03 mehatronika upravljanje-sistemima

8/10/2019 03 Mehatronika Upravljanje-sistemima

1/25

1

Mehatronika

Upravljanje sistemima

Mehatronika


2/25

2

1) Sistemi upravljanja

2) Jednokonturni regulacioni sistem

3) Kaskadna regulacija

4) Osnovna svojstva kaskadne regulacije

Sadraj predavanja


3/25

3

ta je sistem?Sistem ima ulaze, izlaze i ogranienja.

U sistemima upravljanja je vaan odziv sistema na ulaze.

Sistemi upravljanja


4/25

4

Istorijski razvoj sistema automatskog upravljanja

1769 James Watt - regulator za reguliranje centrifugalne brzine. Laplace (1749-1827) i Fourier (1758-1830) - postavili vane matemati 1868 Maxwell - razvio diferencijalne jednaineza regulator, linearizira 1875 Hurwitz i 1905 Routh - stabilnost linearnih sistema upravljanja. 1893 Lyapunov - analiza stabilnosti nelinearnih sistema upravljanja.

Nyquist (1932), Bode (1945) i Nichols (u periodu od 1945 do 1960) op1948 (Evans) - postupak analize stabilnosti pomou geometrijskog me

Sistemi upravljanja


5/25

5

1949 (Wiener) uvodi koncept optimalnog upravljanja, 1957 Bellman r

Kalman 1960 uvodi LQ, a 1961 zajedno s Bucy-om uvodi LQG met 1971 Athans uvodi koncept robusnog upravljanja (HM), Grimble 198 Teoriju neuronskih mrea u sisteme automatskog upravljanja prvi uv

1965 Zadeh definieneizrazitu logiku.

1976 Mamdani razvija prvi neizraziti regulator, a kasnije slede radovi

Sistemi upravljanja


6/25

6

Sistemi upravljanja

Podela u odnosu na postojanje povratne veze:

Otvoreni sistemi upravljanja (bez povratne veze),

Zatvoreni sistemi upravljanja (sa povratnom vezom).

Podela u odnosu na linearnost regulatora (procesa):

Linearni sistemi,

Nelinearni sistemi.

Podela u odnosu na broj upravljakih kontura (petlji): Jednokonturni sistemi,

Viekonturni (kaskadna regulacija).

Podela u odnosu na broj ulaza, odnosno izlazaregulatora:

SISO (single input single output),

SIMO (single input multi output),

MIMO (multi input multi output),

MISO (multi input single output).


7/25

7

Sistemi upravljanja

Podela u odnosu na karakter upravljake varijable: Kontinuirani sistemi upravljanja,

Diskretni (digitalni) sistemi upravljanja.

Podela u odnosu na domen upravljanja:

Sistemi projektovani u vremenskoj domeni,

Sistemi projektovani u frekvencijskoj domeni.

Podela u odnosu na distribuiranost upravljanja:

Centralizirani sistemi upravljanja,

Distribuirani sistemi upravljanja.

Podela u odnosu na nain odupiranja delovanju smetnji: Adaptivni sistemi upravljanja,

Prediktivni sistemi upravljanja,

Robusni sistemi upravljanja,

Optimalni sistemi upravljanja, Inteligentni sistemi upravljanja.


8/25

8

Otvoreni sistemi upravljanja

Otvoreni sistemi upravljanja koriste se za jednostavne operacije.- Glavni problem otvorenog sistema upravljanja je osetljivost upravljane vPrimer: otvoreni sistem upravljanja temperaturom prostorije. Ako je plin

Sistemi upravljanja


9/25

9

Zatvoreni sistemi upravljanja (Feedback Control Systems)Kod regulacije temperature prostorije prvi zahtev je detekcija ili osea

Drugi zahtev se odnosi na upravljanje ili menjanje izlazne energije izDa bi se sistem mogao dizajnirati za regulaciju, mora imati minimalnoU direktnoj grani se nalazi regulator i proces, a u grani povratne veze

Sistemi upravljanja

Merena vrednost

Referentna

vrednost


10/25

10

Sistemi upravljanja

Zatvoreni sistemi upravljanja

Glavni princip u inenjeringu upravljanja. Tipino upravljanje zasnovano na modelu

Generiu seupravljaki signali nakon pojave greke.

Moe se kompenzirati uticaj svih smetnji, odnosno poremeajnih

veliina (negativna povratna veza). Smanjuju efekat promene parametara procesa (smanjena osetljivost na

promenu parametara).

Moe dovesti do pojave nestabilnosti ako sistem nije dobro projektovan(regulisana veliina moe oscilovati preko svih granica).

um merenja (sa senzora) moe dovesti do degradacije performansi.


11/25

11

Sistemi upravljanja

Zatvoreni sistemi upravljanja - primer sistema regulacije temperature

prostorije Fizika realizacija sistema regulacije temperature prostorije

Izlazni signali (temperatura) mere se termolankom ili otpornimtermometrom i usporeuje sa signalom eljene temperature.

Odstupanje temperature od eljene vrednosti znai da regulator treba

poslati signal ventilu za poveanje/smanjenje toka gasa. eljena temperatura se obino runo podeava pomou potenciometra.

Izmerena

temperatura

Spoljna

temperatura


12/25

12

Sistemi upravljanja

Sistem upravljanja sa regulatorom u direktnoj grani (Feedforward

Control Systems) pre sumatora Upravljaki signal se generiepre pojave greke.

Neophodno je paljivo dizajnirati referentne signale kako bi se uinilo daproces tano sledi referentni signal.

Kompenzira uticaj samo one smetnje u odnosu na koju se projektuje

upravljaki ureaj (regulator). Ako je upravljani objekat sam po sebi stabilan, ostaje stabilan i uz

delovanje ovakvog upravljanja.


13/25

13

Jednokonturni regulacioni sistem

Sistem sa jednom regulacionom petljom

Regulacija samo jedne promenljive - ukljuena samo jednapromenljiva u upravljaki algoritam.

Oteana regulacija - poveana mogunost oscilacija, pogotovo kadadeluju poremeaji.

Izraen problemodravanja stabilnosti.


14/25

14


Primer - PI regulacija nivoa tenostiu bazenu

Zadato: A=2m2, Rf=15 s/m2, H1=1 m/V, Kv=0.1 m3/sV, Ki=1Potrebno je: Nai Tii kada je frekvencija nepriguenih oscilacije n=0.1 rad

Popreni presekbazena A


15/25

15


Prenosna funkcija PI regulatora je:

Brzina protoka tenosti u bazen opisana je sledeim izrazom:

Dinamika bazena je opisana jednainom:

Linearizovani oblikom brzine isticanja tenosti iz bazena:


16/25

16


Izmerena vrednost nivoa tenosti u bazenu iznosi:

Iz gornjih jednaina se dobija:

Prenosna funkcija direktne grane sistema upravljanja glasi:


17/25

17

Jednokonturni regulacioni sistemBlok dijagram sistema upravljanja

Prenosna funkcija zatvorenog sistema:

Konvertor pritiska


18/25

18


Sreivanjem se dobija sledei izraz za prenosnu funkciju:

Ako se uzme da je H1=1 (tj. hm=h), sledi:

Budui da se radi o prenosnoj funkciji drugogreda, sledi da je:


19/25

19


Iz poslednjih izraza se dobija:

Zamenom dobijenih vrednosti u izraz za prenosnu funkciju dobija se:

Uzimajui u obzir da je amplituda 4m, sledi:


20/25

20


Prema tome odziv sistema na skokovitu pobudu u s-domenu glasi:

iz ega sledi:

Postupak prevoenja u vremensku domenu se odvija na sledei nain:


21/25

21


Grafiki prikaz odziva sistema na skokovitu pobudu:

Stvarna vrednost

Referenta vrednost

Vreme (s)

Nivo(m)

K k d l ij


22/25

22

Kaskadna regulacija

Sistem sa vie regulacijskih petlji.

Podreena (glavna) regulaciona kontura (petlja) unutranja reg.petlja (I).

Nadreena (pomona) regulaciona kontura (petlja) spoljna reg.petlja (II)

Ideja uvoenja kaskadne regulacije: prosmatrati proces kroz vieparcijalnih potprocesa.

K k d l ij


23/25

23

Kaskadna regulacija

Primersistem upravljanja dinamikim modelommobilnog robota

Dva regulacijska kruga:

Regulacija pozicije,

Regulacija brzine.

O j t k k d l ij


24/25

24

Prednosti: Uticaji smetnji koje deluju na unutranje regulacione konture

kompenziraju se u samim tim konturama i praktino su bez delovanjana nadreene konture; podreene konture su bre od nadreenih.

Svaka regulaciona veliina sistema (to je svaka veliina kojoj jepridruen vlastiti regulator) ograniava se na jednostavan nain

ugradnjom ograniavaa vodee (referentne) vrednosti regulisaneveliine; ovo je zatitno svojstvo.

Putanje u pogon i podeavanje parametara sistema obavlja sejednostavno, korak po korak, poev od unutranjih petlji premaspoljanim.

Delovanje nelinearnih i nestacionarnih lanova sistema znatno jeogranieno koritenjem kaskadne regulacije (unutarnja petlja sa

jedininom povratnom vezom uz regulator koji ima integralnukomponentu ima pojaanje jedan, bez obzira na to da li su neki

elementi konture nelinearni).

Osnovna svojstva kaskadne regulacije

O j t k k d l ij


25/25

25

Nedostaci: Za svaku regulisanu veliinu potreban je regulator sa pripadajuim

mernim lanom (vaan parametar je cena).

Brzina sledovanja (tanost sledovanja) opada sa brojem kaskada to jeposebno vano, na primer, za sledne sisteme (sistem ije je karakterulazne i izlazne veliine isti).

Osnovna svojstva kaskadne regulacije

03 mehatronika upravljanje-sistemima

Documents