Előadás
A szabályozáselmélet főbb irányzatai
Klasszikus szabályozáselmélet
- az 1940-es évek elején kezdett kialakulni, mely aztán rohamosan kezdett fejlődni
- a ʼ60-as években már általánosan elterjedt az irányítástechnikai mérnöki gyakorlatban
- a kidolgozott módszerek főleg determinisztikus jeleket feltételeztek
- elsősorban lineáris rendszerek esetére adott módszereket
- egyszerű szabályozók alkalmazása (PID) és beállítási paraméterek frekvenciatartománybeli
módszerekkel
- ökölszabályok megjelenése a szabályozók beállításához
- Ziegler-Nichols, Janssen-Offereins
- Oppelt, Strejc, Reinisch
- ʼ40-es évektől folytonosidejű (analóg) tervezési módszerek
- ‚60-as évektől diszkrétidejű (mintavételes) tervezési módszerek (Shannon, Cipkin, Jury stb.)
- sztochasztikus folyamatok szabályozása már a II. Világháborúban is (Wiener-szűrő)
- a nemlinearitás figyelembevételére Fourier-sorfejtésen alapuló módszert alkalmaztak
A szabályozáselmélet főbb irányzatai
Modern szabályozáselmélet
- az 50-es évek végén, 60-as évek elején alakult ki
- optimális irányítások tervezésére vonatkozó elméletek
- állapotvisszacsatolás, állapotmegfigyelés
- sztochasztikus jelek optimális szűrése
- adaptív irányítások alapjai
- prediktív irányítás elméleti alapjai
- továbbfejlesztések
Posztmodern szabályozáselmélet
- 80-as években alakult ki
- robusztus optimális irányítások területe, változó rendszer, referencia-, és zavarjelek esetén
Soft computing
- Az utóbbi pár évtizedben alakult ki. Fuzzy, genetikus algoritmusok, neurális hálózatok stb.
Az irányítási folyamat műveletei
Az irányítási folyamat műveletei
1. Érzékelés: értesülés (információ) szerzése az irányító folyamatról
2. Ítéletalkotás: döntés az értesülés feldolgozása alapján a rendelkezés szükségességéről
3. Rendelkezés: utasítás a beavatkozásra
4. Jelformálás: jelmódosítás, jelerősítés
5. Beavatkozás: az irányított folyamat befolyásolása a rendelkezés alapján
Irányítási lánc
Érzékelés
Ítéletalkotás
Rendelkezés
Hatáslánc
Jelformálás
Beavatkozás
A jel, a jellemző
Jel: valamely fizikai vagy kémiai állapothatározó olyan értéke, vagy értékváltozása, amely egy
egyértelműen hozzárendelt információ szerzésére, továbbítására vagy tárolására alkalmas.
Legfontosabb jellemvonása az információtartalom, ami mellett az energiatartalom csak másodlagos
jelentőségű. Jelhordozó minden fizikai, vagy kémiai mennyiség lehet.
Jellemző: azok az állapothatározók, amelyek az irányítandó folyamat állapotát jellemzik, vagy
befolyásolják. A jellemző olyan jel, amely az irányítandó folyamat állapothatározóinak értékéhez
vagy értékváltozásához rendel információt.
A jel értékkészlete szerint:
- folytonos: értékkészlete összefüggő tartomány
- szakaszos, értékkészlete diszkrét értékeket vehet fel
Az időbeli lefolyás szerint:
- folyamatos, összefüggő időtartományban és megszakítás nélkül fennáll
- szaggatott, meghatározott időtartományban szolgáltat információt
A jel, a jellemző
Megjelenési formája szerint:
- analóg, az információt a jelhordozó értéke határozza meg
- digitális, az információ diszkrét, vagy pl. számjegy
Az érték meghatározottsága szerint:
- determinisztikus, értéke meghatározott időfüggvénnyel egyértelműen megadható
- sztochasztikus, véletlen lefolyású jel, valószínűség számítási módszerekkel írható le.
