Inst. for elektrofag og fornybar energi

Transkript

1 Inst. for elektrofag og fornybar energi Fag TELE2001 Reguleringsteknikk Løsningsforslag, Tank 4 øving 1 Utarbeidet av Erlend Melbye Revidert sist Fredrik Dessen Oppstart av Tank 4 Oppgave 1a Forklar kort hva verdiene Nominelt pådrag, Referanse, Pådrag og Prosessverdi (i ruten PID-regulator midt i de to figurene ovenfor) representerer. Hvilke verdier er stillbare i regulatormodus Auto? Hvilke er stillbare i Hand? Nominelt pådrag: Et konstant pådrag som stilles inn for hånd, og legges til regulatorens pådrag. Dette kan brukes til å motvirke stasjonære avvik. Referanse: Ønsket nivå i tanken Pådrag: Innstilling av væskestrøm inn i tanken. Styres av regulatoren. Prosessverdi: Faktisk væskenivå Oppgave 1b Forklar med noen få ord hva du tror de to modi, Auto og Hand, innebærer. Auto: En regulator brukes her til å regulere pådraget Hand: Manuell styring av pådraget 2. Nivåregulering med forskjellige verdier for referanse, forstyrrelse og nominelt pådrag Oppgave 2a Forsikre deg atter en gang om at regulatoren står i Auto, og om at Nominelt pådrag og Utventil står på 50. Referanse skal stilles (fra 50) til 25, deretter til 75 og så tilbake til 50. La systemet få tid til å stabilisere seg etter hver endring. Forklar kort hva som skjer. Hva blir det stasjonære avviket i hvert tilfelle? Prosessverdien går i en fin kurve til referansen ved alle referanseendringer og blir stasjonær. Det er ingen stasjonære avvik. Så lenge nominelt pådrag og utventil har samme verdi blir det ingen stasjonære avvik.

2 2 Tank 4 øving 1 Oppgave 2b Forsikre deg atter en gang om at regulatoren står i Auto, og om at Nominelt pådrag og Utventil står på 50. Referanse skal stilles tilbake til 50. Denne gangen skal Utventil stilles (fra 50) til 75, så til 50 og til slutt til 25. La systemet få tid til å stabilisere seg etter hver endring. Forklar kort hva som skjer. Hva blir det stasjonære avviket i hvert tilfelle? Både ved stillingen 25 og 75 på utventilen har man et stasjonært avvik på 25. Ved 50 er det ingen stasjonært avvik. Når utventil endres til noe annet enn nominelt pådrag vil man få et stasjonært avvik. Det du har gjort er å stille (manuelt) på en forstyrrelse som regulatoren ikke vet om. Oppgave 2c Forsikre deg atter en gang om at regulatoren står i Auto, og om at Nominelt pådrag og Utventil står på 50. Referanse skal stilles tilbake til 50. Denne gangen skal Nominelt pådrag stilles (fra 50) til 75, tilbake til 50 og så til 25. La systemet få tid til å stabilisere seg etter hver endring. Forklar kort hva som skjer. Hva blir det stasjonære avviket i hvert tilfelle? Hvis man ser på den grønne grafen (pådraget) kan man tydelig se at det nominelle pådraget øyeblikkelig endrer pådraget. Så tar regulatoren over og justerer inn pådraget til at nivået blir stabilt. Ved nominelt pådrag på 75 og 25 har vi et stasjonært avvik på 25. Ved 50 finnes ingen avvik. Vi ser igjen at det med denne typen regulator (proporsjonalregulator) er viktig å stille inn nominelt pådrag best mulig. 3. Nivåregulering med forskjellige verdier for K p Du skal nå undersøke stasjonært avvik i tanken med forskjellige verdier for P-forsterkinga, Kp. Utløpet skal være på 25%, mens nominelt pådrag og referanse skal settes til 50%. Pass også på at regulatoren står i Auto.

3 3 Tank 4 øving 1 Du skal nå stille inn regulatoren som en P-regulator med Kp =1 og med I-delen og D-delen utkoblet: PIDknappen på P(D) og Td = 0. Vent så til nivået i tanken har stabilisert seg. Oppgave 3a Hvor stort er det stasjonære nivået i tanken nå? Sett verdien inn i en tabell som nedenfor. Oppgave 3b Hvor stort er det stasjonære avviket nå? Sett verdien inn i tabellen. Oppgave 3c Du skal nå se på hvordan det går med nivået i tanken og det stasjonære avviket når du øker Kp gradvis. Fyll ut tabellen under. Dersom reguleringssløyfa blir ustabil noterer du det. Utventilen til tanken skal fortsatt være 25[%]. Kp Målt nivå [%] 75 62,5 58,3 56,3 Etter lang tid: 55 Ustabil Avvik [%] 25 12,5 8,3 6,3 5 Oppgave 3d Stemmer resultatene for stasjonært avvik med teorien om stasjonær forsterking i ventilen og i nivåmåleren begge er lik 1 og det nominelle pådraget, u0 er lik 50? u= Kp *e+u0 e = (u-u0)/kp u og u0 vil hele tiden ha samme verdier, hhv. 25 og 50. Utregnet får vi Kp = 1 => e = -25 Kp = 2 => e = -12,5 Kp = 3 => e = -8,33 Kp = 4 => e = -6,25 Kp = 5 => e = -5 Kp = 6 => e = -4,167 Resultatene stemmer ganske bra. Tips: Se på blokkskjemaet under og sett på alle de aktuelle verdiene:

4 4 Tank 4 øving 1 4. Innjustering av reguleringssløyfa basert på Ziegler-Nichols metode. Oppgave 4a Hvilke verdier får du for kritisk forsterkning og kritisk periodetid? Kritisk forsterkning, Kk = rundt 5.3 Kritisk periodetid, Tk =16.0 Oppgave 4b Kopier diagramvinduet over i Word-dokumentet. Husk på å notere tid pr. rute. Tid pr. rute er 5 sek Det er viktig å se på grafen, og forsikre seg om at ventilen ikke går i topp og/eller bunn. I så fall må man nok redusere forsterkningen. Oppgave 4c Regulatoren skal brukes som en PID-regulator. Finn fram til et forslag for P-forsterkinga, Kp integrasjonstida, Ti og derivasjonstida, Td basert på Ziegler og Nichols håndregler. Fra side 46 i boka, P-forsterkning Kp 0.65* Kk = 0.65*5.3 = 3.45 Integrasjonstida Ti 0.5* Tk =0.5*16 = 8 Derivasjonstid Td 0.12* Tk = 0.12*16 = 1.92 Tallet 0.65 vet jeg ikke hvor kommer fra. I andre lærebøker står det 0.6, og Z-N selv foreslår originalt «mellom 0.6 og 1». Dette er imidlertid ikke så viktig i dette tilfellet. Oppgave 4d Hvilken type innsvingningsforløp får du? Se side 26 i boka. Innsvingningsforløpet er av typen «minimum forstyrrelse». Innsvingning etter 2 halvperioder.

5 5 Tank 4 øving 1 Oppgave 4e Stopp plotteren i rett øyeblikk, zoom inn og kopier innsvingningsforløpet over i besvarelsen. Pass på å notere tid pr. rute i diagrammet. Tid per rute: 5s Oppgave 4f Hvor stort er det dynamiske avviket, og hvor lang tid tar det før nivået blir værende mellom ca. 59 og 61 uten å gå utafor igjen? Det tar ca. 27 sekunder før nivået har stabilisert seg mellom 59 og 61. Det dynamiske avviket er ca. 8 i amplitude. Oppgave 4g Kopier den beste etterjusteringa over i word-dokumentet og sett på dynamisk avvik og innstillingstid, pluss de nye verdiene for Kp, Ti og Td. Ved innstillingene Kp = 3.4, Ti = 11 og Td = 1.9 Dynamisk avvik er 6 Innsvingningstid ca. 20 sek 5. Autotuning. Oppgave 5a Stopp tegning av kurver med Kurvestopp. Se på diagrammet. Kopier diagrammet over i worddokumentet. Hva gjorde regulatoren mens autotuninga var aktivert? Regulatoren åpnet og lukket ventilen maksimalt med jevne mellomrom slik at den fikk stående svingninger. Med dette henter den ut Kk og Tk og regner ut innstillingsverdiene etter Ziegler Nichols metode, akkurat slik som det ble gjort manuelt i oppgave 4.

6 6 Tank 4 øving 1 Oppgave 5b Gå inn på P, I og D i regulatoren og finn verdiene på Kp, Ti og Td som ble resultatet av autotuninga. Resultatet fra autotuningen: Kp =3.42, Ti =8 og Td =1.92. Oppgave 5c Hvordan er verdiene fra autotuninga i forhold til verdiene du fant med Ziegler-Nichols metode? Avhengig av hvor nøyaktig man har vært vil resultatet bli relativt likt. Oppgave 5d Hvilken type innsvingningsforløp får du? Hvor stort er det dynamiske avviket og hvor lang tid tar det før nivået holder seg mellom 59 og 61 uten å gå utafor igjen? Se side 26 i boka. Innsvingningsforløpet er av typen «minimum forstyrrelse». Innsvingning etter 2 halvperioder. Oppgave 5e Zoom inn og kopier innsvingningsforløpet over i word-dokumentet. Oppgave 5f Sammenlikn innsvingningsforløpene med regulatorinnstillingene direkte fra Ziegler-Nichols metode og fra autotuninga. Hvilken av disse er best uten etterjustering? Begrunn svaret. Siden begge er basert på samme prinsipp vil de bli omtrent like gode.