Dziś jest poniedziałek, 21 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8503 -0.35% 1EUR 4.2844 -0.01% 1GBP 4.9671 +0.43%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej
Cykl szkoleń z zakresu programowania sterowników SIMATIC S7-300, S7-1200
więcej
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
32 edycja targów Energetab 2019 juz za cztery tygodnie
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
29 październik 2019
73. edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
9 listopad 2005.

Postępowanie z czasem jałowym

Problem wykorzystania czasu jałowego jest nieco kłopotliwy dla sterownika pracującego w układzie zamkniętym.

Dla sterownika pracującego w układzie zamkniętym, czas jałowy jest zwłoką pomiędzy chwilą, gdy sterownik zaczyna implementować odpowiedni program w procesie obróbki do chwili, gdy czujnik rozpozna pierwszy efekt procesu. Wielkości regulowane nie mogą zupełnie oddziaływać na sterownik podczas trwania czasu jałowego i żadna próba regulowania nastaw przed skończeniem się czasu jałowego na pewno nie uda się.
Rozważmy na przykład proces, w którym bierze udział samochód z luźną kierownicą. Kierowca, który chce skręcić, nie odczuje efektu, dopóki kierownica nie obróci się wystarczająco i nie spowoduje obracania się kolumny kierownicy. Czas pomiędzy chwilą rozpoczęcia skręcania do chwili zauważenia efektu jest czasem jałowym.
Zagadnienie czasu jałowego jest prawdopodobnie jednym z trudniejszych zagadnień w układach sterowania. W powyższym przykładzie kierowca nieświadomy czasu jałowego zacznie sterować mocniej w kierunku, w którym chciał skręcić, ponieważ ma na uwadze wcześniejsze próby. Ale do chwili, gdy czas jałowy minie i samochód zacznie skręcać, będzie za późno. Kierowca przesteruje, a samochód skręci za mocno. Następnie zacznie skręcać w drugą stronę i w efekcie straci kontrolę nad procesem. Nawiasem mówiąc, to samo zjawisko jest przyczyną wypadków po wypiciu alkoholu. Kierownica perfekcyjnie reaguje, ale pijany kierowca nie wyczuwa, że jego samochód skręca, a dopóki nie zauważy, wykonuje ten manewr kolejny raz.

Proces tłoczenia stali

Jeśli w poniższym przykładzie optyczny miernik grubości stali jest umieszczony nazbyt daleko od walców, wtedy sterownik zbyt późno otrzyma informację o tym, aby móc poprawić błąd grubości. Sytuacja może się pogorszyć, jeśli stanie się on "niecierpliwy".

Umiejscowienie czujnika

W obydwu przypadkach eliminacja czasu jałowego jest oczywistym rozwiązaniem problemu sterowania. Kierownica powinna zostać wyregulowana, a kierowca wytrzeźwieć.
Niekiedy jednak czas jałowy nie może zostać wyeliminowany całkowicie. Rozważmy przykład walcowni, w której para walcowników spłaszcza gorącą stal w jednolite płachty (patrz na rysunek "Proces tłoczenia stali"). Czujnik grubości mierzy arkusz przy walcach i decyduje, czy sterownik spowoduje wytworzenie większego lub mniejszego ciśnienia, aby skompensować grubość.
Byłoby idealnie, gdyby pomiar grubości następował natychmiast przy samych walcach, by zminimalizować czas pomiędzy zmianą ciśnienia a rezultatem, jakim jest poprawny pomiar grubości blachy. W przeciwnym razie sterownik nie będzie w stanie wykryć błędów, które mógłby wychwycić wystarczająco wcześnie po to, aby zapobiec powstaniu zbyt grubego lub zbyt cienkiego arkusza blachy.
Zbyt długi czas zwłoki może spowodować wydłużenie reakcji sterownika. Podobnie jak kierowca z obluzowaną kierownicą sterownik może przyjąć, że początkowe działanie nie przynosi skutku i należy działać ze zwiększoną siłą. W końcu pojawi się efekt, jakim jest zmiana grubości arkusza, a skumulowane działania sterownika będą w tym momencie przekompensowane względem początkowego błędu, powodując błąd w przeciwnym kierunku. Wynikiem będą stałe serie wahań w górę i w dół ciśnienia walców i mnóstwo zmarnowanej, pofalowanej stali.
Niestety miernik grubości nie może być umieszczony dokładnie w miejscu, w którym odbywa się walcowanie. Każdy nowo walcowany kawałek arkusza musi przebyć pewną odległość, zanim zostanie zmierzony. Dlatego nie uniknie się minimalnego czasu jałowego.
Zjawisko to, znane jako opóźnienie transportowe, istnieje w wielu procesach, podczas których materiał jest transportowany od siłownika do czujnika - ciecz płynąca rurą, powietrze klimatyzowane płynące kanałem, materiał przewożony na pasie transmisyjnym itd. W każdym przypadku umieszczenie czujnika jak najbliżej początku procesu może zredukować czas jałowy, ale nie wyeliminuje go całkowicie.

Strojenie kontrolera PID

Aby radzić sobie z czasem jałowym, istnieje inny sposób. Otóż należy wyposażyć sterownik w pewien stopień oczekiwania. Najprościej byłoby go "odstroić", spowalniając jego szybkość reakcji. Odstrojony sterownik nie będzie miał czasu przekompensować się, chyba że czas jałowy jest szczególnie długi.
W pętli PID (Propotional-Integral-Derivative) oznacza to generalnie dławienie działania całkowego regulatora. Ostatecznie człon całkujący ma za zadanie kontynuować podtrzymywanie wydajności sterownika tak długo, aż pojawi się błąd pomiędzy wielkością zadaną, a wielkością regulowaną. Przy obecności czasu jałowego takie błędy pozostaną przez dłuższy czas, ponieważ okres ten potrzebny jest sterownikowi, aby rozpocząć korygowanie.
John G. Ziegler i Nathaniel B. Nichols w 1942 roku testując papier na obiegu PID określili, że najlepszym sposobem, aby odstroić sterownik PID jest zredukowanie integralnej stałej strojenia przez współczynnik 1/d2, gdzie d jest czasem jałowym procesu. Odkryli także, iż proporcjonalna stała strojenia powinna zostać zredukowana przez współczynnik 1/d. Zalecali nieodstrajanie przez okres różniczkowania.
Chociaż zasady strojenia, regulacji Zieglera-Nicholsa uzyskane były za pomocą metody prób i błędów, to można je także udowodnić matematycznie, pokazując, że dławienie działania całkowego redukuje efekt czasu jałowego w pętli sterowania. Na przykład, proces drugiego rzędu ze wzmocnieniem - K, czasem jałowym - d, współczynnikiem tłumienia - z i naturalną częstotliwością - vn może zostać krytycznie stłumiony przez sterownik PID, nastrojony jak poniżej:

gdzie e ~ 2,72 jest wartością podstawy logarytmu  naturalnego. Te parametry strojenia stworzą system zamkniętego obiegu, który szybko eliminuje błędy, ale bez cyklu przekompensowanego i niedokompensowanego, który w przeciwnym wypadku mógłby zostać wywołany przez czas jałowy.
Zauważmy, że powyższe analityczne zasady strojenia sugerują jeden współczynnik rozstrojenia 1/d dla wszystkich trzech parametrów PID. Użycie współczynnika 1/d2 do zredukowania stałej całkowania strojenia jest właściwie zbyt nadmierne.

Treść całego artykułu znajdą Państwo w Listopadowym numerze Control Engineering.  Zachęcamy do lektury.

Źródło: Control Engineering
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl