ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 8: Säädetyn järjestelmän hyvyys aika- ja taajuustasossa, suunnittelu taajuustasossa, kompensaattorit

Samankaltaiset tiedostot
Hyvyyskriteerit. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 8: Säädetyn järjestelmän hyvyys aika- ja taajuustasossa, suunnittelu taajuustasossa, kompensaattorit

Taajuustason tekniikat: Boden ja Nyquistin diagrammit, kompensaattorien suunnittelu. Vinkit 1 a

1 PID-taajuusvastesuunnittelun esimerkki

3. kierros. 2. Lähipäivä

H(s) + + _. Ymit(s) Laplace-tason esitykseksi on saatu (katso jälleen kalvot):

Tehtävä 1. Vaihtoehtotehtävät.

ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 7: Taajuusanalyysi

Y Yhtälöparista ratkaistiin vuorotellen siirtofunktiot laittamalla muut tulot nollaan. = K K K M. s 2 3s 2 KK P

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Esimerkki: Laaduntasaussäiliö. Esimerkki: Laaduntasaussäiliö. Taajuusanalyysi. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 7: Taajuusanalyysi

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Osatentti

Esimerkki: Laaduntasaussäiliö. Esimerkki: Laaduntasaussäiliö. Taajuusanalyysi. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 7: Taajuusanalyysi

Osatentti

4. kierros. 1. Lähipäivä

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Luento 8. Suodattimien käyttötarkoitus

ELEC-C1230 Säätötekniikka 10. laskuharjoitus Taajuustason tekniikat: Boden ja Nyquistin diagrammit, kompensaattorien suunnittelu

Systeemin käyttäytyminen. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Systeemin navat ja nollat. Systeemin navat ja nollat

PID-sa a timen viritta minen Matlabilla ja simulinkilla

Elektroniikka, kierros 3

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Luento 7. LTI-järjestelmät

Boost-hakkuri. Hakkurin tilaesitykset

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

12. Stabiilisuus. Olkoon takaisinkytketyn vahvistimen vahvistus A F (s) :

Aikatason vaste vs. siirtofunktio Tehtävä

Luento 7. tietoverkkotekniikan laitos

Säätötekniikan matematiikan verkkokurssi, Matlab tehtäviä ja vastauksia

Säätötekniikkaa. Säätöongelma: Hae (mahdollisesti ulostulon avulla) ohjaus, joka saa systeemin toimimaan halutulla tavalla

1 Vastaa seuraaviin. b) Taajuusvasteen

SaSun VK1-tenttikysymyksiä 2019 Enso Ikonen, Älykkäät koneet ja järjestelmät (IMS),

Digitaalinen Signaalinkäsittely T0125 Luento

Harjoitus (15min) Prosessia P säädetään yksikkötakaisinkytkennässä säätimellä C (s+1)(s+0.02) 50s+1

Säätötekniikkaa. Säätöongelma: Hae (mahdollisesti ulostulon avulla) ohjaus, joka saa systeemin toimimaan halutulla tavalla

Tilaesityksen hallinta ja tilasäätö. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 6: Tilasäätö, tilaestimointi, saavutettavuus ja tarkkailtavuus

ELEC-C1230 Säätötekniikka

Dynaamisten systeemien teoriaa. Systeemianalyysilaboratorio II

ELEC-C1230 Säätötekniikka

Alias-ilmiö eli taajuuden laskostuminen

3. kierros. 1. Lähipäivä

Hakkuritehola hteet Janne Askola Jari-Matti Hannula Jonas Nordfors Joni Kurvinen Semu Mäkinen

MASSASÄILIÖN SIMULOINTI JA SÄÄTÖ Simulation and control of pulp tank

LTY/SÄTE Säätötekniikan laboratorio Sa Säätötekniikan ja signaalinkäsittelyn työkurssi. Servokäyttö (0,9 op)

Luento 7. Järjestelmien kokoaminen osista

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Analogiatekniikka. Analogiatekniikka

Agenda. Johdanto Säätäjiä. Mittaaminen. P-, I-,D-, PI-, PD-, ja PID-säätäjä Säätäjän valinta ja virittäminen

2. kierros. 2. Lähipäivä

Harjoitus 6: Simulink - Säätöteoria. Syksy Mat Sovelletun matematiikan tietokonetyöt 1

Y (s) = G(s)(W (s) W 0 (s)). Tarkastellaan nyt tilannetta v(t) = 0, kun t < 3 ja v(t) = 1, kun t > 3. u(t) = K p y(t) K I

Suodattimet. Suodatintyypit: Bessel Chebyshev Elliptinen Butterworth. Suodattimet samalla asteluvulla (amplitudivaste)

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

z muunnos ja sen soveltaminen LTI järjestelmien analysointiin

Moottorin säätö. Miikka Ihonen 67367P Sampo Salo 79543L Kalle Spoof 83912K John Boström 83962B Venla Viitanen 84514C

ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 10: Digitaalinen säätö, perusteet, jatkuu

Luento 8. Suodattimien käyttötarkoitus

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Kon Hydraulijärjestelmät

Signaalit ja järjestelmät aika- ja taajuusalueissa

Tehtävä 1. Vaihtoehtotehtävät.

MATLAB harjoituksia RST-säädöstä (5h)

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät Välikoe

Luento 8. tietoverkkotekniikan laitos

Luento 14: Periodinen liike, osa 2. Vaimennettu värähtely Pakkovärähtely Resonanssi F t F r

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät Välikoe

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS127. Jatkuva-aikaiset IC-suodattimet ja PLL-rakenteet

17. Differentiaaliyhtälösysteemien laadullista teoriaa.

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

ELEC-C1230 Säätötekniikka

3.4 Rationaalifunktion kulku ja asymptootit

Differentiaaliyhtälön ratkaisu. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Esimerkki: läpivirtaussäiliö. Esimerkki: läpivirtaussäiliö

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

20 Kollektorivirta kun V 1 = 15V Transistorin virtavahvistus Transistorin ominaiskayrasto Toimintasuora ja -piste 10

SGN Signaalinkäsittelyn perusteet Välikoe Heikki Huttunen

Järjestelmien kokoaminen osasysteemeistä. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Lohkokaaviomuunnokset: Signaalit. Signaalin kulkeminen lohkon läpi

2. kierros. 1. Lähipäivä

SYSTEEMIN HYVYYS. Aiheeseen liittyvää kalvomateriaalia. INVASIIVINEN VERENPAINEMITTAUS KÄYRÄMUODON HYVYYS TAAJUUSANALYYSI

Parametristen mallien identifiointiprosessi

SMITH-PREDICTOR Kompensaattori PI-Säätimellä. Funktiolohko Siemens PLC. SoftControl Oy

Matlabin perusteet. 1. Käyttöliittymä:

8. kierros. 2. Lähipäivä

Tietokoneavusteinen säätösuunnittelu (TASSU)

6. Differentiaaliyhtälösysteemien laadullista teoriaa.

Värähtelevä jousisysteemi

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY exp z., k = 1, 2,... Eksponenttifunktion z exp(z) Laurent-sarjan avulla

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 4: Derivaatta

Katsaus suodatukseen

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS128. Operaatiovahvistinrakenteet

Kon Hydraulijärjestelmien mallintaminen ja simulointi L (3 op)

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

SUODATTIMET. Suodatinteorian perusteita

Kompleksianalyysi, viikko 6

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

Vcc. Vee. Von. Vip. Vop. Vin

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I. Verkkojen taajuusriippuvuus: suo(dat)timet

Transkriptio:

ELEC-C3 Säätötekniikka Luku 8: Säädetyn järjestelmän hyvyys aika- ja taajuustasossa, suunnittelu taajuustasossa, kompensaattorit

Hyvyyskriteerit Aikaisemmilla luennoilla on havainnollistettu, miten systeemien käyttäytymiseen voi vaikuttaa säätämällä niitä. Epästabiileista systeemeistä saadaan stabiileja, värähtelevistä värähtelemättömiä ja hitaista nopeita. Tällä luennolla tarkastellaan säädetyn järjestelmän suorituskykyä ja tutkitaan, mikä on hyvää käyttäytymistä sekä käydään läpi säädetyn järjestelmän hyvyyskriteereitä.