Tipikus esetek:
- folytonos, folyamatos, analóg jel
- szakaszos, folyamatos, analóg jel
- folytonos, szaggatott, analóg jel
- szakaszos, szaggatott, analóg jel
- szakaszos, folyamatos, digitális jel
- szakaszos, szaggatott, digitális jel
Az irányítási rendszer
Irányítási rendszer: - irányított rendszer
- irányító rendszer
Az irányítási rendszer dinamikus rendszer
Irányítási rendszer
Irányító rendszer
Irányított rendszer
Az irányítási rendszer jellegzetességei
- Hatáslánc: szerkezeti egységek sorozata; az irányítási hatást követik
- Az irányítási rendszer leírható:
- Szerkezeti vázlat: vázlatos, vagy jelképes szerkezeti ábrázolás
- Működési vázlat: a hatáslánc szerkezeti részeinek ábrázolása
- Hatásvázlat: a hatáslánc elvi elvonatkozatott ábrázolási módja, Megadható pl.
Blokkvázlattal / blokksémával
Az irányítási rendszer jellegzetességei
- Hatáslánc: szerkezeti egységek sorozata; az irányítási hatást követik
- Az irányítási rendszer leírható:
- Szerkezeti vázlat: vázlatos, vagy jelképes szerkezeti ábrázolás
- Működési vázlat: a hatáslánc szerkezeti részeinek ábrázolása
- Hatásvázlat: a hatáslánc elvi elvonatkozatott ábrázolási módja. Megadható pl.
Blokkvázlattal / blokksémával
- A hatásvázlat részei: - tag
- irányított szakasz
- hatásirány
- bemenő jel
- kimenő jel
- A blokkvázlat jelzi: - a hatáslánc jeleit (vonalak)
- a hatáslánc tagjait (téglalap, ötszög)
- a hatásirányt (a vonalakra rajzolt nyilakkal)
- az összegzési helyeket (
, + vagy - jelzéssel)
Irányítás: Vezérlés és szabályozás
Vezérlés
xr
xz
Vezérlő berendezés
xb
xm
Beavatkozó szerv
Vezérelt berendezés
Szabályozás
xz
xa
xr
xe
Szabályozó
berendezés
xm
xb
Beavatkozó szerv
Érzékelő szerv
Szabályozott
berendezés
xs
Vezérlés és szabályozás összehasonlítása
Irányítás
Vezérlés
Szabályozás
Hatáslánc
Nyitott
Zárt
Zavaró jel
Hatása előre ismert
Hatása nem ismert, de
kiküszöbölhető
Jelátviteli
tulajdonságok
Pontosan ismerni kell
Kisebb a jelentősége
Stabilitás
Stabil
Helyenként instabil lehet
Szabályozások osztályozása
Alapjel szerint
- Értéktartó szabályozás
- Követő szabályozás
A jelátvivő tagok matematikai modellje szerint
- Lineáris szabályozás
- Nemlineáris szabályozás
A jelek értékeinek meghatározottsága szerint
- determinisztikus szabályozás
- sztochasztikus szabályozás
Szabályozási rendszerek
tervezésének lépései
Szabályozási rendszerek tervezésének lépései
1. A szabályozott szakasz definíciója
2. A folyamat analízise
3. A beavatkozó szervek megválasztása
4. A szabályozási hardver megvalósítása
5. Adatgyűjtés a folyamaton
6. A folyamat identifikációja (matematikai modellje)
7. A szabályozási algoritmus kifejlesztése
8. A szabályozási algoritmus szoftver implementálás
9. A szabályozási rendszer végső tesztelése (validálás)
Szabályozások
minőségi jellemzői
Zárt szabályozási kör átmeneti függvénye
Túllövés
[( )−(∞)]
∆ =
100%
(∞)
Az zárt rendszer
domináns pólus-párja
1,2 = −0 ± 0 1 −  2
A rendszer jósága,
ha   = 1 − ()
∞
IQE
 =
IAE
 =
 2 ()
0
∞
 () 
0
∞
Felfutási idő
Első maximumig
terjedő idő
Szabályozási idő
ITAE
 =
  () 
0

similar documents