Titular curs:

Ș.L. dr.ing. George IPATE

3/25/2015 1

AUTOMATIZAREA PROCESELOR TEHNOLOGICE SI BIOTEHNOLOGICE

Curs 5

Capitolul 5. Sisteme de reglare automata neliniare

5.1 Introducere

5.2 Algoritm de reglare bipoziţional

5.3 Algoritm de reglare tripoziţional

3/25/2015 2

3/25/2015 3

Sistemul de reglare automată (SRA) este un

sistem în conexiune inversă care îsi decide comportamentul

faţă de mărimile externe pe baza erorii, ε, generate în mod

automat, cu scopul expres al anulării acesteia.

5.1 Introducere

In cele ce urmeaza vom prezenta cateva consideratiigenerale necesare pentru înțelegerea sistemelor neliniare.

Sisteme liniare pot oscila la o anumită frecvență, daroscilația la o anumită amplitudine este un fenomenspecific sistemelor neliniare. Acest fenomen senumește "ciclu limită".

Sistemele neliniare pot prezenta instabilitate atuncicând sunt aplicate anumite tipuri de stimuli, dar sepot comporta foarte bine (stabil) pentru alte tipuri deintrări.

3/25/2015 4

Există foarte puține tehnici analitice care pot fiutilizate pentru a estima comportamentul sistemelorneliniare.

Pentru comparație, in multe universități se predau cursuridespre sistemele liniare, iar în aceste cursuri se gasesctehnici generale de analiză a sistemelor liniare.

Tehnici generale de analiză a sistemelor neliniare sunt greusau imposibil de găsit și suntem de multe ori obligati sautilizam tehnici specifice pentru situatii speciale, dar carenu sunt in masura să acopere cazurile generale.

Pentru a face predictii asupra comportamentului sistemelorneliniare, proiectantii folosesc adesea simulări.

3/25/2015 5

Regulatoarele neliniare, bipoziţionale şitripoziţionale sunt frecvent utilizate în structurasistemelor de reglare datorită simplităţii lorconstructive şi a performanţelor acceptabile ce seasigură în special pentru procese lente.

3/25/2015 6

Regulatoare bipoziţionale (regulator de tipul "on / off " ; " tot sau

nimic")

3/25/2015 7

5.2 Algoritm de reglare bipoziţional

Schema bloc a sistemului de reglare neliniara (Regulator bipozitional)

Regulatoarele bipoziţionale sunt frecvent utilizateîn sistemele de reglare unde nu se cer performanţe ridicateîn ceea ce priveşte mărimea de ieşire din sistem y,acceptându-se variaţii ale acesteia între două limite apriori fixate.

Regulatoarele bipoziţionale se utilizează la reglareaproceselor care au o constantă de timp dominantă T şitimpul mort τ mic, de obicei τ / T < 0,2 .

3/25/2015 8

Dependenţa intrare-ieşire a unui regulator bipoziţional :

a) caracteristica ideală a unui regulator bipoziţional;

b) caracteristica reală a unui regulator bipoziţional.

3/25/2015 9

Caracteristica ideală a regulatorului, ca o caracteristicăde tip releu ideal,

Pentru ε= 0, ieşirea de comandă u a regulatorului poate fi ±um.

Regulatoarele bipoziţionale se pot realiza şi în varianta în caresaltul mărimii de ieşire u să se încadreze între două valori nesimetriceîn raport cu nivelul zero.

Se presupune de asemenea că regulatorul are o constantă de timpproprie neglijabilă.

3/25/2015 10

În mod obişnuit regulatoarele bipoziţionale au o caracteristică

reală de tip releu, cu histerezis:

Imposibilitatea obţinerii unor valori intermediare pentruu între –um şi + um reprezintă un dezavantaj al acestorregulatoare.

3/25/2015 11

Caracteristica statica a regulatorului bipozitional

Mărimea caracteristică este histeresisul care este dat cavaloare relativă la referinţa r.

Uzual se utilizează o caracteristică simetrică faţă de = 0pentru a se obţine o valoare medie a răspunsului cât maiapropiată de referinţa r.

3/25/2015 12

Modelul matematic al algoritmul bipoziţional în varianta

analogică este de forma:

Modelul matematic în varianta numerică este de forma:

3/25/2015 13

Principalele performanţe ale reglării automate cu algoritmbipoziţional sunt:

1. domeniul de oscilaţie y al mărimii de ieşire, în valoareabsolută sau mai uzual relativ la referinţă;

2. perioada de oscilaţie Tp, reprezintă valoarea timpului întredouă cuplări succesive (s);

3. frecvenţa de conectare fc, este inversul perioadei de oscilaţie(Hz);

4. abaterea staţionară st, reprezintă abaterea medie a mărimiireglate faţă de referinţă (%);

6. timpul de amorsare Ta , este timpul care trece de la conectareaprocesului până se atinge valoarea de referinţă pentru prima dată(s).

