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

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

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

Harjoitus 7: Dynaamisten systeemien säätö (Simulink)

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

Harjoitus 7: Dynaamisten systeemien säätö (Simulink)

Harjoitus 7: Dynaamisten systeemien säätö (Simulink)

Alias-ilmiö eli taajuuden laskostuminen

Dynaamisten systeemien teoriaa. Systeemianalyysilaboratorio II

Mat Työ 2: Voimalaitoksen säätö

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

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

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Missä mennään. systeemi. identifiointi. mallikandidaatti. validointi. malli. (fysikaalinen) mallintaminen. mallin mallin käyttötarkoitus, reunaehdot

4. kierros. 1. Lähipäivä

8. kierros. 2. Lähipäivä

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

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

MATLAB harjoituksia RST-säädöstä (5h)

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

Signaalimallit: sisältö

Dynaamisten systeemien identifiointi 1/2

3. kierros. 2. Lähipäivä

Tehtävä 1. Vaihtoehtotehtävät.

1 PID-taajuusvastesuunnittelun esimerkki

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

Parametristen mallien identifiointiprosessi

ELEC-C1230 Säätötekniikka

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

ELEC-C1230 Säätötekniikka

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

Säätötekniikan matematiikan verkkokurssi, Matlab tehtäviä ja vastauksia

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

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

Aikatason vaste vs. siirtofunktio Tehtävä

Dynaamiset regressiomallit

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

Osatentti

Harjoitus 1. Tehtävä 1. Malliratkaisut. f(t) = e (t α) cos(ω 0 t + β) L[f(t)] = f(t)e st dt = e st t+α cos(ω 0 t + β)dt.

Mat Dynaaminen optimointi, mallivastaukset, kierros Vaimennetun heilurin tilanyhtälöt on esitetty luennolla: θ = g sin θ r θ

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

6.2.3 Spektrikertymäfunktio

Y (z) = z-muunnos on lineaarinen kuten Laplace-muunnoskin

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

integraali Integraalifunktio Kaavoja Integroimiskeinoja Aiheet Linkkejä Integraalifunktio Kaavoja Integroimiskeinoja Määrätty integraali

Mat Systeemien identifiointi, aihepiirit 1/4

3. kierros. 1. Lähipäivä

PID-sa a timen viritta minen Matlabilla ja simulinkilla

Flash AD-muunnin. Ominaisuudet. +nopea -> voidaan käyttää korkeataajuuksisen signaalin muuntamiseen (GHz) +yksinkertainen

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Markov-prosessit (Jatkuva-aikaiset Markov-ketjut)

ELEC-C1230 Säätötekniikka

Identifiointiprosessi

LUKU 3. Ulkoinen derivaatta. dx i 1. dx i 2. ω i1,i 2,...,i k

Johdantoa INTEGRAALILASKENTA, MAA9

4. Fourier-analyysin sovelletuksia. Funktion (signaalin) f(t) näytteistäminen tapahtuu kertomalla funktio näytteenottosignaalilla

Laplace-muunnos: määritelmä

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

MS-C1420 Fourier-analyysi osa I

Numeeriset menetelmät

Suhteellisuusteorian perusteet 2017

Lämpötilan säätö. S Elektroniset mittaukset Mikko Puranen Luennon sisältö

Laplace-muunnos. 8. marraskuuta Laplace-muunnoksen määritelmä, olemassaolo ja perusominaisuudet Differentiaaliyhtälöt Integraaliyhtälöt

Osatentti

Säätötekniikan perusteet. Merja Mäkelä KyAMK

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

VLT 6000 HVAC vakiopaineen säädössä ja paine-erosäädössä. (MBS 3000, 0-10V)

MS-C1420 Fourier-analyysi osa I

IV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n

Tietokoneavusteinen säätösuunnittelu (TASSU)

Successive approximation AD-muunnin

MS-C1420 Fourier-analyysi Esimerkkejä, perusteluja, osa I

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

MS-C1420 Fourier-analyysi Esimerkkejä, perusteluja, osa I

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina

Harjoitus 5: Simulink

Ei välttämättä, se voi olla esimerkiksi Reuleaux n kolmio:

Signaalien datamuunnokset

Signaalien datamuunnokset. Digitaalitekniikan edut

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

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

Funktion raja-arvo. lukumäärien tutkiminen. tutkiminen

Pikaohje Aplisens APIS type 1X0 ja 2XO

Tehtäväsarja I Tehtävät 1-5 perustuvat monisteen kappaleisiin ja tehtävä 6 kappaleeseen 2.8.

MS-C1420 Fourier-analyysi osa I

Elektroniikka, kierros 3

Säätötekniikan alkeita

Varauspumppu-PLL. Taulukko 1: ulostulot sisääntulojen funktiona

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

1 Vastaa seuraaviin. b) Taajuusvasteen

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

Funktiojonot ja funktiotermiset sarjat Funktiojono ja funktioterminen sarja Pisteittäinen ja tasainen suppeneminen

z muunnos ja sen soveltaminen LTI järjestelmien analysointiin

Talousmatematiikan perusteet: Luento 16. Integraalin käsite Integraalifunktio Integrointisääntöjä

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause.

Virheen kasautumislaki

5. Z-muunnos ja lineaariset diskreetit systeemit. z n = z

Identifiointiprosessi

k = 1,...,r. L(x 1 (t), x

Transkriptio:

Säätötekniikkaa Säätöongelma: Hae (mahdollisesti ulostulon avulla) ohjaus, joka saa systeemin toimimaan halutulla tavalla servo-ongelma: ulostulon seurattava referenssisignaalia mahdollisimman tarkasti, esim. teollisuusrobotin asennonsäätö stabilointiongelma: ulostulon oltava vakio häiriöstä riippumatta, esim. pinnankorkeuden säätö, vaihtovirtageneraattorin kierrosluku Ei onnistu ilman että ulostuloa hyödynnetään => takaisinkytkentä

Takaisinkytkentä r( + Σ - Takaisinkytkentä ulostulosta erosuureen e( muodossa e(=0 => OK! muuten korjaa u(:tä kunnes e(=0 Säätöongelma: valitse säädin rakenne parametrit e( F säädin u( M G systeemi (mittausdynamiikka) häiriö v( y(

PID-säädin P=proportionaalinen, I=integroiva, D=derivoiva P-säädin: u(=k P e( suhteellinen takaisinkytkentä yksinkertaisin mahdollinen säädin Ongelma: P-säädin ei osaa kompensoida askelmaista häiriötä syntyy pysyvä poikkeama ulostuloon Idea: kasvatetaan ohjausta kunnes e(=0 => asetetaan u( riippumaan e(:n integraalista PI-säädin: u(=k P e(+ KI t 0 e( τ ) dτ

...PID-säädin... K kasvaa, KI kasvaa => vaste nopeutuu MUTTA: suljetun silmukan systeemi muuttuu eräällä parametriyhdistelmällä epästabiiliksi syy: luotetaan liian vanhaan informaatioon (integrointi) (Eräs) ratkaisu: derivoiva takaisinkytkentä; perustetaan u( e(: derivaatalle (vrt. ennustaminen) PID-säädin: u( = K P e( + KI e( τ ) dτ + K t 0 D d e( dt

...PID-säädin Usein käytännössä derivoidaan vain y( Huom. merkintä: K I 1/T D, K D T D Implementointi käytännössä analogi/digitaalielektroniikka mekaanis-hydraulis-pneumaattiset konstruktiot K P suuri => nopea vaste, mutta epästabiilisuus vaanii K I suuri => nopea vaste, pysyvät poikkeamat kompensoituvat (epästabiilisuus!) K D : käyttö esim. stabilointi (ongelma: kohina)

Säätimen virittäminen 1. Systeemin malli tunnetaan suljetun silmukan systeemin siirtofunktio G CL (s)=f(s)g(s)/(1+f(s)g(s)m(s)) lasketaan suljetun silmukan systeemin navat säätimen parametrien funktiona ( pole placement ) stabiilisuus: testit esim. Schur-Cohn, juuriura, Nyquist-käyrä simulointi 2. Mallia ei tunneta (!) peukalosäännöt (parametrien kvalitatiivinen merkitys) kokeita systeemille => arvot parametreille erilaiset heuristiikat: Ziegler-Nichols, Coon,...

Diskreettiaikainen PID-säädin häiriö v( r( + - Σ e( N ZOH säädin F u( G systeemi y( M (mittausdynamiikka) Näytteenotto N: poimitaan jatkuvasta signaalista arvo T:n välein kulmataajuudella ω s =2π/T =>g(kt), k=1,2,... ZOH= zero order hold: pidetään signaali vakiona ajan T

Näytteenoton ongelma: laskostuminen Ongelma 1: ω s :ää suurempia taajuuksia ei saada eroteltua ws:stä: olkoot h 1 (=sinωt, w välillä [0,ωs) ja h 2 (=sin (w+mω s )t, m=-2,-1,0,1,... nyt h 1 (kt)=sinωkt+mk2π=sin(ω+ω2π/t)kt=h 2 (kt) Ongelma 2: taajuutta ω välillä [ω s /2,ω s ) ei pystytä erottamaan taajuudesta ω =ω s -ω ω s /2:a kutsutaan Nyquist-taajuudeksi Suuritaajuista kohinaa => alipäästösuodatus ennen näytteenottoa

Diskreettiaikainen PID Diskreettiaikainen PID: u( = K Pe( + K I e( jt ) + K Viritys: valitse K P,K I,K D ja T Periaatteessa diskreetti systeemi lähestyy jatkuvaa kun T lähestyy nollaa, mutta liian pieni T rasittaa toimilaitteita t / T j= 0 vaatii laskentakapasiteettia / T( e( e( t T)) aiheuttaa, että ohjaus on pelkkää kohinaa jos systeemi ei ehdi reagoida D

Tilatakaisinkytkentä Edellä tarkasteltu säätöä input-output -kuvausten pohjalta Myös tilan takaisin kytkentä mahdollista => tilatakaisinkytkentä tark. lineaarista jatkuvan ajan järjestelmää systeemimatriisi A merk. u(=-kx( Suljetun silmukan systeemin systeemimatriisi on A-KB Jos systeemi on täydellisesti ohjattava, suljetun silmukan systeemille voidaan rakentaa mielivaltainen dynamiikka valitsemalla K sopivasti vrt. tilahavaitsija Suositeltava lähestymistapa erityisesti MIMO-malleilla