Structura de reglare numerica a temperaturii

Structura de Reglare Numerica a Temperaturii

1. Scopul lucrarii

Platforma de lucru este destinata studiului unui proces tehnologic in care se urmareste mentinerea constanta a temperaturii unui volum de aer in conditiile modificarii in trepte a debitului de aer si / sau referintei de temperatura.

Sunt puse in evidenta detaliile de implementare ale unei structuri numerice de reglare cu algoritm PID numeric (perioada de esantionare 1s).

2. Consideratii teoretice

Descriere algoritm numeric de reglare

Structura unui sistem numeric de reglare automata este prezentata in figura 1. In aceasta structura sunt incluse convertoarele analog-numeric si numeric-analogic care realizeaza compatibilitatea intre regulatorul numeric (calculator) si procesul continuu caracterizat printr-un model functie de transfer H_F(s) sau o realizare de stare (A, b, c^T) a acestuia.

Fig.1

Daca prin r_k se noteaza referinta in forma discretizata sI prin y_k variabila din proces discretizata (esantionata sI cuantizata), regulatorul numeric prelucreaza cele doua semnale sau eroarea e_k = r_k - y_k dupa legi diferite, generand secventa de comanda u_k.

Algoritmul numeric de reglare se poate obtine fie prin discretizarea unor algoritmi apeland la proceduri de discretizare a modelului continuu, fie rezulta in faza de proiectare directa a unui algoritm numeric. Daca notam prin H_R(z) functia de transfer a regulatorului numeric si tinem seama ca la intrarea regulatorului avem cele doua semnale discretizate r_k si y_k, structura sistemului numeric de reglare automata este data in figura 2.

Fig. 2

Algoritmul de reglare implementat in lucrare este un algoritm numeric PID incremental obtinut prin discretizarea unui algoritm PID continuu prin metoda dreptunghiurilor. Legea de tip PID discretizata este urmatoarea:

(1)

unde k_p, k_d si k_i sunt amplificarile asociate termenilor proportional, derivativ, respectiv integral. Ecuatia (1) poate fi reprezentata in domeniul frecventelor utilizand transformata Laplace pentru conditii initiale nule (vezi si figura 3):

(2)

Fig.3

Discretizarea algoritmului PID prezentat in relatiile (1) si (2) se face tinand cont de aproximarile derivatei, respectiv integralei:

(3)

unde T este perioada de esantionare.

Aplicand relatiile (3) ecuatia (1) capata forma urmatoare:

(4)

sau

(5)

de unde rezulta:

(6)

si se obtine relatia recurenta:

(7)

respectiv, daca se aplica transformata Z ecuatiei (7):

(8)

unde , , . Algoritmul obtinut in relatia (8) este un algoritm PID incremental.

3. Desfasurarea lucrarii

Se realizeaza urmatoarea structura de reglare.

Fig. 4

ProTerm permite investigarea comportamentului procesului in doua regimuri de lucru:

Manual - modificarea temperaturii volumului de aer este controlata de potentiometrul CONTROL (cheia CONTROL in pozitia M) iar debitul este controlat de cheia DEBIT care permite modificarea acestuia in doua trepte (1 si 1/2)

Automat - temperatura este controlata extern (cheia CONTROL in pozitia A si cheia debit in pozitia 1 sau 2)

Caracteristici tehnice:

Traductorul de temperatura

domeniul de intrare pentru traductorul de temperatura      0^oC . +128^oC

domeniul de iesire pentru traductorul de temperatura      4mA 20mA

rezistenta de sarcina a traductorului de temperatura      Max. 500 W

precizia de masura a temperaturii      1%

Platforma proces

tensiunea de comanda a elementului de incalzire      0V 8Vcc +/-5%

tensiunea de alimentare a elementului de incalzire      0V 200Vcc +/-5%

debitul volumului de aer comutabil in doua trepte      1 sau 1/2

domeniul recomandat de prescriere a temperaturii      0^oC +75^oC

Unitatea de masura si control, CoMax

Programul de aplicatie ruleaza pe o platforma hardware coordonata de o unitate centrala de prelucrare cu microcontroller 80C552.

In memoria EPROM a unitatii de masura si control CoMax este inscris un program Monitor - MON51 care permite incarcarea ulterioara in memoria RAM a acesteia a programelor de aplicatie specifice dezvoltate de beneficiar. Incarcarea programelor de aplicatie se face pe canalul serial RS232 programat pentru o viteza de comunicatie de 9600 bauds, protocol Xon-Xoff, 8 biti, fara bit de paritate, un bit de stop.

Mod de lucru

Interfata unitatii de masura si control CoMax cu utilizatorul este formata din doua componente: un display (figura 2) si o tastatura matriciala cu 16 taste (figura 3).

Fig. 5