Yleinen säädetyn järjestelmän askelvaste

Yleinen säädetyn järjestelmän askelvaste Askelvasteen käyttäytymistä kuvataan seuraavilla suureilla t d = kuollut aika, viive (d ~ dead time) y f = lopputila (f ~ final) y ref = referenssi, haluttu lopputila e = pysyvä poikkeama, säätöpoikkeama (e = y ref y f ) t r = nousuaika - usein määritetty ajaksi, joka kuluu, kun vaste nousee arvosta.y f arvoon.9y f (r ~ rise). t = värähtelyn jaksonaika t s = asettumisaika tavallisimmin määritetty ajaksi, jonka jälkeen vaste pysyy putken y f ±% tai y f ± 5% sisällä vastaavat termit ovat kahden ja viiden prosentin asettumisajat (s ~ settling) t p = vastehuipun aika (p ~ peak time) o = ylitys (o ~ overshoot) d = vaimennuskerroin (d ~ damping)

Napa-nollakuvio ja hyvyyskriteerit Säädetyn järjestelmän vasteen tahdotaan olevan stabiili eli napojen on oltava vasemmassa puolitasossa Säädetyn järjestelmän vasteen on oltava nopea eli napojen on oltava riittävän kaukana origosta Säädetty järjestelmä ei saa värähdellä liikaa (vaimennuskertoimen on oltava riittävän suuri) eli napojen ja negatiivisen reaaliakselin välisen kulman on oltava riittävän pieni Säädetyn järjestelmän on asetuttava riittävän lyhyessä ajassa (asettumisaika pieni) eli napojen etäisyyden imaginääriakselista on oltava riittävän suuri (negatiivisen reaaliakselin suuntaan). Im Im Im Im Re Re Re Re

Napa-nollakuvio ja hyvyyskriteerit Hyvin käyttäytyvä vaste saadaan, jos säädetyn järjestelmän dominoivat navat sijaisevat kuvassa esitetyllä alueella. Im Re

Säädetty järjestelmä Systeemin siirtofunktio on Gs () 3 3 3 s s s Systeemiä säädetään joko P-, PI-, PD- tai PID-säätimellä GP() s 3, GPI() s 3, GPD() s 3 s, GPID() s 3 s s s Tutkitaan napa-nollakuvioilla, mikä säätimistä (annetuilla virityksillä) sopii parhaiten systeemin säätöön. sys=tf(3,[ 3 3 ]); sys=tf([3 ],[ 3 3 ]) sys3=tf([ 3],[ 3 3 ]); sys4=tf([ 3 ],[ 3 3 ]) sysb=feedback(sys,)... pzmap(sysb)...

Säädetty järjestelmä Saadaan seuraavat säädetyn järjestelmän napa-nollakuviot Imaginary Axis - Pole-Zero Map P-säädin Imaginary Axis - Pole-Zero Map PI-säädin - -3 - - Real Axis - -3 - - Real Axis Imaginary Axis - Pole-Zero Map PD-säädin Imaginary Axis - Pole-Zero Map PID-säädin - -3 - - Real Axis - -3 - - Real Axis

Säädetty järjestelmä Saadaan seuraavat askelvasteet => PID-säädin on paras.5 Step Response.5 Step Response Amplitude.5 P-säädin 5 5 Amplitude.5 PI-säädin 3 Time (sec) Time (sec) Step Response.5 Step Response Amplitude.5 PD-säädin 4 6 8 Amplitude.5 PID-säädin 5 5 Time (sec) Time (sec)

Ylitys (overshoot) Tarkastellaan yleistä toisen kertaluvun vastetta, jossa ei ole viivettä eikä nollia: K n K n Gs (), Ys () s s ( s s ) s F HG n n nt yt () Ke cosn t sinn t Vasteen ääriarvot saadaan, kun y(t) derivoidaan t:n suhteen ja derivaattojen nollakohdat ratkaistaan. Ääriarvokohdissa: e F G H Ensimmäinen huippu (maksimiylitys stabiileilla systeemeillä) saadaan, kun n e j e j sin t t,,,... n j tp y( tp) KKe n n F HG I KJ n I J K I KJ

