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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA DIPARTIMENTO DI INFORMATICA E SISTEMISTICA REGOLATORI P I D PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA ALESSANDRO DE CARLI ANNO.

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA DIPARTIMENTO DI INFORMATICA E SISTEMISTICA REGOLATORI P I D PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA ALESSANDRO DE CARLI ANNO ACCADEMICO

2 AUTOTUNING2 AUTOMAZIONE 1 MOTIVAZIONI DELLA PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA MOLTO SPESSO LA PREDISPOSIZIONE DEI PARAMETRI DI UN REGO- LATORE (TUNING) NON VIENE ESEGUITA CORRETTAMENTE. LA PROCEDURA PUÒ RICHIEDERE MOLTI TENTATIVI CHE DEVONO ES- SERE POI VERIFICATI CON UN NOTEVOLE DISPENDIO DI TEMPO. IL TUNING DI UN REGOLATORE NON VA EFFETTUATO SOLO AL MO- MENTO DELLA SUA ISTALLAZIONE MA DEVE ESSERE RIPETUTO QUANDO: VIENE MODIFICATO IL PUNTO DI LAVORO CON CONSEGUENTE VARIA- ZIONE DEL GUADAGNO E/O DELLA DINAMICA DELLATTUATORE O DEL SISTEMA DA CONTROLLARE. SI VERIFICANO VARIAZIONI DELLE MODALITÀ OPERATIVE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE IN GRADO DI ALTERARNE IL COMPORTAMENTO STATICO E/O DINAMICO. AGISCONO DISTURBI ESTERNI IN GRADO DI ALTERARE LE CARATTERI- STICHE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE. SI RISCONTRANO CAMBIAMENTI DEL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE DOVUTI PER ESEMPIO AD INVECCHIAMENTO. AUTOTUNING

3 CAMPO DI APPLICAZIONE3 SCONOSCIUTO AUTO-TUNING COMPORTAMENTO DINAMICO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE IMPREVEDIBILE LENTAMENTE VARIABILE IMPREVEDIBILE LENTAMENTE VARIABILE AUTO-TUNING VARIAZIONE PROGRAMMATA DEI PARAMETRI CONTROLLO ADATTATIVO 70% 25% CONTROLLO DI TEMPERATURA CONTROLLO DI PORTATA CONTROLLO DI PRESSIONE CONDIZIONI OPERATIVE VARIABILI RITARDI DI TEMPO VARIABILI CONOSCIUTO E COSTANTE SCONOSCIUTO E COSTANTE ATTENZIONE: LE PROCEDURE DI AUTOTUNING NON SOSTITUISCONO LA NECESSITÀ DI ACQUISIRE UNA ADEGUATA CONOSCENZA DEL SISTEMA DA CONTROLLARE E DELLE CONDIZIONI OPERATIVE RICHIESTE DAL SISTEMA CONTROLLATO MODALITÀ DI CONTROLLO 5% VARIAZIONE PROGRAMMATA DEL GUADAGNO AUTOMAZIONE 1

4 AUTOTUNING4 PROCEDURA MANUALE DI TUNING 1 VIENE COLLEGATO AL SISTEMA DA CONTROLLARE UN REGOLATORE PID DI TIPO PARALLELO E VIENE ATTIVATO IL SISTEMA CONTROLLATO 2 VIENE PORTATO AL MASSIMO IL VALORE DEL TEMPO DI AZIONE INTEGRALE T I E AL MINIMO IL VALORE DEL TEMPO DI AZIONE DERIVATIVA T D 3 IL SISTEMA CONTROLLATO VIENE SOLLECITATO CON VARIAZIONI DI TIPO A GRADINO DELLA VARIABILE DI RIFERIMENTO 4 PARTENDO DAL VALORE MINIMO, IL GUADAGNO VIENE AUMENTATO FINO A QUANDO LA VARIABILE CONTROLLATA NON PRESENTA UNA PSEUDO OSCILLAZIONE COMPLETA 5 VIENE MISURATO IL PERIODO DELLA PSEUDO OSCILLAZIONE 6 IN FUNZIONE DELLA DURATA DI TALE PERIODO VENGONO DETERMINATI I VALORI T I E DI T D UTILIZZANDO REGOLE EMPIRICHE AUTOMAZIONE 1

5 AUTOTUNING5 UN ESEMPIO DI AUTOTUNING TRANSITORIO DI PROVA tempo (sec) K p =.1 K p = 1.4 T* = 3.3 sec T I =.5 * T* = 1.65 secT D =.12 * T* =.4 sec AUTOMAZIONE 1

6 AUTOTUNING6 PROCEDURA MANUALE DI TUNING 7 VENGONO ASSEGNATI I VALORI DI T I E DI T D PRECEDENTEMENTE DETERMINATI 8 VIENE AUMENTATO GRADUALMENTE IL VALORE DEL GUADAGNO FINO AL RAGGIUNGIMENTO DEL VALORE DELLA SOVRA ELONGAZIONE TOLLERATO 9 IN MOLTE APPLICAZIONI È RICHIESTO CHE IL VALORE MASSIMO DELLA SOVRA OSCILLAZIONE NON SUPERIORI IL VALORE DELLA VARIABILE CONTROLLATA NEL FUNZIONAMENTO A REGIME PERMANENTE PER VARIABILE DI FORZAMENTO DI TIPO A GRADINO AUTOMAZIONE 1

7 AUTOTUNING7 UN ESEMPIO DI AUTOTUNING TRANSITORIO DI PROVA tempo (sec) K p =.1 K p = 1.4 T* = 3.3 sec tempo (sec) 0189 AUTOTUNING T I =.5 * T* = 1.65 secT D =.12 * T* =.4 sec T I = 1.65 sec T D =.4 sec K p = 1.5 K p = 2.3 AUTOMAZIONE 1

8 AUTOTUNING8 PROCEDURA MANUALE DI TUNING 1 VIENE COLLEGATO AL SISTEMA DA CONTROLLARE UN REGOLATORE PID DI TIPO PARALLELO E VIENE ATTIVATO IL SISTEMA CONTROLLATO 2 VIENE PORTATO AL MASSIMO IL VALORE DEL TEMPO DI AZIONE INTEGRALE T I E AL MINIMO IL VALORE DEL TEMPO DI AZIONE DERIVATIVA T D 3 IL SISTEMA CONTROLLATO VIENE SOLLECITATO CON VARIAZIONI DI TIPO A GRADINO DELLA VARIABILE DI RIFERIMENTO 4 PARTENDO DAL VALORE MINIMO, IL GUADAGNO VIENE AUMENTATO FINO A QUANDO LA VARIABILE CONTROLLATA NON PRESENTA UN SOVRA OSCILLAZIONE DI LIMITATA ENTITÀ AUTOMAZIONE 1

9 AUTOTUNING9 PROCEDURA MANUALE DI TUNING 5 VIENE DIMINUITO IL TEMPO DI AZIONE INTEGRALE FINO A QUANDO LA VARIABILE CONTROLLATA NON PRESENTA UN SOVRA OSCILLAZIONE DI LIMITATA ENTITÀ 6 VIENE STIMATA LA BANDA PASSANTE EVENTUALMENTE COME 4 VOLTE IL TEMPO DI SALITA DELLA RISPOSTA GRADINO DELLA VARIABILE CONTROLLATA 7IN FUNZIONE DELLA PULSAZIONE CORRISPONDENTE ALLA BANDA PASSANTE VIENE CALCOLATO IL TEMPO DI AZIONE INTEGRALE E IL TEMPO DELLAZIONE DERIVATIVA IN PARTICOLARE SI PONE T I = 2/ E T D =.25 *T I 8SE IL VALORE DELLA SOVRAELENGAZIONE RISULTASSE ECCES- SIVO VIENE ATTRIBUITA ALLA BANDA PASSANTE UN VALORE INFERIORE E VENGONO AGGIORNATI I VALORI DI T I E DI T D AUTOMAZIONE 1

10 AUTOTUNING tempo (sec) 0 RIFERIMENTO / USCITA tempo (sec) 0 RIFERIMENTO / FORZAMENTO DISTURBO / USCITA tempo (sec) 0 banda passante (rad/sec) PREDISPOSIZIONE DELLAZIONE PROPORZIONALE ANDAMENTO DELLA FASE (rad/sec) modulo (dB) DIAGRAMMA DI BODE AUTOMAZIONE 1

11 AUTOTUNING tempo (sec) 0 RIFERIMENTO / USCITA tempo (sec) 0 RIFERIMENTO / FORZAMENTO DISTURBO / USCITA tempo (sec) (rad/sec) modulo (dB) banda passante (rad/sec) DIAGRAMMA DI BODE PREDISPOSIZIONE DELLAZIONE INTREGRALE ANDAMENTO DELLA FASE AUTOMAZIONE 1

12 AUTOTUNING tempo (sec) 0 RIFERIMENTO / USCITA tempo (sec) 0 RIFERIMENTO / FORZAMENTO DISTURBO / USCITA tempo (sec) (rad/sec) modulo (dB) banda passante (rad/sec) DIAGRAMMA DI BODE PREDISPOSIZIONE DELLAZIONE P I D ANDAMENTO DELLA FASE AUTOMAZIONE 1

13 AUTOTUNING13 PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA PROCEDURA PER LA DETERMINAZIONE DEL VALORE DEI PARAMETRI DI UN REGOLATORE DI TIPO CONTINUO SENZA LINTERVENTO DELLOPERATORE VIENE APPLICATA QUANDO: NON SI CONOSCE IL MODELLO E/O IL VALORE DEI PARAMETRI VARIAZIONI DELLE CONDIZIONE OPERATIVE CHE RICHIEDONO UN AGGIUSTAMENTO DEL VALORE DEI PARAMETRI VIENE RESA OPERATIVA: A SEGUITO DI UN COMANDO DI ATTIVAZIONE AUTOTUNING QUANDO LE PROCEDURE DI DIAGNOSTICA INDIVIDUANO UNA VARIAZIONE DI COMPORTAMENTO DEL SISTEMA CONTROLLATO SELFTUNING AUTOMAZIONE 1

