baner
 

Elektronický kurz: PID regulátory pre nelineárne systémy s obmedzeniami

Vložil: Mikuláš Huba | Publikované: 02.03.2008 16:34

Nástupom mikropočítačov koncom 80tych rokov minulého storočia sa pre návrh číslicových regulátorov otvorili prakticky neobmedzené funkčné možnosti. V praxi sa však zatiaľ využívajú len nepatrne. Jedným z hlavných dôvodov je zotrvačnosť praxe a ľudského myslenia. Cieľom tohto kurzu je ukázať, že relatívne jednoduchými postupmi zohľadňujúcimi vlastnosti reálnych sústav, ktoré bývajú svojou podstatou nelineárne a dominantne ovplyvňované rôznymi nelineárnymi efektmi (obmedzenia akčnej veličiny, rýchlosti jej zmien, rýchlosti zmien výstupnej veličiny, prípustným rozsahom stavových veličín, kvantovaním signálov a vlastnosťami závislými od pracovného bodu) možno podstatne zvýšiť kvalitu regulačných procesov.

Kurz nadväzuje na úspech elektronického kurzu PID regulátory s obmedzeniami. K základným metódam rozvíjaným v kurze patria:

  • programovanie zosilnení regulátorov (gain scheduling),
  • exaktná linearizácia,
  • využitie inverzných modelov, 
  • prenosových funkcií nelineárnych systémov a 
  • metód identifikácie nelineárnych systémov.

Navrhnuté sú riešenia z dynamických tried 0 až 2, ktoré v idealizovanom prípade s nulovou neurčitosťou modelu sústavy, nulových šumov merania a nulových parazitných oneskorení vedú na časovo optimálne prechodové deje, pri ktorých je počet intervalov riadenia s medznou hodnotou akčnej veličiny (index dynamickej triedy) rovný relatívnemu rádu riadenej sústavy. (Na obrázku je príklad PI regulátora z dynamickej triedy 0 na reguláciu prietoku čerpadla vychádzajúci z merania výšky hladiny v nasledujúcej nádobe.)

Inovatívnosť kurzu sa zakladá nielen na pokroku v oblasti regulačných štruktúr a ich nastavovania, ale aj v oblasti samotného vzdelávania. Kurz je založený na učení sa robením a vychádza z toho, že ak má presvedčiť užívateľov o zmysluplnosti nového postupu, musí im:

  • poskytovať zlepšenú kvalitu prechodových dejov,
  • predviesť a naučiť spoľahlivejšie nastavovanie navrhovaných štruktúr,
  • ukázať súvislosti s doterajšími riešeniami
  • jasne vysvetliť, ktoré tradičné postupy treba zmeniť, prečo a ako,
  • udržať zložitosť nových riešení na akceptovateľnej úrovni a hlavne
  • umožniť overenie získaných záverov a tiež aj ich
  • porovnanie s ďalšími alternatívnymi prístupmi v autentických podmienkach praxe.

Popri tlačenej učebnici pozostávajú materiály kurzu uložené v prostredí LMS Moodle z: 

  • ozvučených prezentácií typu PowerPoint a Wink,
  • e-kníh umožňujúcich jednoduchú navigáciu,
  • animácií v programoch Flash a Java,
  • simulačných programov v pružne modifikovateľnom prostredí Matlab/Simulink alebo Scilab/Scicos,
  • odvodenia základných teoretických výsledkov v programe Maple V,
  • zadaní na samostatné riešenie,
  • otázok na sebatestovanie s vysvetlením správnosti/nesprávnosti odpovede,
  • manuálov k experimentom na reálnych sústavách.

Nosným prvkom „autentickosti“ prostredia sú modely reálnych sústav pripojiteľné k prakticky ľubovoľnému počítaču s operačným systémom Windows cez USB konektor. Toto „revolučné“ riešenie umožňuje podstatne znížiť cenu experimentov a otvoriť ich tak oveľa väčšiemu počtu študujúcich pri súčasnom výraznom zjednodušení manipulácie.

Základnou sústavou zahrnutou v cene kurzu, je trojhladinová hydraulická sústava s tromi snímačmi hladiny, s dvomi čerpadlami, piatimi elektronicky ovládanými ventilmi. Zvolená konštrukcia sústavy umožňuje jej kompletné elektronické konfigurovanie a riadenie na diaľku pomocou Internetu.

Inovatívne prvky kurzu možno rozšíriť o prácu s ďalšími nelineárnymi sústavami s meraním signálov s použitím kariet prevodníkov (magnetická levitácia, mostový žeriav, invertované kyvadlo, model vrtuľníka) dostupnými aj cez Internet.

Kontakt

M. Huba, STU, Fakulta elektrotechniky a informatiky, Ilkovičova 3, 812 19 Bratislava,
tel. +421/(0)2/602 91 771, fax: +421/(0)2/654 29 521, email: mikulas.huba@stuba.sk

PDF Materiály pre tlač

Valid XHTML 1.0 Transitional Valid CSS! Odporúčame prehladač Firefox