Multivariabel regulering: Innregulering.

[V_B]

Hei.

 

Jeg jobber med en lab-oppgave med en 2x2 multivariabel regulator, og jeg har et spørsmål angående innreguleringen.

 

Skal regulere inn prosessen med aktive internkoblinger/krysskoblinger, eller skal man alltid sette forsterkningen i leddene til 0?

 

Når jeg innregulere uten går det strålende, men når jeg prøver med aktive internkoblinger så påvirker regulatorene hverandre for mye (pga pådrags bias).

 

Prosedyren sier også at man skal innregulere den "viktigste regulatoren" først. Er det rivende likegyldig hvilken man velger når man kun har en 2x2 multivariabel regulator?

 

På forhånd, takk

Endret 13. april 2011 av Vegpeg

[arne22]

Ganske interessant oppgave !

 

Er dette en oppgave der man bruker en virkelig prosess, eller dreier det seg mer om matematisk modellering ?

 

Det klassiske eksemplet med multivariabel regulering, det er jo samtidig trykk og nivå i en tank. Legger man til temperatur også, så har man jo trippel variabel regulering.

 

Vil tro at det som fungerer i forhold til den praktiske virkelighet er en oppkopling av regulatorene, der hver av prosessene kjører separat og uavhengig av hverandre, rent reguleringsmessig. De vil jo allikevel påvirke hverandre og "forstyrre" hverandre rent prosessteknisk/prosessdynamisk.

 

Vet ikke om jeg har noe "gyldig svar" men oppgaven høres i alle fall ganske interessant oppgave, som det skulle være interessant å vite noe mer om.

 

Et teknologiområde som jo ellers har "masser av" multivariabel regulering, det er jo autopilot og autotrottle på fly/helikopter.

[V_B]

Hei, og takk for interessen.

 

Jeg bruker simuleringsoppgaven som du finner her.

 

http://techteach.no/kybsim/multivar_regsyst/index.php

 

Der står alle instruksene for å laste den ned. Jeg har etter mye om, men og usikkerhet utført innreguleringen - som jeg ikke var helt fornøyd med. Men med kraftig "finjustering" ble det til brukende PID parameter. Jeg klarer dog ikke å stille inn Dekopleren, så jeg har ikke fullført den. Er interessen der, og om du får den til - så tar jeg i mot all hjelp

 

Edit: Glemte å linke parametere.

 

Med Z&N lukkede sløyfemetode fikk jeg følgende parametere. De fungerer fint uten krysskobling.

 

R1

Pledd = 3,9

 

Iledd = 0,5

 

Dledd = 0,11

 

R2

Pledd = 3,9

 

Iledd = 0,5

 

Dledd = 0,11

 

Med krysskobling var jeg nødt til å kjøre forsterkningen ned til 1,5 (veldig drastisk)

 

Transferfunksjonene som blir brukt er:

 

H11(s) = K11:1, T11:1 og tau11:0,2

H12(s) = K12:0,5 T12:1 og tau12:0,5

H21(s) = K21:0,5 T21:1 og tau21:0,5

H22(s) = K22:1, T22:1 og tau22:0,2

 

Jeg er kommet til oppgave 3c, der jeg har økt K21 og K12 til 0,8 - og da gikk alt galt. Jeg klarer ikke å få noe særlig fornuft ut av reguleringen, og når jeg prøver å finne nye parametere får jeg akkurat de samme som jeg hadde. Nå har jeg særdeles lite peiling på multivariabel regulering, så jeg står egentlig ganske "stuck"

Endret 19. april 2011 av Vegpeg

[arne22]

Er på ferie og har ingen bøker med meg, og har ikke sett på denne teorien på ganske lenge, men forsøker å tolke litt på sparket allikevel.

 

Denne figuren beskriver vel litt. (Fant den fra linken over.)

 

Altså litt fri tolkning på sparket:

 

Monn ikke dette er en teoretisk beskrivelse av en klassisk multivariabel prosess, for eksempel samtidig regulering av trykk og nivå i en tank. Når nivået stiger, så virker dette også inn som en forstyrrelse på trykkreguleringsfunksjonen, slik at den ene reguleringsfunksjonen virker inn på den annen.

