Studiu comparativ al regulatoarelor PID și cu structură variabilă

Introducere

Reglarea automată ocupă un loc important în ansamblul metodelor şi mijloacelor de automatizare.

Reglarea nivelului de lichid intr-un vas poate fi efectuată prin modificarea debitului de admisie Qad sau prin modificarea debitului de evacuare Qev din vas. In figura este ilustrată prima variantă, debitul de evacuare Qev variind arbitrar în funcţie de cerinţele consumatorilor racordaţi la conducta de evacuare.

Variaţia nivelului h - provocată de modificarea debitului de evacuare Qev este sesizată de traductorul Tr, care transmite elementului de comparaţie mărimea de reacţie r; primind şi mărimea de intrare i (reprezentând valoarea prescrisă hp, a nivelului h), elementul de comparaţie EC transmite abaterea a regulatorului automat RA, care comandă robinetul de reglare RR şi modificarea debitului de admisie Qad în sensul necesar restabilirii valorii prescrise a nivelului.

Un sistem hibrid este compus dintr-un proces continuu, modelat printr-un set de ecuaţii liniare şi tratat ca un SDED (Sistem Dinamic cu Evenimente Discrete) comandat denumit controller discret. Modelul utilizat atât pentru controller cât şi pentru procesul condus tratat ca sistem hibrid este un automat determinist iar procesul echipat cu controllerul cu evenimente formează un sistem în circuit închis.

În această lucrare vor fi tratate două sisteme hibride de reglare a nivelului. Primul sistem realizeaza comutarea de pe un regulator PI pe un regulator P. Comportamentul impus este realizat prin comanda de comutarea in functie de valoarea erorii stationare. Cel de-al doilea sistem realizeaza comutarea de pe un regulator PI pe un regulator PI in functie de valoarea de referinta.

Lucrarea este structurată în şase capitole după cum urmează:

- în capitolul 1 se prezintă tema de proiectare;

- capitolul 2 conţine o prezentare a instalaţiei şi a modelului analitic al sistemului;

- în capitolul 3 este prezentat controlul cu regulatoare PID şi proiectarea unui regulator PI

- capitolul 4 prezintă metodele de autoacordare a regulatoarelor, A şi b, efectuate cu Commander 350

- în capitolul 5 este o scurtă prezentare a sistemelor hibride

- în capitolul 6 este prezentată comunicarea pe serială cu Commander 350

În anexe se găseşte listing-ul fişierelor sursă ale programului MATLAB, utilizate pentru rezultatele simulării.

Capitolul 1

Tema de proiectare şi prezentarea procesului

1.1 Prezentarea procesului

Instalaţia experimentală este formată din: rezervor cu apă situat în partea inferioară a machetei, pompă, sistem de tuburi pentru transportul apei, indicator de debit (Visual Flow Meter), traductor de debit, servovalvă, rezervor de acumulare apă cu două compartimente, traductor de nivel, valve solenoidale (SV1,SV2, SV3), valve manuale (MV1, MV2, MV3, MV4). Instalaţia este prezentată în figura de mai jos:

Figura 1. Prezentarea instalaţiei experimentale

Rezervorul de acumulare prezintă două valve solenoidale, SV2 şi SV3, care pot fi acţionate automat şi o valvă manuală, MV3 ce este acţionată manual şi prin care poate curge apă. O pompă electrică care se află în rezervorul din partea superioară pompează apa din acest rezervor în rezervorul superior. Nivelul debitului de intrare este citit pe un indicator vizual.

1.2 Tema de proiectare

- Sa se realizeze un sistem de reglare a nivelului utilizând ABB-Commander 350.

- Metoda de autoacordarea a regulatoarelor cu Commander 350 prin cele două metode disponibile, A si b.

- Se doreşte să se realizeze comutarea între două regulatoare, un regulator P şi un regulator PI, în funcţie de valoarea erorii staţionare şi să asigure stabilizarea nivelului de lichid din rezervor. Deoarece pompa realizează doar alimentarea cu lichid a rezervoarelor ea va primi doar comenzi pozitive. Trebuie ca debitul de intrare şi cel de ieşire să fie direct proporţionale pentru ca sistemul să nu ajungă în instabilitate.

- Se realizează proiectarea unui regulator care să asigure stabilizarea nivelului de lichid în rezervor la valoarea constantă de 50%. Atât debitul de intrare cât şi debitul de ieşire poate fi perturbat prin valvele manuale şi/sau valvele solenoidale.