Szabályozástechnika alapok - 6. rész
Szabályozástechnika alapok - 6. rész
Füle Sándor, 2001.06.08.
Szabályozások minőségvizsgálata:
Fontos kérdés, mikor van egy szabályozó jól beállítva. A szabályozás minőségének ugyanis vannak elméleti és gyakorlati kritériumai. Sajnos a kettő néha ellentmond egymásnak. Tekintsünk egy példát!
Legyen célunk egy sportcsarnok teremhőmérsékletének szabályozása oly módon, hogy a levegőbefúvó csatornába épített fűtő radiátorba beadott fix hőmérsékletű víz térfogatáramát szabályozzuk. (1. ábra)
Ha elméletileg közelítjük meg a kérdést, a szabályozással szemben az alábbi követelményt is célszerűnek látszik támasztani: A felfűtött terem hőmérsékletét tartsa állandó értéken ! Ez azt jelenti, hogy a terem hőfokát egy érzékeny PI-szabályozóra bízzuk.
A gyakorlati megközelítés: Minimális karbantartást igényeljen.
Hol itt az ellentmondás?
A szabályozó szelepnél. Ha ugyanis a szabályozót úgy állítjuk be, hogy 0,1 fokC hőfokváltozásra azonal reagáljon (picike mozgás) a villamos hajtás folyton elindul, s azonnal megáll. Így kínlódik egész - 3 hónapos - élettartamán át. Ha azt mondtuk volna: A terem hőfoka nyugodtan mozoghat az alapérték +- 0,5 fokC-os tartományában, a szelep századannyit mozogna, tehát élettartama kb. 300 hónapra nőne.
Öreg műszerész és technológus szakik nagyon jól ismerik azokat a köröket, ahol munkát (pénzt) lehet spórolni. Érdemes velük is szót váltani mielőtt nekimérnökösködnénk egy szabályozókörnek.
Általános minőségi követelmények:
Minimális elvárás, hogy a szabályozó egyáltalán stabil legyen, azaz értéktartó szabályozásnál beálljon valahová, követőnél pedig adott hibasávon belül kövesse a vezetőjelét.
A szabályozókör minőségét legszemléletesebben a szabályozott jellemző időfüggvényéből - azaz a trend-jéből állapíthatjuk meg. Nagyon fontos kiemelni, hogy minden szabályozókörnél más és más a minőségi követelmény. Jó ha tudjuk: A szabályozás minőségi vizsgálatának vannak más módszerei is, pl. a frekvenciatartományban vagy operátortartományban való vizsgálatok. Ezekkel sokkal kifinomultabb elemzések végezhetőek, de alkalmazásukhoz sok-sok matek kell...
A teljesség igénye nélkül nézzünk néhány beállítási példát:
Gyors beállás:
Ha olyan körünk van, ahol az állandósult érték körüli hibasávba mihamarabb be kell állnunk, és ott maradni, (mert azon kívül selejtet gyártunk) az elsődleges szempont a Ts beállási idő. Gyors körök általában nagy érzékenységet igényelnek, ami túllövést okoz. Ez látható a jobboldali ábrán.
Túllövés elkerülése:
Ha technológiai okból nem megengedhető, hogy Xs jelentősen meghaladja az állandósult értéket (mert pl. kinyit a biztonsági szelep, vagy a robot belever a munkadarabba), kisebb erősítést állítunk, így egyszer csak elérjük az aperiodikus beállást:
Ennek nem csak az aperiodikus beállás az előnye, hanem a nyugodt viselkedés is. Ha a technológiánk érzékeny a lengésekre, vagy a beavatkozó szerv élettartamát a folyamatos működés jelentősen csökkenti, célszerű ilyet állítani.
Pontos beállás:
Ha az a legfontosabb, hogy Xs minél többet tartózkodjon XA (az alapérték) közelében, (mert pl. a hiba többlet-energiafogyasztást jelent) az integrálkritériumok fognak érdekelni bennünket. Ezek sokan vannak, legáltalánosabb az ún. abszolút integrálkritérium.
Ez azt jelenti, hogy a jobboldali ábrán bekékített területek összegét igyekszünk minimalizálni. Ennek módszere a közepes érzékenység és jól behangolt integrálási idő. Egy csipetnyi differenciáló hatással a végeredmény legtöbbször javítható, de ezzel bánjunk igen óvatosan, mert mint az erős fűszer, túladagoláskor hamar megvadítja ételünket.
Mint láthattuk, a különböző viselkedéseket leginkább a szabályozó erősítése befolyásolja. Javasoljuk, hogy soha ne tekerje fel az erősítést a próbálkozásokkal kikísérletezett maximum-ig, mert egy alattomos, nagy értékű, gyors zavarás hatására kör belenghet. Visszább az erősítést, és szépen beállítani az integrálást. Ez a szabályozókörök lelki békéjének titka.
Ma már a legtöbb PID szabályozó rendelkezik önhangoló (autotuner) képességgel. Fontos tudnunk, hogy az autotuner milyen beállítást végez. Ne érjük be azzal, hogy összeállítjuk a szabályozókört, lefuttatjuk az önhangolást és már megyünk is. Várjunk meg egy-két beállást a nyugodt vacsora érdekében!
A jövő héten a kaszkád szabályozással ismerkedünk.