14 AUTOTUNING14 PROCEDURA DI PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA DEL VALORE DEI PARAMETRI DI UN REGOLATO- RE, DETTA AUTOTUNER, COSTITUITA DA UN PRO- GRAMMA IN GRADO DI DETERMINARE IL VALORE DEI PARAMETRI QUANDO: DEFINIZIONE DI AUTOTUNING -IL REGOLATORE È GIÀ COLLEGATO AL SISTEMA DA CONTROLLARE; -LOPERATORE HA DATO IL CONSENSO DI INIZIALIZZAZIONE. AUTOMAZIONE 1

15 AUTOTUNING15 LAUTOTUNER NON È UNA PARTE DEL REGOLATORE, INFATTI QUANDO LOPERAZIONE DI TUNING È TERMINATA, LELABORAZIONE DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO NON DIPENDE DALLA PRESENZA DELLAUTOTUNER. IL TUNING VIENE AVVIATO DALLOPERATORE PER SUA DECISIONE ESPICITA O COME CONSEGUENZA DI DETERMINATE MANOVRE SUL SISTEMA DA CONTROLLARE. IL TUNING VIENE AVVIATO DALLOPERATORE PER SUA DECISIONE MA PUÒ ANCHE SUGGERIRE ALLOPERATORE QUANDO EFFETTUARE IL TUNING. IL TUNING SI AVVIA AUTOMATICAMENTE IN DETERMINATE SITUAZIONI, PER ESEMPIO SE LERRORE È TROPPO GRANDE. QUANDO IL PROGRAMMA DI TUNING È CONTINUAMENTE IN FUNZIONE VIENE REALIZZATO UN SELFTUNING AUTOMAZIONE 1

16 AUTOTUNING16 REGOLATORE CON AUTOTUNING PROCEDURA DI AUTOTUNING 16 CALCOLO DEI PARAMETRI DEL REGOLATORE VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI GENERATORE DI PERTURBAZIONI COMANDO DI AUTOTUNING REGOLARTORE P I D ATTUATORE E SISTEMA DA CONTROLLARE DISPOSITIVO DI MISURA ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA AUTOMAZIONE 1

17 PROCEDURA DI AUTOTUNING 17 CALCOLO DE PARAMETRI DEL CONTROLLORE VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI GENERATORE DI PERTURBAZIONI COMANDO DI AUTOTUNING REGOLARTORE P I D ATTUATORE E SISTEMA DA CONTROLLARE DISPOSITIVO DI MISURA ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA AUTOMAZIONE 1

18 PROCEDURA DI SELFTUNING AUTOTUNING18 CALCOLO DEI PARAMETRI DEL CONTROLLORE REGOLARTORE P I D ATTUATORE E SISTEMA DA CONTROLLARE DISPOSITIVO DI MISURA ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA STIMA IN LINEA DEI PARAMETRI DEL MODELLO PRESTAZIONI AUTOMAZIONE 1

19 AUTOTUNING19 PREROGATIVE PER LAPPLICAZIONE CONOSCENZA APPROFONDITA DEL FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA CONTROLLATO E DEI SINGOLI COMPONENTI AL FINE DI POTER DISTINGUERE SE LADATTAMENTO DEL VALORE DEI PARAMETRI È DETERMINATO DALLA VARIAZIONE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE DEL SISTEMA CONTROLLATO OPPURE È DETERMINATO DA UN GUASTO INCIPIENTE NEL DISPOSITIVO DI MISURA, NELLATTUATORE OPPURE NELLA STRUTTURA DEL SISTEMA DA CONTROLLARE È OPPORTUNO CHE LE PROCEDURE PER REALIZZARE LA PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA DEI PARAMETRI SIANO COLLEGATE A QUELLE PER LA DIAGNOSI DEI GUASTI INCIPIENTI AUTOMAZIONE 1

20 AUTOTUNING20 LAUTOTUNER È UN PROCEDURA CHE RIPRODUCE LE MODALITÀ DI INTERVENTO DELLOPERATORE CHE EFFETTUA LA PREDISPOSIZIONE MANUALE DEL VALORE DEI PARAMETRI. a)LOPERATORE OSSERVA IL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE, ANCHE STIMOLANDOLO CON SEGNALI NOTI, IN MODO DA DEDURRE LE INFORMAZIONI NECESSARIE SUL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE. b)TENENDO CONTO DELLE COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE FISSA IL COMPORTAMENTO CHE RITIENE DI POTER OTTENERE CON IL CONTROLLO A CONTROREAZIONE. c)CALCOLA IL VALORE DEI PARAMETRI CHE IL REGOLATORE DEVE AVERE PER OTTENERE IL COMPORTAMENTO DESIDERATO. DALLA FORMALIZZARE DI TALI PASSI VIENE PROGETTATA LA PROCE- DURA DI AUTOTUNING NELLA PROCEDURA MANUALE SI INDIVIDUANO I SEGUENTI PASSI: AUTOMAZIONE 1