Koska K on loppuarvo, niin ylityksen osuus vasteesta on: Ylitys esitetään tavallisesti prosentteina loppuarvosta: %OS e Kuvassa on esitetty prosentuaalinen ylitys, kun vaimennussuhde saa arvoja välillä [.,.] F HG Ylitys (overshoot) I KJ o Ke F HG I KJ

Asettumisaika (settling time) Kun säädetyn järjestelmän navat ovat aidosti kompleksisia, niin vaste värähtelee exsponentiaalisen varjokäyrän sisällä (varjokäyrän eksponentiaalisen pienenemisen määrittelee dominoivan napaparin reaaliosa). Varjokäyrän avulla voidaan määrätä konservatiivinen arvio asettumisajalle: kun varjokäyrä on ± % tai ± 5% etäisyydellä loppuarvosta, niin vastekin on. Todellisuudessa tarkka asettumisaika riippuu vasteen värähtelyn taajuudesta ja vaiheesta. Sopivalla taajuudella vaste sujahtaa haluttujen rajojen sisälle jo huomattavasti varjokäyrää aikaisemmin

Asettumisaika (settling time) Tarkalle asettumisajalle ja systeemin vaimennussuhteelle saadaan kuvassa esitetty riippuvuus (kun vaimennussuhde on ykköstä suurempi, niin järjestelmästä tulee ylivaimennettu ja se hidastuu).

Asettumisaika (settling time) Usein asettumisajalle käytetään yksinkertaisia approksimaatioita (esitetty edellisessä kuvassa katkoviivoilla. t t s s ( %) ( 5%) R S T R S T 4, 88. n 4., 88. 4. n n 3, 83. n 7., 83. 4.

Nollien vaikutus vasteeseen Edellisistä luennoista tiedetään, että nollien vaikutus näkyy vasteen alkukäyttäytymisessä. Kuvasta nähdään, että nollat vaikuttavat selvästi sekä ylitykseen että asettumisaikaan. Tarkastellaan yleistä tapausta: G TOT () s K s F HG s I KJ n n ns n

Nollien vaikutus vasteeseen Tällöin saadaan asettumisajalle:

Ja ylitykselle: Nollien vaikutus vasteeseen

Nollien vaikutus vasteeseen Taulukon elementtien ylempi numero on prosentuaalinen ylitys ja alempi % asettumisaika Vahvennettujen rajojen sisällä on alue, jossa OS% < % ja t s (%) < 6/ n

Pysyvä poikkeama ja prosessiluokat Mikäli erosuure (referenssin ja mitatun vasteen erotus) ei lähesty nollaa ajan lähestyssä ääretöntä, niin järjestelmään jää pysyvä poikkeama e ss. e ss t l q lim e( t) Systeemit jaetaan eri luokkiin riippuen siitä, millaisilla signaaleilla säädettyyn järjestelmään jää pysyvä poikkeama. Jos järjestelmään jää pysyvä poikkeama askelherätteellä, niin se on tyyppiä nolla (G), jos sille jää pysyvä poikkeama pengerherätteellä, niin se on tyyppiä yksi (G) ja jos sille jää pysyvä poikkeama parabolisella herätteellä, niin se on tyyppiä kaksi (G3).

Pysyvä poikkeama ja prosessiluokat Edellisen kalvon systeemeistä G on tyyppiä nolla, G tyyppiä yksi ja G3 tyyppiä. Niiden avoimen silmukan siirtofunktiot ovat muotoa Q * (s) on määritelty siten, että sillä ei ole juuria origossa, jolloin k määrää suoraan systeemin tyypin (k = systeemi on tyyppiä nolla). Oheisessa taulukossa on pysyvät poikkeamat G OL () s K lim G ( s) p s OL K lim sg ( s) v s OL Ps () Qs () K lim s G ( s) a s l l m OL q q r Ps () k * s Q () s Input Type a at at a K p a Kv a K a

Taajuustason kriteerit Taajuustasossa yleinen (toisen kertaluvun) taajuusvasteen vahvistuskäyrä on muotoa: BW = Kaistanleveys (bandwidth) r = Resonanssitaajuus M r = Resonanssihuippu M = Stationääritilan vahvistus r -3dB BW r

