Ce diaporama a bien été signalé.
Nous utilisons votre profil LinkedIn et vos données d’activité pour vous proposer des publicités personnalisées et pertinentes. Vous pouvez changer vos préférences de publicités à tout moment.

Labnotes 2922

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΣΥΣ402,ΣΧΟΛΗ ΗΜΜΥ, ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ

  • Soyez le premier à commenter

Labnotes 2922

  1. 1. 16/09/1230/05 11 ΣΧΟΛΗ Η.Μ.Μ.Υ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Δ/ντης: Καθηγητής Μιχάλης Ζερβάκης Διδάσκοντας: Δρ. Ν. Λυμπέρης - Μπεκιάρης Ε.ΔΙ.Π. Μανόλης Ντουντουνάκης Υπ. Διδακτ. Ιφιγένεια Πολογιώργη 1
  2. 2. 11/02/15 2 ΘΕΩΡΙΑ & ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ (Εργαστήριο) 2
  3. 3. 16/09/1230/05 33 Εξοπλισμός  11 εργαστηριακοί πάγκοι εργασίας, πλήρως συνδεμένοι με συγχρόνους Η/Υ, με εξοπλισμό (process control) της Leybold Didactic Gmbh  12 PLC της σειράς 1200 Siemens  11 Μοντέρνοι σταθμοί, Cassy Interfaces, δημιουργίας – καταγραφής αναλογικών – ψηφιακών δεδομένων σε κάθε πάγκο εργασίας, τελευταίας τεχνολογίας (2007 -) της Leybold Didactic Gmbh με σύνδεση usb με Η/Υ  Χρήση, σε όλους τους πάγκους εργασίας, μοντέρνων λογισμικών (2010-) CassyLab2, για πλήρη αυτοματοποιημένη καταγραφή – επεξεργασία –εποπτική παρουσίαση πειραματικών αποτελεσμάτων 3
  4. 4. 16/09/1230/05 44 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ  Ο Έλεγχος και η αποτύπωση των αποτελεσμάτων γίνεται με χρήση Η/Υ  Όλες οι ασκήσεις συνδυάζουν χρήση πραγματικών συστημάτων με χρήση Η/Υ  Οι ασκήσεις έχουν διάρκεια δυο (2) ώρες  Οι ασκήσεις πραγματοποιούνται σε ομάδες των τεσσάρων ατόμων.  Οι φοιτητές πραγματοποιούν μια άσκηση κάθε εβδομάδα.  Στο τέλος του εξαμήνου γίνεται εξέταση του εργαστηρίου.  Η εξέταση είναι ατομική και υποχρεωτική.  Όλες οι εργαστηριακές ασκήσεις καλύπτονται σε ικανοποιητικό βαθμό από σημειώσεις του εργαστηρίου.  Στο εργαστήριο εγγράφονται περίπου 180 φοιτητές κάθε εξάμηνο και έχουμε ποσοστό επιτυχίας περίπου 80%. 4
  5. 5. ΤΡΟΠΟΣ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ • Κάθε εργαστηριακή άσκηση αποτελείται από πειραματικό μέρος, μέρος επεξεργασίας – σχολιασμού των μετρήσεων, και μέρος αξιολόγησης. • Η συμμετοχή του πειραματικού μέρους είναι 60% στη συνολική βαθμολογία της άσκησης. • Η συμμετοχή του μέρους επεξεργασίας των μετρήσεων είναι 25% στη συνολική βαθμολογία της άσκησης. • Η συμμετοχή του μέρους αξιολόγησης είναι 15% στη συνολική βαθμολογία της άσκησης. • Οι εργαστηριακές αναφορές (πειραματικό μέρος, μέρος επεξεργασίας των μετρήσεων και μέρος αξιολόγησης) παραδίδονται , ηλεκτρονικά, μέχρι την επόμενη φορά που οι φοιτητές προσέρχονται στο εργαστήριο. • Στο τέλος του εξαμήνου γίνεται εξέταση του εργαστηρίου. Η εξέταση είναι ατομική και υποχρεωτική. Η συμμετοχή της εξέτασης στο τελικό βαθμό του εργαστηρίου είναι 40%. 5
  6. 6. ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΕ ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ • Χαλαρή Σχέση θεωρίας – εργαστήριου • Το εργαστήριο καλύπτει, στενά, ένα μικρό μέρος ενός κεφαλαίου της θεωρίας του μαθήματος και μάλιστα με άλλο τρόπο (εμπειρικό) 6
  7. 7. 16/09/1230/05 77 Θεωρία και Εφαρμογές Αυτομάτου Ελέγχου (Θ.Ε.Α.Ε.) • Εισαγωγική Παρουσίαση θεωρίας (σε αίθουσα) • 1η άσκηση: Εμπειρικές μέθοδοι σχεδίασης βιομηχανικών ελεγκτών τριών όρων, PID, με έμφαση στις μεθόδους ZN και CHR, γραμμικών συστημάτων (ZN- CHR). • 2η άσκηση: Σχεδίαση και έλεγχος συστημάτων σέρβο (Έλεγχος γωνιακής θέσης κινητήρα συνεχούς ρεύματος, DC Servo). DC Servo with tachogenerator (DC Servo) • 3η άσκηση: Έλεγχος της τάσης εξόδου μιας DC γεννήτριας. Έλεγχος της ταχύτητας (στροφών) ενός DC κινητήρα. (Motor – Generator) • 4η άσκηση: Αναλογικός & Ψηφιακός Έλεγχος θερμικών συστημάτων. (Temperature controlled system) • 5η άσκηση: Διάγνωση Λάθους. (Fault Monitoring) • 6η άσκηση: Έλεγχος φωτεινότητας (Brightness Control) • 7η άσκηση: Εξοικείωση με Touch Panel • Οι ασκήσεις 2,3,4 και 5 εκτελούνται κυκλικά (ρολόι). • Οι ασκήσεις 6 και 7 δεν εκτελούνται, προσωρινά, λόγω έλλειψης προσωπικού. 7
  8. 8. 16/09/1230/05 8 MEASUREMENT & CONTROL TECHNOLOGY Technical Details CASSY-Interfaces and CASSY Lab 2 The CASSY family consists of various hardware components and the dedicated software package CASSY Lab 2. CASSY Lab 2 CASSY Lab 2 is a modern 32-bit software, applicable for Windows XP/Vista/7 with the following features: Data recording Multimeter Oscilloscope XY-plotter FFT-analysis Variety of evaluation aids Export of measurement data and diagrams. LD Didactic Page 8 of 94 T8 T 8.2 8
  9. 9. 9 Σύστημα Ελέγχου Διεργασίας R(s) + C(s) - A(s) B(s)  Σκοπός ενός συστήματος αυτόματου ελέγχου διεργασίας είναι να διατηρεί σταθερή την έξοδό του σε επίδραση διαταραχών (απορρίπτει τις διαταραχές που οφείλονται σε μεταβολές του φορτίου κλπ.)  Η συνολική συνάρτηση μεταφοράς με αρνητική ανάδραση είναι: G(s) D(s) )()(1 )( )( )( sDsG sG sR sC   9
  10. 10. 10 set point R(s) E(s) D(s) G(s) C(s)  Ο ελεγκτής ενεργοποιείται σύμφωνα με την ύπαρξη ή όχι σφάλματος: σφάλμα(e)= set point R(s) – B(s) μεταβλητή διεργασίας.  Συνάρτηση μεταφοράς κλειστού βρόγχου: Cs Rs GsDs GsDs () () () () () ()  1 B(s) + - 10
  11. 11. 11 Διαδικασία σχεδίασης Μια προτεινόμενη μέθοδος σχεδίασης δίνεται ως ακολούθως:  Προδιαγραφές καλής απόδοσης  Εννοιολογικός σχεδιασμός  Μαθηματική μοντελοποίηση  Εγκυρότητα μοντέλου και αναγνώριση μοντέλων  Ανάλυση του μαθηματικού μοντέλου  Τροποποίηση και επαναλήψεις  Κατασκευή και έλεγχος 11
  12. 12. 11/02/15 12 PID ελεγκτής (73406) 12
  13. 13. Digital PID ελεγκτής (734064) 734 061 PID Controller is also possible 13
  14. 14. Επιλογή είδους ελεγκτή 14
  15. 15. 15
  16. 16. Μέθοδος Zeigler-Nichols Οι παράμετροι των όρων ολοκλήρωσης και διαφόρισης τοποθετούνται στη χαμηλότερη δυνατή τιμή (δηλαδή τα Τi , Τd ⁼ 0) και τo κέρδος Kc αυξάνεται σταδιακά μέχρι να παρατηρηθεί ταλάντωση σταθερού εύρους στην έξοδο. Το κέρδος σε αυτή τη περίπτωση αντιστοιχεί στο Κκρ. ενώ η περίοδος είναι Το και στη συνέχεια από τις παρακάτω εξισώσεις υπολογίζονται οι παράμετροι του ελεγκτή PID. 16 PID: Kp = 0.6Kκρ. Ki = 2Kp/To Kd≥ 0.125KpTo Κc = 0.6Kκρ. Τi = 0.5To=To/2 Td = 0.125To=To/8 PI: Kp = 0.45Kκρ. Ki ≤ 1.2Kp/To Κc = 0.45Kκρ Ti = 0.83To=To/1.2 P: Kp = 0.5Kκρ.
