Løsningsforslag til sluttprøven i emne IA3112 Automatiseringsteknikk

Like dokumenter
Løsningsforslag til sluttprøven i emne EK3114 Automatisering og vannkraftregulering

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk

Løsning til sluttprøve i IA3112 Automatiseringsteknikk ved Høgskolen i Telemark

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk ved Høgskolen i Sørøst- Norge

Løsning til sluttprøve i EK3114 Automatisering og vannkraftregulering ved Høgskolen i Telemark

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk ved Høgskolen i Sørøst- Norge

SLUTTPRØVE. Høgskolen i Telemark. EMNE: IA3112 Automatiseringsteknikk. EMNEANSVARLIG: Finn Aakre Haugen (tlf ). TID: 5 timer

Reguleringsstrukturer

Løsning til eksamen i EK3114 Automatisering og vannkraftregulering ved Høgskolen i Sørøst-Norge

SLUTTPRØVE. EMNEANSVARLIG: Finn Aakre Haugen. Tlf Epost: Antall sider: 14 (medregnet denne forsiden)

Finn Haugen. Oppgaver i reguleringsteknikk 1. Nevn 5 variable som du vet eller antar kan være gjenstand for regulering i industrianlegg.

EKSAMENSOPPGAVE. Høgskolen i Telemark. EMNE: IA3112 Automatiseringsteknikk. EMNEANSVARLIG: Finn Haugen (tlf ). EKSAMENSTID: 5 timer

EMAR2101 Reguleringssystemer 1: Øving 3

Løsning til eksamen i EK3112 Automatiseringsteknikk for elkraft

Reguleringsteknikk. Finn Aakre Haugen. 16. juni 2014

SLUTTPRØVE. Høgskolen i Telemark. EMNE: EK3114 Automatisering og vannkraftregulering. EMNEANSVARLIG: Finn Aakre Haugen (tlf ).

Foroverkopling. Kapittel Innledning

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

EMAR2101 Reguleringssystemer 1: Løsning til øving 3

Spørretime / Oppsummering

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

SLUTTPRØVE. EMNEANSVARLIG: Finn Aakre Haugen. Tlf Epost: Antall sider: 15 (medregnet denne forsiden)

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

Artikkelserien Reguleringsteknikk

Eksperimentell innstilling av PID-regulator

Formelliste til boken Reguleringsteknikk

Slik skal du tune dine PID-regulatorer

EKSAMENSOPPGAVE. Høgskolen i Telemark. EMNE: EK3112 Automatiseringsteknikk for elkraft. EMNEANSVARLIG: Finn Haugen (tlf ).

48 Praktisk reguleringsteknikk

Modellbasert regulering: Foroverkopling

1 Tidsdiskret PID-regulering

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

So303e Kyb 2: Løsning til øving 11

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Inst. for elektrofag og fornybar energi

Løsningforslag til eksamen i emnet MAS107 Reguleringsteknikk holdt torsdag 31. mai 2007

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Eksperimentell innstilling av PID-regulator

Øving 6, løsningsforslag

Finn Haugen. Reguleringsteknikk. 100 NOK techteach.no/shop. TechTeach. techteach.no

NB! Vedlegg 2 skal benyttes i forbindelse med oppgave 3a), og vedlegges besvarelsen.

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Utledning av Skogestads PID-regler

EDT211T-A Reguleringsteknikk PC øving 5: Løsningsforslag

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Kybernetikk DATO: OPPG. NR.: R134 TEMPERATURREGULERING

Tips! OMRON ELECTRONICS NORWAY AS

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG

Reguleringsteknikken kan ha stor (ofte avgjørende) betydning for blant annet følgende forhold:

SLUTTPRØVE (Teller 60% av sluttkarakteren)

Simuleringsnotat. Prosjekt i emnet «Styresystemer og reguleringsteknikk» Gruppe 6. av Stian Venseth og Kim Joar Øverås

Eksamensoppgave i TELE2001 Reguleringsteknikk

Høgskoleni østfold EKSAMEN. Emnekode: Emne: ITD30005 Industriell IT. Dato: Eksamenstid: kl til kl. 1300