Värähtelyn resonanssi ja kaistanleveys Resonanssitaajuus r r n Resonanssihuippu M r Kaistanleveys BW M r 4 BW n ( ) 4 4 Mitä suurempi kaistanleveys, sitä nopeampi systeemi

Avoimen silmukan taajuusvaste Avoimen silmukan taajuusvaste ja säädetyn järjestelmän käyttäytyminen riippuvat toisistaan Säädetyn järjestelmän käyttäytyminen taajuustasossa Nicholsin kartta Säädetyn järjestelmän käyttäytyminen aikatasossa Peukalosäännöt, jotka on johdettu yksinkertaisista perusmalleista - kuten yleisestä toisen kertaluvun systeemistä. Nämä peukalosäännöt perustuvat usein pelkästään vahvistus- ja vaihevaroihin, jolloin säännöt eivät välttämättä päde kaikille systeemeille. Toisen kertaluvun järjestelmälle pätee seuraava avoimen silmukan vaihevaran ja vaimennussuhteen välinen riippuvuus PM F G GG H arctan e 4 4 j I J JJ K

Vaihevara ja ylitys Vaihevaran ja vaimennussuhteen välille saadaan vasemmalla esitetty graafinen riippuvuus. Prosentuaalisen ylityksen ja vaihevaran välille saadan kuvassa oikealla esitetty riippuvuus.

Säädetty järjestelmä Systeemin siirtofunktio on Gs () 3 3 3 s s s Systeemiä säädetään joko P-, PI-, PD- tai PID-säätimellä GP() s 3, GPI() s 3, GPD() s 3 s, GPID() s 3 s s s Tutkitaan taajuustasossa, mikä säätimistä (annetuilla virityksillä) sopii parhaiten systeemin säätöön. sys=tf(3,[ 3 3 ]); sys=tf([3 ],[ 3 3 ]) sys3=tf([ 3],[ 3 3 ]); sys4=tf([ 3 ],[ 3 3 ]) bode(sys);nichols(sys);grid sysb=feedback(sys,) bode(sysb);step(sysb

Säädetty järjestelmä (P-säädin) Magnitude (db) Phase (deg) Open-Loop Gain (db) 5-5 - -9-8 -7 - - F ( d/ ) Nichols Chart - -4-6 -8 Avoin Bode Diagram.5 db.5 db db 3 db 6 db db - db -3 db -6 db - db - db -4 db -6 db -8 db - - db -7-5 -8-35 -9-45 Open-Loop Phase (deg) Magnitude (db) Phase (deg) Amplitude - -4-6 -8-9 -8 Bode Diagram -7 - - F ( d/ ) Step Response.4..8.6.4. Säädetty 5 5 Time (sec)

Säädetty järjestelmä (PI-säädin) Magnitude (db) 5-5 - -9 Avoin Bode Diagram Magnitude (db) 4 - -4-6 -8 Säädetty Bode Diagram Phase (deg) -8 Phase (deg) -9-8 Open-Loop Gain (db) -7 - F ( d/ ) Nichols Chart - -4-6.5 db.5 db db 3 db 6 db db - db -3 db -6 db - db - db -4 db -6 db Amplitude -7.5.5 - F ( d/ ) Step Response -8-8 db - - db -7-5 -8-35 -9-45 Open-Loop Phase (deg) 5 5 5 3 35 Time (sec)

Säädetty järjestelmä (PD-säädin) Avoin Bode Diagram Säädetty Bode Diagram Magnitude (db) - Magnitude (db) - -4-4 Phase (deg) Open-Loop Gain (db) -9-8 - - F ( d/ Nichols Chart ) - -4.5 db.5 db db 3 db 6 db db - db -3 db -6 db - db - db -4 db Phase (deg) Amplitude -9-8 -.8.6.4. F ( d/ ) Step Response -6-6 db -8-35 -9-45 Open-Loop Phase (deg) 4 6 8 Time (sec)

Säädetty järjestelmä (PID-säädin) Magnitude (db) Phase (deg) Open-Loop Gain (db) 5-5 -9-35 - -4-6 Avoin.5 db.5 db db 3 db 6 db Bode Diagram -8 - F ( d/ ) Nichols Chart db - db -3 db -6 db - db - db -4 db -6 db -8-35 -9-45 Open-Loop Phase (deg) Magnitude (db) Phase (deg) Amplitude - -4-9 Bode Diagram -8 - -.4..8.6.4. Säädetty F ( d/ ) Step Response 5 5 Time (sec)