21 AUTOTUNING21 PASSO A) OSSERVAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE ATTUATORE E SISTEMA DA CONTROLLARE LOSSERVAZIONE VIENE IN GENERE EFFETTUATA STIMOLANDO IL SISTEMA DA CONTROLLARE CON SEGNALI NOTI (EXPERIMENT BASED AUTOTUNER) O DURANTE LA SUA NATURALE EVOLUZIONE (NON EXPERIMENT BASED) A GRADINO SEQUENZA DI IMPULSI DI TIPO SINUSOIDALE PERTURBAZIONE VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI DAL VALORE DEGLI INDICI DI QUALITÀ DAL VALORE DI ALCUNI PARAMETRI RELATIVI AGLI EFFETTI DELLE PERTURBAZIONI SULLANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA CONOSCENZA DEL COMPORTAMENTO BASATA SU UN MODELLO (MODEL BASED AUTOTUNER) BASATA SU ALCUNI VALORI (CHARACTERISTICS BASED AUTOTUNER) AUTOMAZIONE 1

22 AUTOTUNING22 DALLESPERIENZA SI DESUME CHE LANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA RELATIVA AD UNA VARIAZIONE A GRADINO DELLA VARIABILE DI RIFERIMENTO È PIÙ INFLUENZATA DAL VALORE DEL GUADAGNO CHE DAL VALORE DEL TEMPO DELLAZIONE INTEGRALE E DAL TEMPO DELLAZIONE DERIVATIVA NEL FISSARE LE REGOLE DI TUNING CONVIENE INDIVIDUARE DAPPRIMA I VALORI DA ASSEGNARE A T I E T D E SUCCESSIVAMENTE FISSARE IL VALORE DI K P IN MOLTE APPLICAZIONI CONVIENE FISSARE IL VALORE DI K P IN MODO DA OTTENERE CHE LA SOVRAELONGAZIONE SFIORI IL VALORE DI REGIME SENZA SUPERARLO AUTOMAZIONE 1

23 AUTOTUNING23 PASSO B) CREAZIONE DELLA DESCRIZIONE DEL COMPORTAMENTO DESIDERATO AD ANELLO CHIUSO. I REQUISITI RICHIESTI POSSONO ESSERE DI VARIO TIPO: REQUISITI SULLA VARIABILE DI CONTROLLO GENERALMENTE, ALLO SCOPO DI TENERNE PIÙ BASSA POSSIBILE LENERGIA. REQUISITI SUI GRADI DI STABILITÀ E ROBUSTEZZA, DELLANELLO NELLA FORMA DI RICHIESTE SUL MARGINE DI FASE E SUL MARGINE DI AMPIEZZA. LIMITI SULLA VARIABILE CONTROLLATA. LIMITI SULLA VARIABILE DI CONTROLLO IN TERMINI DI TASSO DI SATURAZIONE. REQUISITI SUL COMPORTAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA, MASSIMA SOVRAELONGAZIONE, TEMPO DI RISPOSTA, LARGHEZZA DI BANDA, REIEZIONE AI DISTURBI, TEMPO DI ASSESTAMENTO NON TUTTE LE SPECIFICHE POSSONO ESSERE SODDISFATTE ESSE SONO SPESSO ANTAGONISTE E SI DEVE GIUNGERE A UN COMPROMESSO. AUTOMAZIONE 1

24 AUTOTUNING24 LAUTOTUNER DEVE: VERIFICARE LA VALIDITÀ DELLE SPECIFICHE DI CONTROLLO INTRODOTTE CHE POTREBBERO ESSERE TRA LORO INCOMPATIBILI. RAGGIUNGERE IL MIGLIOR CONTROLLO POSSIBILE ADOTTANDO OTTIMI COMPROMESSI TRA LE SPECIFICHE. RAGGIUNGERE UN COMPROMESSO VUOL DIRE DOVER DECIDERE QUALI ASPETTI PREFERIRE A DISCAPITO DI QUALI ALTRI. LAUTOTUNER PUÒ PRENDERE QUESTE DECISIONI BASANDOSI SU UNA SUA LOGICA INTERNA SU LINEE GUIDA FORNITE DALLOPERATORE ESPERTO. AUTOMAZIONE 1

25 AUTOTUNING25 PASSO C) CALCOLO DEI PARAMETRI CHE IL REGOLATORE DEVE AVERE PER OTTENERE IL COMPORTAMENTO DESIDERATO. IN QUESTO PASSO SI IMPLEMENTANO LE TUNING RULES SI PUÒ PROCEDERE IN VARI MODI: MODEL BASED-MODEL FOLLOWING AUTOTUNER. MODEL BASED- CHARACTERISTICS FOLLOWING AUTOTUNER. CHARACTERISTICS BASED- CHARACTERISTICS FOLLOWING AUTOTUNER. RULE BASED METHODS SE SI DISPONE DEL MODELLO E LO SI USA ANCHE PER PREVEDERE IL COMPORTAMENTO AD ANELLO CHIUSO. SE PUR DISPONENDO DI UN MODELLO, SI USANO PER LANELLO CHIUSO SOLO ALCUNI VALORI CARATTERISTICI. NON SI DISPONE DEL MODELLO E SI FA TUTTO BASANDOSI SU ALCUNI VALORI CARATTERISTICI. SONO I METODI CHE CERCANO DI SIMULARE IL RAGIONAMENTO UMANO. AUTOMAZIONE 1

26 AUTOTUNING26 AUTOTUNING DI CONTROLLORI PID PASSO A) LA VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI DI UN PROCESSO CON CONTROLLORE PID PUÒ ESSERE FATTA NEL DOMINIO: DEL TEMPO DELLA FREQUENZA RISPOSTA AL GRADINO DIAGRAMMA DI NYQUIST DIAGRAMMI DI BODE PREGI: FACILE DA AUTOMATIZZARE. DIFETTI: COMPRENSIBILE SOLO A OPERATORI CON UN MINIMO DI CONOSCENZE. AUTOMAZIONE 1 PREGI: INTUITIVO ANCHE PER I NON ESPERTI. DIFETTI: DIFFICILE DA AUTOMA- TIZZARE A CAUSA DEL RUMORE

27 AUTOTUNING27 FORNENDO IN INGRESSO AL PROCESSO UN GRADINO SI OTTENGONO DELLE RISPOSTE AUTOMAZIONE 1 MODELLO DEL I ORDINE MODELLO DEL II ORDINE PASSO A) EXPERIMENT BASED MODEL BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO

28 AUTOTUNING28 FORNENDO IN INGRESSO AL PROCESSO UN GRADINO SI OTTENGONO DELLE RISPOSTE AS 0 Y S (T) TEMPO T END T0T0 A0A0 A1A1 AUTOMAZIONE 1 IDENTIFICAZIONE DEL MODELLO DEL I ORDINE METODO DELLE AREE FOPDT (FIRST ORDER MODEL PLUS DELAY TIME) VIENE CALCOLATO IL GUADAGNO: CON A S AMPIEZZA GRADINO IN INGRESSO CALCOLO Y US (T) AMPIEZZA RISPO- STA A UN GRADINO UNITARIO CALCOLO LE SEGUENTI QUANTITÀ: GLI ALTRI 2 PARAMETRI T ED L SONO:

29 AUTOTUNING29 PASSO A) EXPERIMENT BASED MODEL BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO IL METODO DELLE AREE PUÒ ESSERE USATO ANCHE IN PRESENZA DI OSCILLAZIONI DI MODESTA ENTITÀ USANDO I SEGUENTI ACCORGIMENTI 0 tempo AUTOMAZIONE 1

30 AUTOTUNING30 IDENTIFICAZIONE DEL MODELLO DEL II ORDINE SOPDT: PASSO A) EXPERIMENT BASED MODEL BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO MODELLO PER RISPOSTA SMORZATA VIENE CALCOLATO COME VISTO PER I FOPDT L SI RICAVA DALLA SEGUENTE INTERSEZIONE: 0 Y S (T) TEMPO PUNTO MAX PENDENZA L I 2 PARAMETRI T 1 E T 2 VENGONO CALCOLATI ADATTANDO 2 PUNTI DEL SEGUENTE MODELLO (RISPOSTA A UN GRADINO UNITARIO) ALLA NOSTRA RISPOSTA AL GRADINO. CON T 1 > T 2 I PUNTI SONO GENERALMENTE AL 33% E AL 67%DEL VALORE FINALE DELLA RISPOSTA. AUTOMAZIONE 1

31 AUTOTUNING31 MODELLO PER RISPOSTA OSCILLATORIA IDENTIFICAZIONE DEL MODELLO DEL II ORDINE SOPDT: PASSO A) EXPERIMENT BASED MODEL BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO VIENE CALCOLATO COME VISTO PER I FOPDT SI MISURA IL PERIODO DI OSCILLAZIONE T 0 E LAMPIEZZA DEI PRIMI 2 PICCHI A 1 E A 2. SI CALCOLANO I RIMANENTI PARAMETRI COME SEGUE: AUTOMAZIONE 1

32 AUTOTUNING32 PASSO A) EXPERIMENT BASED CHARACTERISTICS CHARACTERISTICS BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO NEI CHARACTERISTICS BASED AUTOTUNER SI DESCRIVE IL PROCESSO NON COSTRUENDO IL SUO MODELLO MA CON UNA SERIE DI VALORI CHE CARATTERIZZANO IL SUO COMPORTAMENTO NEL TEMPO O IN FREQUENZA. NEL DOMINIO DEL TEMPO QUESTI VALORI CARATTERISTICI VENGONO GENE- RALMENTE MISURATI DALLA RISPOSTA AL GRADINO E SONO: IL TEMPO DI SALITA. IL TEMPO DI ASSESTAMENTO. LA SOVRAELONGAZIONE. IL GUADAGNO. LERRORE A REGIME. ECC. …….. TUTTE CARATTERISTICHE IMMEDIATE DA OTTENERE DA UNA RISPOSTA AL GRADINO PER UN ESSERE UMANO MA DIFFICILI DA AUTOMATIZZARE PER LA PRESENZA DI RUMORE, DI TREND, ECC… AUTOMAZIONE 1

33 AUTOTUNING33 PASSO A) EXPERIMENT BASED CHARACTERISTICS CHARACTERISTICS BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA LE CARATTERISTICHE NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA SI OTTENGONO CON ESPERIMENTI A RELÈ: E ISTERESI D AMPIEZZA QUESTA CONFIGURAZIONE CON IL RELÈ IN CONTROREAZIONE INNESCA DELLE OSCILLAZIONI PERMANENTI DI FREQUENZA OX. P(J OX ) SI INDIVIDUA QUINDI UN PUNTO DELLA CURVA DI NYQUIST. INSERENDO UN RITARDO VARIABILE TRA RELÈ E PROCESSO, SI POSSONO OTTENE- RE FACILMENTE ALTRI PUNTI NOTANDO CHE: UN PUNTO DELLANELLO CON RITARDO CORRISPONDE AD UN PUNTO DELLANELLO SENZA RITARDO TRAMITE LA RELAZIONE: AUTOMAZIONE 1

34 AUTOTUNING34 PASSO B) LAUTOTUNER DEVE CREARE UNA DESCRIZIONE DEL COMPORTAMENTO DESIDERATO AD ANELLO CHIUSO. SEMPLICITÀ COMPLESSITÀ PER FARE CIÒ LAUTOTUNER PUÒ : I PROCEDERE AUTONOMAMENTE BASANDOSI SU CRITERI PREIMPOSTATI. (AUTOTUNER SENZA SPECIFICHE) II RICHIEDERE ALLOPERATORE LE LINEE GUIDA DA SEGUIRE. (MINIMIZZARE LA SOVRAELONGAZIONE, IL TEMPO DI ASSESTAMENTO, UN INDICE ISE, ECC….) (AUTOTUNER CON SPECIFICHE LESSICALI) III RICHIEDERE ALLOPERATORE IN MODO DETTAGLIATO LE SPECIFICHE CHE SI VOGLIONO OTTENERE. (AUTOTUNER CON SPECIFICHE NUMERICHE) OPERATORE POCO ESPERTO MOLTO ESPERTO PRESTAZIONI PEGGIORI MIGLIORI AUTOMAZIONE 1

35 AUTOTUNING35 PASSO B) SEMPLICI DA USARE NON NECESSITANO DI UN OPERATORE ESPERTO. ADATTI A MOLTISSIME SITUAZIONI IN CUI PORTANO A UN TUNING SODDISFACENTE. NON È ADATTO A SITUAZIONI CRITICHE O IN CUI SIA NECESSARIO UN CONTROLLO SOFISTICATO. PERMETTONO DI FORNIRE ALCUNE LINEE GUIDA ALLAUTOTUNING. PER ESSI MINIMIZZARE UN INDICE PUÒ VOLER DIRE FARLO QUALSIASI COSA CIÒ COMPORTI SUL RESTO DELLA STRUTTURA. AUTOTUNER SENZA SPECIFICHE I AUTOTUNER CON SPECIFICHE LESSICALI II AUTOMAZIONE 1

36 AUTOTUNING36 PASSO B) III AUTOTUNER CON SPECIFICHE NUMERICHE PERMETTONO ALLOPERATORE IL MASSIMO DEL CONTROLLO. PER ESSI È MOLTO IMPORTANTE LA FASE DI IDENTIFICAZIONE. OPERATORE ESPERTO SPECIFICHE RICHIESTE COERENTI SI OTTENGONO LE PRESTAZIONI DESIDERATE. OPERATORE NON ESPERTO SPECIFICHE RICHIESTE NON COERENTI PRESTAZIONI FORNISCE ELABORAZIONE DELLAUTOTUNER RICERCA COMPROMESSI USATI DA PERSONALE ESPERTO QUESTI AUTOTUNER SONO INDISPENSABILI QUANDO È NECESSARIO UN CONTROLLO MOLTO EFFICIENTE. AUTOMAZIONE 1

37 AUTOTUNING37 PASSO C) SINTESI DEL REGOLATORE PID MODEL BASED CHARACTERISTICS BASED RULE BASED HAALMAN SIMMETRICO OTTIMO (SO) DAHLIN O -TUNING KAPPA TAU (KT) IMC DI OTTIMIZZAZIONE ZIEGLER-NICHOLS METODI A RELÈ SOFT COMPUTING FUZZY RETI NEURALI ALGORITMI GENETICI AUTOMAZIONE 1

38 AUTOTUNING38 PASSO C) Model based Metodo di Haalman. Si dispone di un modello (M(s)) del processo (P(s)) da controllare FOPDT o SOPDT Si vogliono calcolare i parametri di un PID nella forma ideale Si sceglie Si calcolano i parametri del PID usando il modello: FOPDT SOPDT T i =T Adatto per processi senza oscillazioni e con ritardi AUTOMAZIONE 1

39 AUTOTUNING39 PASSO C) MODEL BASED METODO DI DAHLIN O -TUNING. SI DISPONE DI UN MODELLO (M(S)) DEL PROCESSO (P(S)) DA CONTROLLARE SI CERCA DI FAR ASSOMIGLIARE LA FUNZIONE DI TRASFERIMENTO AD ANELLO CHIUSO A QUELLA DI UN MODELLO DEL PRIMO ORDINE CON GUADAGNO UNITARIO. DOVE COSTANTE DI TEMPO CHE DIVENTA PARAMETRO DI PROGETTO. APPROSSIMANDO PI PID AUTOMAZIONE 1

40 AUTOTUNING40 PASSO C) MODEL BASED METODI DI OTTIMIZZAZIONE. LOGICA: IL COMPORTAMENTO AD ANELLO CHIUSO DEVE ESSERE SIMILE A QUELLO DI UN DATO MODELLO. POSSIAMO TUNARE IL PID MINIMIZZANDO UNA FUNZIONE COSTO CHE RAP- PRESENTA LA DIFFERENZA TRA LA RISPOSTA DELLANELLO (PREVISTA CON IL MODELLO DEL PROCESSO) E QUELLA DEL MODELLO DA IMITARE. UNA FUNZIONE COSTO MOLTO USATA A QUESTO SCOPO È LA ISE: QUESTO RAGIONAMENTO PUÒ ESSERE ESTESO AI CHARACTERISTIC FOLLOWING CONSIDERANDO AD ESEMPIO IL SOLO ERRORE: AUTOMAZIONE 1

41 AUTOTUNING41 PASSO C) CHARACTERISTICS BASED METODI DI ZIEGLER-NICHOLS DALLA RISPOSTA AL GRADINO SI RICAVANO I 2 PARAMETRI A E B. PRIMO METODO P PI PID K TITI TDTD 1/A 0.9/ A 1.2/A 3B 2B B/2 CON ESSI SI PUÒ CREARE UN MODEL- LO DEL PROCESSO VISTO COME UN INTEGRATORE PIÙ UN RITARDO I PARAMETRI DEL MODELLO VENGONO CALCOLATI CON LA TABELLA: AUTOMAZIONE 1

42 AUTOTUNING42 PASSO C) CHARACTERISTICS BASED METODI DI ZIEGLER-NICHOLS. SECONDO METODO CON UN CONTROLLORE PROPORZIONALE IL GUADAGNO VIENE AUMENTATO LENTAMENTE FINO A QUANDO NON SI INNESCANO DELLE OSCILLAZIONI. INDICATO CON T * IL PERIODO DELLE OSCILLAZIONI, E CON K P IL GUADAGNO DEL CONTROLLORE CHE LE HA PRODOTTE, I PARAMETRI DEL PI(D) SONO CALCOLATI COME SEGUE: P PI PID K TITI TDTD 0.5K P 0.4K P 0.6K P 0.8T* 0.5T* 0.125T* AUTOMAZIONE 1

43 AUTOTUNING TRANSITORIO DI PROVA tempo (sec) K p =.1 K p = 1.4 T* = 3.3 sec tempo (sec) 0189 AUTOTUNING T I =.5 * T* = 1.65 secT D =.12 * T* =.4 sec T I = 1.65 sec T D =.4 sec K p = 1.5 K p = 2.3 UN ESEMPIO DI AUTOTUNING PASSO C) AUTOMAZIONE 1

44 AUTOTUNING44 PASSO C) RULE BASED NON CÈ UNA DESCRIZIONE DEL PROCESSO NE COME MODELLO NE COME CARATTERISTICHE DELLA SUA RISPOSTA. I METODI RULE BASED CERCANO DI IMITARE IL RAGIONAMENTO INTUITIVO DEGLI UOMINI I PARAMETRI VENGONO VARIATI DOPO LOSSERVAZIONE DI UN TRANSITO- RIO GENERATO DA UNA VARIAZIONE DEL SET-POINT O DA UN DISTURBO. CAPIRE QUALI PARAMETRI VARIARE È SEMPLICE PER UN OPERATORE ED È ANCHE ABBASTANZA SEMPLICE DA AUTOMATIZZARE. DIFFICILE È STABILIRE DI QUANTO I PARAMETRI VANNO CAMBIATI. PER QUESTO MOTIVO I RULE BASED SONO MOLTO PIÙ ADATTI PER IL SELFTUNING IN CUI VENGONO EFFETTUATE PICCOLE MA CONTINUE VARIAZIONI DEI PARAMETRI. AUTOMAZIONE 1 USANDO RETI NEURALI LOGICA FUZZY E ALGORITMI GENETICI.

45 AUTOTUNING45 ESEMPIO VARIAZIONE A GRADINO DEL SET POINT: STRATEGIA CORRETTA: AUMENTARE IL GUADAGNO E DIMINUIRE LAZIONE INTEGRALE. PASSO C) IN QUESTO CASO IL GRADINO COM- PORTA ANCHE DELLE OSCILLAZIONI. STRATEGIA CORRETTA: DIMINUIRE SIA IL GUADAGNO CHE IL TEMPO DI INTEGRAZIONE. RULE BASED AUTOMAZIONE 1

46 AUTOTUNING46 VALIDAZIONE DEI PARAMETRI DEL CONTROLLORE MODEL BASED: È POSSIBILE PREVEDERE IL COMPORTAMENTO FINALE DELLANELLO PRIMA DI MODIFICARE FISICAMENTE I PARAMETRI DEL REGOLATORE. CHARACTERISTIC BASED: DOPO AVER INSERITO I PARAMETRI CALCO- LATI NEL CONTROLLORE SI PERTURBA LANELLO E SI OSSERVA IL SUO COMPORTAMENTO. SE IL COMPORTAMENTO OTTENUTO NON È SODDISFACENTE VENGONO REIMPOSTATI I PARAMETRI PRECEDENTI AL TUNING. VERIFICA RISULTATI DEL TUNING: CONTROLLO DELLA CONSISTENZA DEL REGOLATORE: TUTTE LE COSTANTI DI TEMPO DEVONO ESSERE > DEL TEMPO DI CAMPIONAMENTO. A SENSIBILITÀ DEI PARAMETRI ALLA VARIAZIONE DELLE SPECIFICHE. AUTOMAZIONE 1

47 AUTOTUNING47 AUTOTUNER INDUSTRIALI FOXBORO EXACT IL TUNING SI AVVIA AUTOMATICAMENTE SE LERRORE SUPERA UNA SOGLIA SPECIFICATA DALLUTENTE. LERRORE AVRÀ UN TRANSIENTE ANALOGO A: LAUTOTUNER CALCOLA I VALORI DEI PICCHI E 1 E 2 E IL TEMPO T P TRA I DUE. LUTENTE FORNISCE LE SPECIFICHE IN TERMINI DELLE 2 QUANTITÀ: LEXACT RICHIEDE UNA FASE DI PRETUNING NELLA QUALE SI COMPORTA COME UN EXPERIMENT BASED LEXACT È UN CHARACTERISTIC BASED AUTOTUNER IN QUANTO SI BASA SOLO SUI VALORI E 1 E 2 T P AUTOMAZIONE 1

48 AUTOTUNING48 ALTRE CARATTERISTICHE DEGLI AUTOTUNER: INTERFACCIA GRAFICA FOTOGRAFIA DEL SISTEMA ELIMINAZIONE VALORI OUTLIER DETRENDING FILTRAGGIO CONDIZIONAMENTO DEI SEGNALI AUTOMAZIONE 1

49 AUTOTUNING49 TIPO DI PERTURBAZIONE A GRADINO SEQUENZA DI IMPULSI DI TIPO SINUSOIDALE VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI DAL VALORE DEGLI INDICI DI QUALITÀ DAL VALORE DI ALCUNI PARAMETRI RELATIVI AGLI EFFETTI DELLE PERTURBAZIONI SULLANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA CONOSCENZA DEL COMPORTAMANTO BASATA SU UN INSIEME DI REGOLE BASATA SU UN MODELLO AUTOMAZIONE 1

50 AUTOTUNING50 CALCOLO DEI PARAMETRI DEL REGOLATORE DA ALCUNI PARAMETRI COLLEGATI ALLANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA DA ALCUNI PARAMETRI DEL MODELLO NON PARAMETRIZZATO DAI PARAMETRI DINAMICI DEL MODELLO PARAMETRIZZATO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE DAL VALORE DELLE PERTURBAZIONI PREVEDIBILI PARAMETRI DEL REGOLATORE RAPIDITÀ DI RISPOSTA MARGINI DI STABILITÀ VARIAZIONI KpKp TITI TDTD AUMENTA DIMINUISCE AUMENTA DININUISCE AUMENTA AUTOMAZIONE 1

51 AUTOTUNING51 DALLESPERIENZA SI DESUME CHE LANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA RELATIVA AD UNA VARIAZIONE A GRADINO DELLA VARIABILE DI RIFERIMENTO È PIÙ INFLUENZATA DAL VALORE DEL GUADAGNO CHE DAL VALORE DEL TEMPO DELLAZIONE INTEGRALE E DAL TEMPO DELLAZIONE DERIVATIVA NEL FISSARE LE REGOLE DI TUNING CONVIENE INDIVI- DUARE DAPPRIMA I VALORI DA ASSEGNARE A T I E T D E SUCCESSIVAMENTE FISSARE IL VALORE DI K P IN MOLTE APPLICAZIONI CONVIENE FISSARE IL VALORE DI K P IN MODO DA OTTENERE CHE LA SOVRAELONGAZIONE NON SFIORI IL VALORE DI REGIME SENZA SUPERARLO AUTOMAZIONE 1

52 AUTOTUNING52 VALUTAZIONE DEL COMPORTAMENTO DINAMICO DALLANDAMENTO DELLA RISPOSTA A GRADINO DEL SISTEMA CONTROLLATO DALLANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA DALLANDAMENTO DELLERRORE t s - TEMPO DI SALITA s - SOVRAELONGAZIONE t a - TEMPO DI ASSESTAMENTO t e - TEMPO ALLEMIVALORE IE - INTEGRALE DELLERRORE IAE - INTEGRALE DEL VALORE ASSOLUTO DELLERRORE ISE - INTEGRALE DEL QUADRATO DELLERRORE ITSE - INTEGRALE DEL PRODOTTO DEL QUADRATO DELLERRORE PER IL TEMPO..... y t(sec) IE =.7991 IAE = ISE = ITSE =.9407 t s = 1.9 sec s = 25 % t s = 12 sec t s =.9 sec AUTOMAZIONE 1

53 AUTOTUNING53 CALCOLO DEI PARAMETRI DEL REGOLATORE DA ALCUNI PARAMETRI COLLEGATI ALLANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA DA ALCUNI PARAMETRI DEL MODELLO NON PARAMETRIZZATO DAI PARAMETRI DINAMICI DEL MODELLO PARAMETRIZZATO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE DAL VALORE DELLE PERTURBAZIONI PREVEDIBILI PARAMETRI DEL REGOLATORE RAPIDITÀ DI RISPOSTA MARGINI DI STABILITÀ VARIAZIONI KpKp TITI TDTD AUMENTA DIMINUISCE AUMENTA DININUISCE AUMENTA AUTOMAZIONE 1


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