3/25/2015 14

Performanţele de regim tranzitoriu pentru regulatoareleneliniare de tip bipoziţional se definesc pentru răspunsul sistemului laun semnal treaptă

3/25/2015 15

Regulatorul tripoziţional oferă posibilitatea stabilirii uneivalori suplimentare între –um şi +um pentru mărimea de comandă.

Regulator tripoziţional: a) caracteristica ideală; b) caracteristica reală.

3/25/2015 16

5.3 Algoritm de reglare tripoziţional

Dependenţa intrare-ieşire poate fi scrisă:

Intervalul de variaţie a erorii ( −εp ; +εp ) se numeşte zona moartăa regulatorului.

Pentru unele procese industriale se realizează combinaţia întreun bloc cu caracteristica continuă, ce funcţionează în regim de semnalmic şi un bloc de tip releu ce funcţionează la semnale mari, asigurândregimul de putere.

3/25/2015 17

3/25/2015 18

Simularea procesului de incalzire a unei locuinte SRA Bipozitional.vi

(LABVIEW)

3/25/2015 19

Panoul frontal

3/25/2015 20

3/25/2015 21

3/25/2015 22

3/25/2015 23

3/25/2015 24

3/25/2015 25

Sistemul automat de muls DeLaval VMS

3/25/2015 26

DeLaval multi pump controller

Unitatea standard poate procesa până la 4 500 litri de aer pe minut

şi menţine nivelurile de vid de 30–60 kPa.

O pompă cu vacuum creează vacuum în interiorul manşonului

cupei mamelonului prin eliminarea aerului din sistemul de

conducte şi din furtunurile dintre pompă şi interiorul manşonului.

Atât experienţa experimentală, cât şi cea de pe teren au indicat

faptul că un nivel de vacuum de 32-42 kPa la capătul mamelonului

în timpul debitului de vârf al laptelui oferă cea mai bună combinaţie

între extracţia rapidă şi completă a laptelui, cu daune fizice minime

şi cea mai înaltă calitate a laptelui.

Setările de vacuum nominal ale sistemului de 42 kPa pentru

conductele joase sau de 50 kPa pentru conductele înalte vor

determina un nivel de vacuum în cupă cuprins între 32 – 42 kPa pe

durata debitului de lapte de vârf.

Se urmăreşte obţinerea unei fluctuații a vacuumului de maxim 8 -

10 kPa, în medie, pentru un sistem cu conductă joasă, şi de maxim

10 - 12 kPa pentru un sistem cu conductă înaltă.

3/25/2015 27

/* Controlul presiunii MPX4250DP-pressure-sensor-with-arduino

*/

#define kpa2atm 0.00986923267

int pressurePin = 0; // Pin senzor presiune

int releuCompPin = 2; // Pin releu compresor

int valvePin = 3; // Pin valva solenoid

// Variabilele programului

int pref = 30; // presiunea de referinta

int valP; // valoarea numerica a presiunii

int comU; // marimea de comanda

int histerezis = 5; // histerezisul regulatorului bipozitional

float pkPa = 0; // presiunea in kPa

float pAtm = 0; // presiunea in Atm

unsigned long timp;

void setup()

{

pinMode(releuCompPin, OUTPUT); // setarea pinilor de iesire

pinMode(valvePin, OUTPUT);

Serial.begin(9600);

}

Exemplu control presiune:

3/25/2015 28

void loop()

{

timp = millis()/1000; /* timpul curent */

valP = analogRead(pressurePin); /* citeste valoarea numerica a presiunii */

pkPa = ((float)valP/(float)1023-0.04)/0.00369; /* converteste in valoare analogica */

pAtm = kpa2atm*pkPa; /* converteste presiunea in atmosfere */

if (pkPa >= pref + (histerezis/2)) /* opreste compresorul */

{

digitalWrite(releuCompPin, LOW);

analogWrite(valvePin, LOW);

comU = 0;

}

if (pkPa <= pref - (histerezis/2)) /* porneste compresorul */

{

digitalWrite(releuCompPin, HIGH);

analogWrite(valvePin, HIGH);

comU = 12 ;

}

Serial.print(timp); /* afiseaza valorile pt timp, presiune si comanda */

Serial.print("\t [s] ");

Serial.print(pkPa);

Serial.print("\t [kPa] ");

Serial.print(comU);

Serial.println("\t V ");

delay(1000);

}

3/25/2015 29

Regulator bipozitional presiune

3/25/2015 30

Regulator bipozitional presiune

3/25/2015 31

Regulator bipozitional presiune

3/25/2015 32

VĂ MULŢUMESC PENTRU ATENŢIA

ACORDATA !