PERFORMANTELE SISTEMELOR DE REGLARE AUTOMATA NELINIARE

PERFORMANTELE SISTEMELOR DE REGLARE

AUTOMATA NELINIARE

OBIECTIVELE LUCRARII

Se determina prin incercari, pe un model simulat, performantele obtinute de un sistem de reglare automata cu algoritm de reglare neliniar de tip bipozitional in diferite variante de acordare a regulatorului si de rezerve de putere de executie. Simularea se realizeaza in mediul software de simulare SIMULSRA..

2. PREZENTARE LUCRARE

Lucrarea urmareste comportarea buclei de reglare automata a unui generator de aer cald al unei instalatii de uscare. Componentele partii fixate sunt : elementul de executie este un arzator de gaze cu doua trepte de functionare, caracterizat prin puterea maxima Pmax pentru treapta 1+2 si puterea de baza Pbaza pentru treapta 1; procesul de schimb de caldura este realizat cu un schimbator de caldura de suprafata de tip gaze arse-aer; traductorul de temperatura este o termorezistenta cu teaca de protectie.

Comanda si reactia sunt semnale unificate in gama 0-10V. Regulatorul este de tip bipozitional atat in varianta analogica si in cea numerica. Schema bloc a sistemului automat simulat este prezentata in figura 3.1.

Fig. 3.1 Structura sistemului de reglare automata simulat

Regulatoarele neliniare, bipozitionale si tripozitionale sunt frecvent utilizate in structura sistemelor de reglare datorita simplitatii lor constructive si a performantelor acceptabile ce se asigura in special pentru procese lente.

Caracteristica statica a regulatorului bipozitional este prezentata in figura 3.2.

Marimea caracteristica este histeresisul D care este dat ca valoare relativa la referinta r. Uzual se utilizeaza o caracteristica simetrica fata de e = 0 pentru a se obtine o valoare medie a raspunsului cat mai apropiata de referinta r [1,2,4].   

Fig. 3.2 Caracteristica statica a regulatorului bipozitional

Modelul matematic al algoritmul bipozitional in varianta analogica este de forma:

(3.1)

Modelul matematic in varianta numerica este de forma:

(3.2)

In mod uzual dezideratele de conducere a unui SRA se formuleaza din raspunsul in timp al acestuia, la marimi de intrare precizate (variatia referintelor sau/si a perturbatiilor) din care importante sunt numai anumite elemente. In acest context se poate preciza ca: performantele reprezinta indici care caracterizeaza calitativ si cantitativ raspunsul unui SRA in sensul incadrarii lui in dezideratele de conducere ca niste conditii suplimentare fata de conditiile de reglare si stabilitate interna, si avand prin excelenta un caracter ingineresc. Cand se refera la regimul tranzitoriu ele se numesc performante de regim tranzitoriu, respectiv performante de regim stationar cand se refera la comportarea stationara a sistemului automat. De asemenea, cand se definesc pentru o anumita valoare a timpului performantele se numesc locale sau globale [1,2,4].

Pentru regulatoarele neliniare de tip bipozitional performantele de regim tranzitoriu se definesc pentru raspunsul sistemului la un semnal treapta, un exemplu tipic este prezentat in figura 3.3.

Principalele performante ale reglarii automate cu algoritm bipozitional sunt:

1. domeniul de oscilatie Dy al marimii de iesire, in valoare absoluta sau mai uzual relativ la referinta;

2. perioada de oscilatie T_p, reprezinta valoarea timpului intre doua cuplari succesive (s);

3. frecventa de conectare f_c, este inversul perioadei de oscilatie (Hz);

4. abaterea stationara e_st, reprezinta abaterea medie a marimii reglate fata de referinta (%);

6. timpul de amorsare T_a , este timpul care trece de la conectarea procesului pana se atinge valoarea de referinta pentru prima data (s).

Fig. 3.3 Raspunsul la un semnal treapta la intrare

Pentru simularea partii fixate se utilizeaza un modelul uzual de forma :

(3.3)

Simularea partii fixate se face cu o perioada de iterare foarte mica comparativ cu constantele de timp principale pentru a se obtine o comportare cvasicontinua.

Fig. 3.4 Graficul raspunsului SRA neliniar la un semnal treapta

In figura 3.4 este prezentat un grafic tipic rezultat din simulare. Pe ecranul color al monitorului marimile sunt afisate cu culorile: referinta r - mov, comanda u - alb, executia m - verde si reactia y - galben.

Incercarile modelului simulat se fac pentru diferite valori ale histeresisului D, ale puterii maxime de executie si a celei de baza.

APARATURA UTILIZATA

Pentru efectuarea lucrarii se utilizeaza un calculator PC pe care este instalat programul TurboPascal 6 sau 7 (TP) si mediul de simulare SIMULSRA [3]. La calculator se cupleaza o imprimanta pentru tiparirea graficelor si a tabelelor cu rezultatele simularii. In directorul de aplicatii LABSRA trebue sa existe programul aplicativ SIMSRAN, pentru sisteme de reglare neliniare cu algoritm de reglare bipozitional, precum si unitul BAZASRA5. Listingul programului SIMSRAN este dat in anexa S 03

. MODUL DE LUCRU

Se porneste calculatorul PC in DOS pentru TP sau in Windows pentru DELPHI. In DOS se instaleaza utilitarul GRAB pentru captare imagini ecran in fisiere grafice. Se activeaza TP pe directorul LABSRA si apoi se deschide fisierul SIMSRAN.

Pentru initializare se introduc, direct in listingul programului, in modulul DATEBLOC valorile coeficientilor modelului partii fixate. In continuare, tot aici, se introduc valorile specifice reglarii bipozitionale: marimea de executie maxima, marimea de executie de baza si histeresisul.

Se apasa tasta F2 sau SAVE pentru salvare versiune curenta.

Se da comanda RUN si incepe rularea programului de simulare. In prima etapa se va deschide un fisier pe hard, cu codul utilizatorului, in care se vor memora datele achizitionate din simulare.

In etapa a doua se efectueaza simularea functionarii sistemului si se afiseaza graficul regimului tranzitoriu. Cand s-a terminat simularea graficul este sters si pe monitor apare un meniu interactiv pentru utilizarea datelor din simulare :

Cand se selecteaza optiunea 1 se va afisa un ecran text cu principalele date despre sistem si regimul de functionare: coeficientii modelului partii fixate, ai regulatorului si valorile principalilor indici de performanta obtinuti din simulare. Cu comanda PrintScreen se tipareste la imprimanta textul afisat pe ecran.

Daca se selecteaza optiunea 2 se va afisa graficul raspunsului tranzitoriu, imagine care se poate capta intr-un fisier grafic cu utilitarul GRAB.

In cadrul lucrarii pentru stabilirea performantelor se vor modifica urmatorii parametrii:

- histeresisul D de la 2 la5%;

- puterea de executie maxima Pmax in domeniul 80 160kW;

- puterea de baza Pbaza in domeniul 0 60% din puterea de executie.

Incercarile cu modelul simulat se realizeaza trei etape in care se modifica pe rand cate un parametru, ceilalti ramanand constanti.

In prima etapa se seteaza: Pmax=120 kW, Pbaza=0 si se modifica D. Se ruleaza programul de simulare si se completeaza tabelul 3.1 cu performantele obtinute. Se stabileste varianta optima D1 in functie de performante, prioritar fiind domeniul de oscilatie Dy urmat de frecventa de cuplare f_c ; se noteaza, in coloana Observatii, cu cuvantul - optim .

Tabelul 3.1 Pmax=120 kW ; Pbaza=0

In etapa a doua se seteaza D D1, Pbaza=0 si se modifica Pmax de la 80 la 160 kW. Se ruleaza programul de simulare si se completeaza tabelul 3.2 cu perfor-mantele obtinute. Se stabileste varianta optima Pmax2 in functie de performante, prioritar fiind domeniul de oscilatie urmat de frecventa de cuplare; se noteaza, in coloana Observatii, cu cuvantul - optim .

Tabelul 3.2 D ; Pbaza = 0

In etapa a treia se seteaza D D1, Pmax=Pmax2 si se modifica Pbaza de la 20 la 60% din Pmax. Se ruleaza programul de simulare si se completeaza tabelul 3.3 cu performantele obtinute. Se stabileste varianta optima Pbaza3 in functie de performante, prioritar fiind domeniul de oscilatie urmat de frecventa de cuplare; se noteaza, in coloana Observatii, cu cuvantul - optim .

Tabelul 3.3 D ; Pmax=

. REFERATUL LUCRARII

5.1 Descrierea obiectivelor lucrarii si schema sistemului automat studiat.

5.2 Datele pentru elementele componente ale partii fixate : K_f; T_f si t_{f .}

5.3 Tabelele cu rezultatele simularii pentru fiecare etapa de acordare

5.4 Graficele variantelor optime din etapele de acordare

5.5 Concluzii finale

5.6 Consideratii personale.

Bibliografie

1. Dumitrache Ion, s.a., Automatizari electronice, E.D.P. Bucuresti, 1993, Cap. 6

2. Murad Erol, SIMULSRA- Mediu de simulare Sisteme de Reglare Automate, UPB, 1998

2. Murad Erol, Controlul Automat al Proceselor, Note de curs, 2007, Cap. 7