SINTEZA SISTEMELOR DE REGLARE AUTOMATE

SINTEZA SISTEMELOR DE REGLARE AUTOMATE

1. PROBLEMATICA SINTEZEI SISTEMELOR DE REGLARE AUTOMATE

Problematica majora a sistemelor de reglare automate (SRA) o constituie, chiar proiectarea acestora, avand ca punct de plecare specificatiile privind procesul tehnologic in care urmeaza a fi folosit SRA, cat si o serie de conditii tehnico-economice care se impun in respectiva aplicatie. Conditiile amintite se refera la indicii de calitate (performanta) si restrictiile in care sistemul proiectat va trebui sa se incadreze.

O prima clasificare a metodelor de proiectare a SRA, face distinctia intre:

K     metode de proiectare directa (numite si de sinteza), intelegandu-se prin acest termen elaborarea in mod deductiv, riguros a modelului matematic al dispozitivului de automatizare, pe baza performantelor specificate;

K     metode de proiectare indirecta care aleg - pe baza consideratiilor tehnice - elementele obligate a face parte din structura sistemului, dupa care se incearca completarea structurii cu elemente care sa asigure satisfacerea performantelor cerute (incercari care se executa in cadrul unei proceduri iterative).

Cercetarile in domeniul proiectarii sistemelor s-au axat pe doua directii:

stabilirea unor criterii de performanta care sa caracterizeze cat mai edificator functionarea sistemului si sa permita totodata evidentierea unei legaturi directe intre valorile respectivilor indici de performanta si pozitia punctelor singulare (poli si zerouri) ale sistemului in planul complex s.

elaborarea unor metode eficiente de sinteza care sa conduca la stabilirea structurii si valorilor parametrilor unui dispozitiv de automatizare capabil sa asigure configuratia dorita a punctelor singulare ale sistemului.

2. METODA DE SINTEZA A SISTEMELOR DE REGLERE

AUTOMATE PRIN INCERCARI

Date fiind diversitatea si complexitatea sistemelor automate, o metoda unica - general aplicabila - de proiectare (constituind o adevarata procedura de sinteza) este greu de furnizat. In mod curent, se pot da numai niste indicatii generale de proiectare, ceea ce conduce la asa-numita 'metoda de sinteza a sistemelor de reglare automate prin incercari', al carei algoritm de baza este redat in ANEXA 3.

F     Punctul de plecare in orice activitate de proiectare a unui sistem automat il constituie stabilirea indicilor de performanta. Pe baza informatiilor furnizate de catre beneficiarul instalatiei automate - functia de baza a sistemului (reglare sau urmarire), modelul procesului de automatizat, natura si modul de variatie al marimilor perturbatoare, precizia ceruta, viteza minima si maxima admise la variatia iesirii sistemului, s.a. , proiectantul isi propune valorile adecvate ale indicilor de performanta. Pentru metoda de proiectare mentionata, se face apel la indici de performanta locali (abaterea stationara e , suprareglarea maxima s, timpul de intarziere t_i, timpul de crestere t_c, timpul de linistire t_l). Intrucat 'sinteza prin incercari' se face in domeniul frecventelor, va trebui ca, in functie de aceste date sa se stabileasca si caracteristicile de frecventa.

F     Cea dea doua etapa, consta in alegerea unei configuratii - respectiv a schemei structurale - a sistemului ce trebuie proiectat. Proiectantul alege elementele componente obligatorii pentru dispozitivul de automatizare, tinand cont de o serie de factori tehnici si economici (felul instalatiei de automatizat, natura marimilor de executie si de iesire a sistemului, conditiile impuse asupra volumului si greutatii dispozitivului de automatizare, sursa de energie disponibila pentru alimentarea instalatiei automate, costul prevazut pentru automatizare etc.), precum si de performantele stabilite. De mentionat, in acest context, este importanta deosebita a traductorului de pe legatura de reactie principala. In cadrul acestei etape, dupa alegerea configuratiei sistemului, se procedeaza la stabilirea modelului matematic ce descrie functionarea sistemului, pe baza datelor furnizate de constructori privitor la elementele componente. Forma finala a modelului matematic este de obicei functia de transfer a sistemului in stare deschisa.

F     A treia etapa in procesul de proiectare o constituie stabilirea valorilor coeficientilor din modelul matematic. In cadrul acestei etape distingem urmatoarele situatii:

Unii coeficienti reprezinta parametri obligati si valorile lor sunt furnizate de catre constructorul elementelor respective.

Pentru unele elemente, constructorul ofera o gama de valori constructive, proiectantul avand de ales varianta care satisface cel mai bine performantele stabilite in prima etapa de proiectare.

Unele elemente (de obicei regulatorul) sunt prevazute cu posibilitatea reglarii unor parametri; proiectantul va stabili deci valorile optime care satisfac performantele impuse sistemului.

Pentru unele procese tehnologice, nici utilizatorul, si nici constructorul nu cunosc valorile tuturor parametrilor instalatiei de automatizat si, in acest caz, este necesara o investigare pe baza de experimente a valorilor acestor parametri.

F     Cea de a patra etapa este o etapa de analiza, prin care se verifica daca, modelul stabilit (cu valorile alese pentru parametri ce pot fi fixati dupa dorinta) satisface performantele impuse in cazul semnalelor de intrare si al perturbatiilor considerate. Daca aceste performante sunt satisfacute, procesul de proiectare se considera incheiat. Dar realizarea de prima data a acestui caz este rara. In situatia cand performantele specificate nu sunt satisfacute, se fixeaza noi valori pentru parametrii reglabili (operatie numita acordarea parametrilor) si eventual se aleg si alte valori pentru parametrii elementelor cu mai multe valori constructive optionale - adica se reia etapa a treia, dupa care, in mod firesc, se face analiza de la etapa a patra. In caz ca performantele nu pot fi satisfacute prin ajustarea parametrilor reglabili sau prin alegerea unor elemente cu alte valori (fixe) ale parametrilor, se incearca modificarea structurii sistemului prin introducerea unor elemente suplimentare (elemente de corectie) - realizand iarasi etapa a doua de proiectare. Fireste, urmeaza etapa a treia si o analiza a satisfacerii performantelor cerute - etapa a patra, cu o eventuala revenire la etapa a treia, pentru reajustarea parametrilor reglabili.

3. AMPLASAREA ELEMENTELOR DE CORECTIE

CORECTIA SERIE . CORECTIA PRIN REACTIE

Elementele de corectie pot fi amplasate in serie pe legatura directa (figura 1.30) sau pe o legatura de reactie secundara (figura 1.31).

Nu se poate da o regula pentru alegerea uneia dintre aceste posibilitati, aceasta alegere depinzand de conditiile tehnico-economice particulare fiecarei aplicatii. Unii din factorii ce trebuie luati in considerare pentru alegerea amplasarii elementelor de corectie sunt:

Procedurile de proiectare pentru un compensator serie sunt mai directe decat pentru un compensator pe reactie - adica caracteristicile lui se calculeaza mai usor in primul caz.

Adesea, se obtine o durata mai mica a regimului tranzitoriu al sistemului corectat prin compensarea pe reactie.

f     Amplificarea elementelor de corectie pe legatura directa, impune adesea, introducerea unui amplificator pentru adaptare sau pentru marirea amplificarii; astfel de amplificatoare nu sunt necesare in caz ca elementul de corectie se instaleaza pe o legatura de reactie.

In cele mai multe cazuri, elementele de compensare serie sunt retele electrice simple (pasive) R, L, C - ieftine, usor de introdus in sisteme si simplu de modificat.

Gradul de stabilitate si de percizie a functionarii sistemului, in conditiile unor perturbatii si neliniaritati pronuntate, se pot imbunatati prin compensare pe reactie.

In cazurile cand utilizarea unui compensator serie impune in sistem un factor de amplificare mai mare decat la utilizarea unui compensator pe reactie, se va tine cont ca, in prima varianta, zgomotele din sistem pot deveni deosebit de mari. De asemenea, se va tine cont ca se pot instala, pe reactii, compensatoare cu caracteristica de frecventa care sa atenueze zgomotele la frecvente mari.

La aplicarea compensarii pe reactie este adesea necesar sa se mentina tipul (egal numarul de poli in origine ai functiei de transfer in circuit deschis) sistemului, de baza, fapt ce implica existenta in functia de transfer a compensatorului, a unui factor derivativ de ordin cel putin egal cu tipul sistemului de baza.

Elementul de corectie serie sau cel de pe reactie, rezultat in urma proiectarii, poate sa nu aiba o implementare comoda din punct de vedere tehnic, sau sa fie chiar nerealizabil.

4. METODA ANALITICA DE SINTEZA

A SISTEMELOR DE REGLARE AUTOMATE

Aceasta metoda, constituie de fapt tot o metoda de sinteza, care se aplica sistemelor cu o intrare si o iesire. Ea se realizeaza parcurgand urmatoarele etape:

Pornind de la performantele impuse sistemului automat, se determina (direct) expresia functiei de transfer in circuit inchis.

Din aceasta se deduce functia de transfer in circuit deschis a sistemului.

Pe baza expresiei functiei de transfer in circuit deschis, precum si a expresiei functiei de transfer obligate din sistem, se determina functia de transfer a elementului de compensare (corectie).

Se aleg elementele de compensare care realizeaza functia de transfer rezultata mai sus.

Metoda este mai simpla, oferind informatii mai putine fata de metoda de sinteza prin incercari, si de aceea se intanleste mai putin in practica sintezei (proiectarii) sistemelor de reglare automate.