  17. 17. 11/02/15 17 ZN 1. Καταγράφουμε τη βηματικη απόκριση του κλειστού συστήματος με μοναδιαία ανάδραση χωρίς δράση ελεγκτή (Kp=1, I off, D off) 2. Αυξάνουμε σταδιακά το κέρδος του P ελεγκτή (I off, D off) μέχρι να έχουμε μόνιμες ταλαντώσεις και υπολογίζω τις παραμέτρους Κp,crit, Tcrit. 3. Επιλέγουμε το είδος του κατάλληλου ελεγκτή με βάση τις προδιαγραφές (P, PI, PD, PID) 4. Από πίνακες υπολογίζουμε τις ρυθμίσεις του κατάλληλου ελεγκτή. 5. Καταγράφουμε τη βηματικη απόκριση του κλειστού συστήματος με τον κατάλληλο ελεγκτή ρυθμισμένο. Συγκρίνουμε με 1. 6. Fine-tuning. 17
  18. 18. Διαδικασία υπολογισμού παραμέτρων ZN (1) 18
  19. 19. Διαδικασία υπολογισμού παραμέτρων ZN (2) 19
  20. 20. Πινάκας υπολογισμού παραμέτρων ελεγκτή 20
  21. 21. CHR O υπολογισμός του μοντέλου της αγνώστου διεργασίας μπορεί να υπολογιστεί όταν είναι γνωστή η μεταβατική χρονική απόκριση της μεταβλητής εξόδου C(s) σε βηματική μεταβολή της εισόδου R(s) (ΑΝΟΙΚΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ). 21
  22. 22. CHR (1) • Καταγράφουμε τη βηματικη απόκριση του ανοικτού συστήματος χωρίς δράση ελεγκτή και υπολογίζουμε τις παραμέτρους K, Tu, Tg. • Επιλέγουμε το είδος του κατάλληλου ελεγκτή με βάση τις προδιαγραφές (P, PI, PD, PID) • Επιλέγουμε, με βάση τις προδιαγραφές, το επιθυμητό ποσοστό υπερύψωσης (0%, 20%) και το στόχο του έλεγχου (set point response, disturbance). • Από πίνακες υπολογίζουμε τις ρυθμίσεις του κατάλληλου ελεγκτή. • Καταγράφουμε τη βηματικη απόκριση του κλειστού συστήματος με τον κατάλληλο ελεγκτή ρυθμισμένο. • Fine-tuning. 22
  23. 23. Παράμετροι ελεγκτή με τη μέθοδο CHR για load disturbance response 23 u g T T K 3.0 u g T T K 6.0 u g T T K 95.0 u g T T K 7.0 u g T T K 6.0 u g T T K 2.1
  24. 24. Παράμετροι ελεγκτή με τη μέθοδο CHR για setpoint response 24 u g T T K 6.0 u g T T K 7.0 u g T T K 3.0 u g T T K 35.0 u g T T K 6.0
  25. 25. Απλοποιημένο Δευτεροβάθμιο Σύστημα 25
  26. 26. 26
  27. 27. Ενισχυτής Ισχύος (Power Amplifier) 27
  28. 28. DC Servo (Ι) ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ • Έλεγχος της γωνιακής θέσης με χρήση ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος • Επίδραση στην απόκριση ενός συστήματος ελέγχου θέσεως της χρήσης δύο κλάδων ανατροφοδότησης, της θέσης και της ταχύτητας, με χρήση μιας ταχογενήτριας. 28
  29. 29. DC Servo (ΙΙ) Έλεγχος της γωνιακής θέσης με χρήση ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος Υπολογισμός συχνότητας αποκοπής Επίδραση στην απόκριση ενός συστήματος ελέγχου θέσεως της χρήσης δύο κλάδων ανατροφοδότησης, της θέσης και της ταχύτητας, με χρήση μιας ταχογενήτριας. 29
  30. 30. DC εντολές φ= φ(θ) Έλεγχος της γωνιακής θέσης με χρήση ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος 30
  31. 31. Υπολογισμός συχνότητας αποκοπής Τα συστήματα Servo ανταποκρίνονται και σε ac εντολές (μέχρι μια ορισμένη συχνότητα). Έτσι μπορούν να θεωρηθούν ως ένα κατωδιαβατο φίλτρο που έχει νόημα ο υπολογισμός της συχνότητας αποκοπής. Υπολογισμός συχνότητας αποκοπής Δφ=45 μοίρες ή V2= 0.707 V1 31
  32. 32. Dc Servo with Tachogenerator (I) 32
  33. 33. Dc Servo with Tachogenerator (II) Επίδραση στην απόκριση ενός συστήματος ελέγχου θέσεως της χρήσης δύο κλάδων ανατροφοδότησης, της θέσης και της ταχύτητας, με χρήση μιας ταχογενήτριας 33
  34. 34. 11/02/15 34 Motor – Generator  Έλεγχος της τάσης εξόδου μιας DC γεννήτριας.  Έλεγχος της ταχύτητας (στροφών) ενός DC κινητήρα. 34
  35. 35. Έλεγχος της τάσης εξόδου μιας DC γεννήτριας (1). 35
  36. 36. Έλεγχος της τάσης εξόδου μιας DC γεννήτριας (2). 36
  37. 37. Έλεγχος της ταχύτητας (στροφών) ενός DC κινητήρα (1). 37
  38. 38. Έλεγχος της ταχύτητας (στροφών) ενός DC κινητήρα (2). 38
  39. 39. 11/02/15 39 Temperature controlled system  Επιλογή σημείου λειτουργίας συστήματος  Μελέτη συστημάτων ΓΧΑ με πολύ μεγάλες χρονικές σταθερές  Εισαγωγή στο ψηφιακό έλεγχο (digital PID) 39
  40. 40. Σύστημα θερμοκρασίας Temperature Controlled System • ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ • Σύστημα με μεγάλη χρονική σταθερά • Μηχανικό ανάλογο (ΤΕΙ – ΜΠΔ) • Αρχικοποίηση – «Κρύωμα» 40
  41. 41. Αναλογικός Έλεγχος με PID ελεγκτή 41
  42. 42. Ελεγκτής Δυο θέσεων (Two position Controller) 42
  43. 43. Ψηφιακός έλεγχος (on-off) 43
  44. 44. Fault Monitoring Εισαγωγή σε fault monitoring 44
  45. 45. 11/02/15 45 Fault Monitoring (1)  Εισαγωγή σε fault monitoring – pattern recognition Δεδομένο - γνωστό σύστημα (( (Ks, Tu, Tg)  Γνωστές τις παραμέτρους του PID Ελεγκτή 45
  46. 46. Fault Monitoring (2) • Real – time αλγόριθμος ανίχνευσης – εντοπισμού λάθους • Δυνατότητα ενεργοποίησης είκοσι (20) πιθανά λάθη (ένα κάθε φορά) • Καταγραφή δεκατριών (13) μετρήσεων στο ορθό (χωρίς λάθη) σύστημα • Χρήση online αλγορίθμου για τον εντοπισμό – ανίχνευση του λάθους, μόλις συμβεί. • Σύγκριση κάθε μέτρησης του συστήματος με την αποθηκευμένη μέτρηση του ορθού συστήματος και απόφαση αν η μέτρηση είναι ορθή η λάθος. 46
  47. 47. Διάγραμμα ροής για τον εντοπισμό λάθους 47
  48. 48. Brightness Control ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Μελέτη συστημάτων ΓΧΑ με πολύ μικρές χρονικές σταθερές 48
  49. 49. SCADA 49

×