Säädetty järjestelmä P- ja PI-säädin ovat herkkiä värähtelyille (ja samalla lähempänä epästabiiliutta) PI-säädin on hidas (pitkä asettumisaika) P- ja PD-säätimillä säädettyyn järjestelmään jää pysyvä poikkeama PD- ja PID-säätimillä säädetyt järjestelmät ovat nopeita eivätkä värähtele liikaa. => Paras vaihtoehto on PID-säädin.

Avoimen silmukan taajuusvaste Tarkistetaan esimerkillä, miten hyvin edellä esitetty peukalosääntö toimii Tarkastellaan kolmea avointa systeemiä: G OL, s s.s G G 3 () s 3 3.6e () s s s3 4.9 () s s s OL, OL,3 Määritetään avoimen silmukan vaihevarat ja säädetyn järjestelmän askelvasteet MATLABissa sys=tf(3,[ 3]); sys=tf(3.6,[ 3]); sys.inputdelay=. sys3=tf(4.9,[ ])

Avoimen silmukan taajuusvaste margin(sys); margin(sys); margin(sys3) => 9 deg Kaikkien systeemien vaihevarat ovat 9 Simuloidaan säädettyjen järjestelmien askelvasteita 3 Nyquist Diagram r t To Workspace Clock To Workspace Step sys LTI System sys y To Workspace y Imaginary Axis - G3 LTI System To Workspace3 G sys3 y3 - LTI System To Workspace4-3 G - -.5.5.5 Real Axis

Avoimen silmukan taajuusvaste Peukalosäännön mukaan säädetyn järjestelmän ylityksen tulisi olla n. 4%-5% Simuloitu ylitys on vähän yläkanttiin, mutta suunnilleen kohdalleen..5.5 4 6 8

Taajuustason säätimet Taajuustasossa säätimet vaikuttavat avoimen silmukan taajuusvasteeseen ja samalla myös vahvistus- ja vaihevaroihin. Tarkastellaan aluksi perinteisten säätimien (PID) taajuusvasteita. P-säädin vaikuttaa ainoastaan avoimen silmukan vahvistuskäyrään (vaihe pysyy ennallaan, vahvistusmuuttuu K P :n verran) b PD-säädin: GPD () s KP TD s nostaa vahvistuskäyrää /T D :tä suuremmilla taajuuksilla nostaa vaihekäyrää./t D :tä suuremmilla taajuuksilla g

PI-säädin: Taajuustason säätimet G s K K Ts I PD () d P i Ts I P Ts nostaa vahvistuskäyrää /T I :tä pienemmillä taajuuksilla laskee vaihekäyrää /T I :tä pienemmillä taajuuksilla I PID-säädin GPID () s K d P TsTDs I i nostaa vahvistuskäyrää pienillä ja suurilla taajuuksilla laskee vaihekäyrää pienillä ja nostaa suurilla taajuuksilla

Vaiheen johto- ja jättöpiirit Vaiheen johto- ja jättöpiirejä käytetään taajuusvasteen manipulointiin halutuilla taajuuksilla. Niiden avulla voidaan muuttaa systeemin vahvistus- ja vaihevaroja siten, että saadaan säädetylle järjestelmälle haluttu käyttäytyminen. Vaiheen johtopiirillä nostetaan vaihekäyrää halutuilla taajuuksilla Vaiheen jättöpiirillä lasketaan vaihekäyrää halutuilla taajuuksilla

Vaiheen johtopiiri Vaiheenjohtopiiri: nostaa vahvistuskäyrää nostaa vaihekäyrää halutulla taajuusalueella PD-säätimen kaltainen vaikutus s Glead s K k s (), k m k sin( ) m k k

Vaiheen jättöpiirit Vaiheenjättöpiiri laskee vahvistuskäyrää laskee vaihekäyrää pienillä ja halutulla taajuusalueella symmetrinen vaiheenjohtopiirin toiminnan kanssa PI-säätimen kaltainen vaikutus k s Glag s K k s (),