Sammenlikningav simuleringsverktøyfor reguleringsteknikk

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Dynamiske systemer DATO: OPPG.NR.: DS3 MOTOR GENERATOROPPGAVE I

Høgskolen i Østfold Avdeling for informasjonsteknologi. Fag ITD Industriell IT. Laboppgave 2. Del 1. Temperatur-regulering

Inst. for elektrofag og fornybar energi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG

SIMULERINGSNOTAT. Prosjekt i emnet «Styresystemer og reguleringsteknikk» Gruppe 01. Laget av Torbjørn Morken Øyvind Eklo

Program for elektro- og datateknikk

Løsning til eksamen i EE4107 Kybernetikk- videregående

Kapittel 6 Stabilitetsanalyse Oppgave 6.1 Stabilitetsegenskap for transferfunksjoner

Reguleringsutstyr. Kapittel Prosessregulatorer

NTNU Fakultet for teknologi

Control Engineering. State-space Models. Hans-Petter Halvorsen

Program for elektro- og datateknikk

Tilstandsrommodeller. Hans- Pe1er Halvorsen, M.Sc.

Motor - generatoroppgave II

Del 1. Skisse av reguleringsteknisk system

10.1 Oppgaver til kapittel 1

Del 1. Linearisering av dynamisk modell

Inst. for elektrofag og fornybar energi

Systemidentifikasjon Oppgaver

Regulatoren. Gjennomgang av regulatorens parameter og konfigurasjon

Eksamen i SEKY3322 Kybernetikk 3

SAMMENDRAG (MARKUS) Regulatorparametre: Kp= 8 Ti= 13 KpFF= 0.19 TdFF= 5.14

EKSAMEN. Ta med utregninger i besvarelsen for å vise hvordan du har kommet fram til svaret.

1.2 Programvare for analyse og design av reguleringsystemer. Fagmiljøerpåweb

Rambøll Norge AS STATENS VEGVESEN SNØSMELTEANLEGG HOLDEPLASS PRINSEN KINO FUNKSJONSBESKRIVELSE

a) The loop transfer function with the process model with a P controller is given by h 0 (s) = h c (s)h p (s) = K p (1 + s)(2 + s) K p

ù [rad/sek] h O [db] o o o o o o o o o o o

AVDELING FOR INGENIØRUTDANNING EKSAMENSOPPGAVE

Systemidentifikasjon Oppgaver

Emnenavn: Industriell IT. Eksamenstid: 4 timer. Faglærer: Robert Roppestad

Forord. Theo A. Olsen Safin Menmi Daniel M. Coll. Fredrikstad, Norge, juni HiØ H12E01

Tilstandsestimering Oppgaver

GRUPPE 1 Beskrivelse av siloanlegget Anlegget består av en silo som kan skal påfylles med tørrstoff. Siloen har en sylinderpåvirket ventil som styrer

Simuleringsalgoritmer

Løsningsforslag øving 8

Løsningsforslag nr.4 - GEF2200

2 dagers dop samling, Ålesund 3 4 desember 2014.

Løsningsforslag til eksamen i TELE 2008A Styresystemer og reguleringsteknikk 26/ s.1 av 16

Del 1. Standard overføringsfunksjoner (25%)

Tilstandsestimering Oppgaver

DET TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET Institutt for data- og elektroteknikk. Løsningsforslag Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon (10 sp)

Transkript:

Høgskolen i Telemark. Emneansvarlig: Finn Aakre Haugen (finn.haugen@hit.no). Løsningsforslag til sluttprøven i emne IA3 Automatiseringsteknikk Sluttprøvens dato: 5. desember 04. Varighet 5 timer. Vekt i sluttkarakteren: 00%. Hjelpemidler: Ingen.. (5%) Figur viser turtallsreguleringssystemet. Effektforsyning (nettspenningen) Motorspenning Turtallssettpunkt Regulator Styresignal Effekt - forsterker Tachometer Motor Lastmoment (forstyrrelse) Målespenning Aktuator Prosess Turtall Sensor Figur : Turtallsreguleringssystem for motor. (0%) Se figur. Bokstaven C er benyttet for konsentrasjon. 3. (5%) Nullpunkt: 5 o C. Måleomfang: 45 o C 5 o C=30K. Nedre prosessverdi: 5 o C,mensvaret 00 o C aksepteres også, jf. fotnote. Øvre prosessverdi: 45 o C,mensvaret500 o C aksepteres også, jf. fotnote. 4. (5%) Ventilen skal kunne levere = 5L/min+50%av5L/min =,5 L/min. Olje har relativ tetthet ca. 0,85. Vi tar utgangspunkt i ventillikningen oppgitt i oppgavens vedlegg: = r () Oppgaven er identisk med oppgave 4.0 i læreboka. Men dessverre er det en feil i løsningen på oppgaven i læreboka. 00 o C er der angitt som nedre prosessverdi, og 500 o C er angitt som øvre prosessverdi. Riktige svar er hhv. 5 o Cog45 o C. Pga. feilene i læreboka godtas både 00 o Cog5 o C som nedre prosessverdi og både 500 o Cog45 o C som øvre prosessverdi som svar i sluttprøven.

V- PC Gass PT LT Føde V- T- Damp Produkt CT CC LC V-3 Figur : Teknisk flytskjema for fordamperen Løsning mht. ventilkonstanten gir = q = 5 [L/min] q 0 5 bar 0 85 = 5 [0 00 m3 /(h/60)] q 0 5 bar 0 85 () = 76 m 3 /h (3) 5. (5%) Figur 3 viser et teknisk flytskjema av en temperaturregulert varmeveksler der en kald prosesstrøm varmes opp vha. varmtvann. Reguleringssrukturen er kaskaderegulering der primærsløyfen er en temperaturreguleringssløyfe for temperaturen av prosesstrømmen ut av varmeveksleren. Sekundærsløyfen er en strømningsreguleringssløyfe for for varmtvannsstrømmen som kompenserer for variasjoner i trykket som driver varmtvannsstrømmen, slik at denne strømmen varierer lite, hvilket

TT T p F v FT 3 u FC 4 TC T p, SP P s Figur 3: Kaskadereguleringssystem for varmeveksler bidrar til at temperaturen ut av varmeveksleren varierer lite (fra sitt settpunkt). 6. (5%) Figur 4 viser strukturen av et reguleringssystem med foroverkopling og tilbakekopling. Foroverkoplingen utgjør en Regulator y SP e Tilbakekopling PIDregulator u t F f u f Sensor for forstyrrelsen d m Sensor Teknisk kopling u d Prosess m/aktuator Forstyrrelse Naturlig kopling y Filter Sensor Foroverkoplingsfunksjon Figur 4: Reguleringssystem med foroverkopling og tilbakekopling. (teknisk) kopling fra en måling av forstyrrelsen som motvirker den naturlige koplingen fra forstyrrelsen til prosessutgangen slik at nettovirkningen som forstyrrelsen har på prosessutgangen, blir null (ideelt sett). Foroverkoplingen implementerer også en direkte kopling fra settpunktet til pådraget, hvilket gir presis settpunktsfølging. Pga. 3

uunngåelig modellunøyaktighet (eller modellfeil) kan foroverkoplingen i praksis ikke beregne det perfekte pådraget, hvilket medfører at det oppstår et reguleringsavvik. Tilbakekoplingen vil justere pådraget på basis av dette avviket og dermed kunne redusere avviket, og gi null avvik under statiske forhold. 7. (5%) Se figur 5. Sprang: Sprangrespons: U u(t) System 00% 63% y mf (t) KU 0 0 t Tidskonstant med tidsforsinkelse 0% 0 T Tidsforsinkelse Tidskonstant t Figur 5: Prinsipiell sprangrespons for prosess med tidskonstant med tidsforsinkelse -dynamikk med angivelse av, og. 8. (5%) Fra vedlegg A i eksamensoppgaven: Tidsdiskret PI-regulatorfunksjon: ( )= man + ( )+ ( ) (4) der P-leddet er ( )= ( ) (5) og I-leddet er ( )= ( )+ ( ) (6) gitt ved (6) inngår som et additivt ledd i det totale pådraget som er gitt ved (4). Anta at, og er positive. Anta at reguleringsavviket til å begynne med er forskjellig fra null, la oss si positiv. Fra (6) ser vi at dette medfører at øker fra ett tidsskritt til det neste. Når øker, vil også det totale pådraget øke. Pådragsøkningen medfører at prosessmålingen øker og dermed avtar reguleringsavviket. Pådragsøkningen vil foregå helt til avviket er blitt null, mao. helt til ernulli(6). Kort sagt: Integralleddet endrer pådraget helt til avviket er blitt null (stasjonært). 4

9. (5%) PI-regulatoren stilles inn under antakelse av at prosessdynamikken er integrator med tidsforsinkelse. Tidsforsinkelsen er =min. Integralforsterkningen blir Skogestads formler gir = 0 % min 0 % =0 5 min (7) = = 0 5 min = (8) min =4 =4 min =4min (9) 0. (5%) I Ziegler-Nichols svingemetode stilles en P-regulator inn slik: =0 5 (0) der er kritisk forsterkning, som er den verdien av som gjør at reguleringssystemet blir marginalt stabilt. Forsterkningmarginen er den faktoren,,som multipliseres med for å gi marginal stabilitet. Dette gir GM = = = 0 5 = (). (5%) Vi kan ta utgangspunkt i følgende Skogestad-formler: = () =4 (3) der er prosessens tidsforsinkelse. Fra formlene ser vi at en økning av med en faktor på 3, tilsier at skal reduseres med en faktor på 3: = 5 =0 5 (4) 3 og at skal økes med en faktor på 3: =3 8 min =4min (5) Med den opprinnelige PI-innstillingen ville reguleringssystemets stabilitet blir forverret pga. økningen av tidsforsinkelsen, og i verste fall hadde reguleringssystemet blitt ustabilt. 5

. (5%) Vi kan finne ny PI-innstilling vha. repetert Ziegler-Nichols metode der 0 =og 0 =min. Forbedret PI-innstilling blir =0 45 0 =0 45 =0 9 (6) = min = =0min (7) (Den opprinnelige -verdien på 6 min brukes ikke i beregningen av de nye parameterverdiene.) 3. (5%) Filterformlene er ( )=( ) ( )+ ( ) (8) = (9) + Fra (8) ser vi at støy i målesignalet blir vektlagt mindre dersom reduseres, hvilket kan oppnås ved å øke. 4. (5%) Figur 6 viser et teknisk flytskjema for et forholdsreguleringssystem i to versjoner (begge versjonene aksepteres som korrekt svar). Reguleringssystemet får strømmen til å følge F SP F SP FT FC FT FC F F Wild stream F Prosess Wild stream F Prosess FT3 u FC4 KF = F SP FT3 u FFC 4 K FFC = Flow Fraction Controller MULT Målt F K (spesifisert) Forholdsregulator Forenklet, men ekvivalent flytskjema Figur 6: Forholdsregulering settpunktet = der er målingen av strømmen og er et spesifisert forholdstall. 6

5. (0%) Prinsippet for PID-regulering med gain scheduling er at PID-innstillingen justeres (automatisk) som en funksjon av en prosessmåling, kalt GS-variabelen, som antas å representere prosessens dynamiske egenskaper til enhver tid, se figur 7. Blokken PID-parametre Justering av PIDparametre GS-variabel Settpunkt PIDregulator Prosess med varierende dynamiske egenskaper Filter Sensor Figur 7: Justering av PID-parametre i figuren kan utføre interpolering i en tabell som inneholder et sett av brukbare PID-parameterverdier for forskjellige verdier av GS-variabelen. Disse PID-parametrene vil være funnet med en eller annen egnet PID-innstillingsmetode, f.eks. Skogestads metode, eller med en auto-tuner. Et eksempel på en anvendelse er temperaturregulering av en væsketank der væskestrømmen gjennom tanken varierer, se figur 8. Det kan vises at når væskestrømmen varierer, endres prosessens dynamiske egenskaper, f.eks. prosessforsterkningen. Målt væskestrøm kan derfor brukes som GS-variabel for justering av temperaturregulatorens innstilling. 6. (5%) Se figur 9. 7

Figur 8: 8

Figur 9: SFC 9