 

Går ut fra at det finnes to like regulatorer i systemet, hvorav bare en er tegnet inn. (En oppe og en nede.)

 

H11 er for eksempel nivåprosessen. H22 er for eksempel trykkprossen. H12 er hvordan trykkprosessen påvirker nivåprosessen. H21 er hvordan nivåprosessen påvirker trykkprosessen.

 

D1 og D2 er åpenbart for å motvirke H12 og H21. (Altså oppgaven er å la D1 og D2 motvirke den påvirkningen som de to prosessvariablene har på hverandre.

 

Bøkene mine står noen kilometer fra her, men monn om dette kan stemme sånn noenlunde ?

 

På praktisk øyemål og uten noen teori, så ser D og I verdiene ut til å være litt problemetaiske for å oppnå en god og stabil regulering.

 

D verdier på 0,1 sekund (for det er sekunder som er enheten ?) det skulle i de fleste praktiske tilfeller kanskje gi en ustabil drift (??!) Hva med i første omgang å sette D verdien til 0 og så i første omgang å kjøre det hele som PI regulering. (Og så eventuelt legge til D verdiene senere.)

 

I verdi på 0,5 (Sekund !?) det høres da ut som en alt for kraftig "innvirkning" av I leddet, hvilket også kan lede til ustabilitet. For å redusere innvirkningen av I leddet så settes dette for eksempel til fra 5 sekunder til 30 sekunder. (Kanskje forsøke førsøke med 20 sekund ?)

 

Hvis forsterkningen settes til 4-10 og I tiden til 20 sekunder og D leddet til 0, monn hvordan dette kjører.

 

Ziegler Nichols 1. og 2. reglel er vel eller nos som skjelden viser seg å stemme noe særlig bra med den praktiske virkelighet. Vet ikke hvorfor disse reglene er referert til i stort sett alle lærebøker.

 

Estimatene er ellers ikke ut i fra teorien, men heller ut i fra et praktisk estimat for trykk/nivåregulering av en "passe liten tank". Monterte opp en slik rett før påske, men det var kun en enkeltsløyfe regulering. Tror jeg satte satte forsterkningen til 10 ganger, og I tiden til 30 sekunder (eller var det 20 ?) og D tiden til 0.

 

Har Finn Haugen sine bøker i bokhyllen og vil forsøke å dra dem frem etter påsken. Hva slags utdanning er det snakk om ? Ingeniør ?

 

Forresten .. Hvis noe av dette skal fungere så må jo prosessen ligne litt på "en liten tank", eller så vil det vel ikke funke i det hele tatt.

 

Finnes det ellers noe mer utdypende oppgavetekst ?

[V_B]

Hei.

 

Sitter på jobb nå og har dessverre ikke med minnepennen, så skal prøve å svare av beste evne.

 

Du traff ganske godt på transferfunksjonene.

 

H11 = Trykkreguleringen.

H12 = Nivåreguleringen som påvirker trykkreguleringen. (Internkopling)

H21 = Trykkreguleringen som påvirker nivåreguleringen. (Internkopling)

H22 = Nivåreguleringen.

 

D1 = Dekopling - Motvirker nivåreguleringens påvirkning av trykkreguleringen.

D2 = Dekopling - Motvirker trykkreguleringens påvirkning av nivåreguleringen.

 

Problemet med denne oppgaven er at prosessen er veldig følsom. Setter vi I-leddet til 20, så oppnår jeg bare en oscillerende prosess. Det er ikke uproblematisk å kjøre prosessen uten D-leddet, men det forbedrer stabiliteten når internkoblingene er i bruk. Det gir et mye lavere sprang i den andre prosessen ved forandring.

 

Jeg er helt enig i at Z&N kanskje er en innreguleringsmetode som egenlig kan skape mye fortvilelse og missforståelser. Jeg bruker den egentlig kun som et verktøy til å få nogenlunde parametere, for så å finjustere (i enkelte tilfeller ganske drastisk). Jeg er dog mer fan av Åstrøm Heggelund metoden, men den gav i dette tilfelle like parametere som Ziegler og Nichols.

 

Dette er faktisk en lab oppgave som er lagd av Finn Haugen. Jeg bruker boken "Praktisk reguleringsteknikk" (om jeg ikke husker feil). Jeg studerer på Teknisk fagskole, Automasjon - men tror pensum er nogenlunde det samme.

 

Kopierer inn hele oppgaven:

 

Beskrivelse av det simulerte system

 

I denne simulatoren simuleres et 2x2-multivariabelt system med en modell som består av 4 transferfunksjoner i hver av de 4 koplingene mellom de 2 pådragene og de 2 utgangene. Hver av transferfunksjonene er på formen "1. ordens system i serie med en tidsforsinkelse", slik:

 

yi(s)/uj(s) = Hij(s) = Kij(e-tijs)/[(Tijs + 1)]

 

 

Mål

 

Målene med denne simulatoren er å få en forståelse av dynamikken i en multivariabel prosess, å få erfaring med regulatorinnstilling, og å observere fordelene med å bruke dekopling.

 

Motivasjon

 

Multivariable prosesser kan være vanskelige å regulere på grunn av krysskoplinger i prosessen, som medfører at reguleringssløyfene innvirker på hverandre. En bør da følge bestemte prosedyrer for PID-regulatorinnstillingen. Bruk av en dekopler mellom PID-regulatorene og prosessen kan gi bedre regulering. Lineære dekoplere er tilgjenglige i enkelte kommersielle styringssystemer

 

Oppgaver

Valg av prosess:

Velg selv transferfunksjonene, men sørg for at prosessen er uten krysskoplinger. Du kan f.eks. sette de forsterkningene som ikke skasl være null, lik 1, og la tidskonstatene være 1 og tidsforsinkelsene være 0,5.

Verifiser prosessdynamikken (uttrykt ved de enkelte transferfunksjonene) ved å kjøre noen enkle sprangresponstester (med regualtorene i manuell modus). Påvis at det ikke er krysskoplinger i prosessen.

 

 

Regulering av prosess uten krysskoplinger:

Still inn PID-regulatorene.

Påvis ved simulering at det ikke er kopling mellom reguleringssløyfene.

 

 

Enkeltsløyferegulering av prosess med krysskoplinger:

Sørg for at prosessen har krysskoplinger (i begge retninger). Velg f.eks. K12 = K21 = 0,5, og la tidsforsinkelsene være 0,5 og tidskonstantene 1. Verifiser med simulering av det er krysskoplinger i prosessen.

Behold PID-parameterverdiene fra oppgave 1.

Påvis ved simulering at det er kopling mellom reguleringssløyfene.

Hva skjer med reguleringssystemets stabilitet dersom krysskoplingene blir sterkere (du kan øke forsterkningen i de aktuelle transferfunksjonene)? Juster PID-parametrene slik at stabiliteten igjen blir akseptabel.

Still inn PID-regulatorene ihht. følgende prosedyre:

(1) Still inn regulatorene etter tur med regulatorene i de andre sløyfene i manuell modus. (2): Lukk alle reguleringssløyfene (regulatorene settes i auto). (3) Hvis det er stabilitetproblemer: Reduser forsterkningene og/eller øk integraltidene i de minst viktige sløyfene.

 

 

 

Regulering basert på dekopling:

Behold prosessparameterverdiene fra deloppgave 3.

 

Finn en dekopler for prosessen. Påvis med simulering at dekoplingen virker (kjør sprangresponstester på prosessen, med regulatorene i manuell modus).

Still inn PID-regulatorene for prosess med dekopler. Påvis med simulering av reguleringssløyfene er dekoplet. (Obs: Kanskje du observerer stasjonært reguleringsavvik selv om det er integralvirkning i regulatoren. Avviket skyldes da sannsynligvis at pådraget er i metning i et forsøk på å kompensere for forstyrrelsen som krysskoplingen utgjør.)