Vaiheen johtopiiri: esimerkki Systeemiä säädetään P-säätimellä (värähtelee). Suunnitellaan vaiheenjohtopiiri, jonka avulla saadaan%-os < % ja pengervasteen pysyvä poikkeama <. Pengervasteen pysyvä poikkeama saadaan.:een kun säätimen vahvistusta kasvatetaan arvoon 5 (edellinen luento) Gs () Kv lim l sgol ( s) q K. s s s pengervasteen pysyvä poikkeama:. K 5 K K v

Vaiheen johtopiiri: esimerkki Pengervasteen seurannan kriteeri täyttyy tällä vahvistuksella, mutta vaste värähtelee ja ylitys on huomattavasti sallittua suurempi. Tarkistetaan vaihevara (kompensoimaton): ainoastaan 8º vaihevaraa on kasvatettava vähintään arvoon 55º (lisäystä 37º), jotta ylitys olisi vain %. Lisäksi kriittinen taajuusalue siirtyy korkeammalla taajuudelle (vahvistuskäyrä nousee rajataajuudella), joten lisätään taajuutta vielä 9º (lisäystä 46º). Saadaan: k sin( m), m k k k. m 46 63 5. R S T m Tällä saadaan vaihevaraksi: 57º R S T

Vaiheen johtopiiri: esimerkki Simuloidaan systeemin käyttäytymistä: Saadaan säädetty järjestelmä, joka täyttää annetut kriteerit

Vaiheen jättöpiiri: esimerkki Suunnitellaan vaiheenjättöpiiri, jonka avulla saadaan vaihevaraksi 54º sekä askelvasteen pysyvä poikkeama <. Askelvasteen pysyvä poikkeama saadaan.:een kun säätimen vahvistusta kasvatetaan arvoon 5 (edellinen luento) 4 l q Gs () Kp lim GOL ( s) 4K 3 s. s b askelvasteen pysyvä poikkeama:. Kp 4K K 5 Tällä arvolla saadaan epästabiili (kompensoimaton) järjestelmä g

Vaiheen jättöpiiri: esimerkki Vaihevaraksi saadaan n. 6º kulmataajuudella 84 rad/s. Kyseisellä taajuudella vahvistus on n. 33 db, jonka verran vahvistuskäyrää on laskettava. Lasku saadaan toteutettua, kun k = 44.7. Kompensaattorin nolla on sijoitettava vähintään dekadin matalammalle taajuudelle, kun 84 rad/s. Vaiheen jättöpiiriksi saadaan: log( k) 33 db k 44. 7 G lag k 84 Kompensoidun järjestelmän vaihevaraksi saadaan 53.7º Simuloidaan: () s b g s 5 84 s 88.

Vaiheen jättöpiiri: esimerkki Saadaan säädetty järjestelmä, joka täyttää annetut kriteerit.

Vaiheen johtojättöpiiri Vaiheen johtopiiri käyttäytyy kuin PD-säädin ja jättöpiiri kuin PI-säädin. Kun samaan säätimeen yhdistetään molemmat piirit, niin saadaan säädin, joka toimii kuin PID-säädin. Vaiheen jättöpiiri suunnitellaan matalille taajuuksille (pitää huolen pysyvästä poikkeamasta). Vaiheen johtopiiri suunnitellaan korkeille taajuuksille (stabiloi ja tekee järjestelmästä nopeamman)

Vaiheen johtojättöpiiri: Esimerkki Säädettävälle systeemille muodostetaan vaiheen johtojättöpiiri, jonka avulla saadaan pengervasteen pysyväksi poikkeamaksi korkeintaan.5, ja vaihevaraksi vähintään 5º (ei korostettuja värähtelyjä eikä ylityksiä). Jotta säädetylle järjestelmälle saataisiin riittävä kaistanleveys, niin avoimen silmukan vahvistuskäyrä voi saada arvon db aikaisintaan taajuudella 6 rad/s (nopeutta säädettyyn järjestelmään). Vaiheen johtojättöpiiriksi saadaan s s. 5 Gs () G () s s(.s)(.s) lead lag s s.

Vaiheen johtojättöpiiri: Esimerkki Kompensoimattoman ja kompensoidun järjestelmän taajuusvasteet: