68
12. SAMOSTROJENIE, ADAPTACJA, PROGRAMOWA ZMIANA
NASTAW
Samostrojenie, albo samonastrajanie, jest operacjÄ… samoczynnego doboru nastaw PID na pod-
stawie danych pomiarowych pochodzÄ…cych z eksperymentu inicjowanego przez operatora.
Adaptacja służy temu samemu, ale dane pomiarowe regulator wybiera automatycznie z prze-
biegów regulacyjnych pracującego układu.
Celem samostrojenia i adaptacji jest wyznaczenie nastaw PID zapewniajÄ…cych szybki
zanik błędu regulacji e, a zarazem takich, że przebiegi e(t) mają zadane przeregulo-
wanie zapewniając odpowiednie tłumienie zakłóceń.
Przebiegi mogą być gładkie (aperiodyczne) lub oscylacyjne. Przy przebiegach oscylacyjnych
regulator lepiej tłumi zakłócenia, ale kosztem większej aktywności sterowania.
Samostrojenie i adaptacja są możliwe tylko dla sterowania ciągłego i 3-pozycyjnego ze sprzę-
żeniem (OUT=CONT, 3POS). Eksperymentem służącym do standardowego samostrojenia
jest sterowanie przekaznikowe. RF-537 może również przeprowadzić samostrojenie precyzyj-
ne, podczas którego bada reakcję układu na bramkowe sygnały testujące i odpowiednio kory-
guje nastawy. Adaptację wykorzystuje się do sterowania procesami, których dynamika z cza-
sem ulega zmianom. RF-537 bierze jednak pod uwagę tylko takie przebiegi e(t), których war-
tości wyraznie przekraczają poziom szumu pomiarowego. Programowa zmiana nastaw po-
zwala uzależnić nastawy od punktu pracy wyznaczonego przez określony sygnał. Krzywe,
według których następuje uzależnienie są parabolami. Wyznacza się je przez 3-krotne samo-
strojenie w różnych punktach zakresu.
12.1. Przełączniki i parametry
Tryby nastawiania bloków PID1, PID2, tzn.: wyłącznie przez operatora CNST, samostrojenie
SELF, programowa zmiana nastaw GAIN, adaptacja ADPT, określają:
Przełączniki konfiguracyjne
" MOD1 - tryb nastawiania bloku PID1: CNST, SELF, GAIN, ADPT
" MOD2 - j.w. ale PID2: CNST, SELF, GAIN
Wartością pierwotną (default) jest SELF, co wskazuje na samostrojenie jako podstawowy
sposób nastawiania. Wchodzi ono zresztą również w skład GAIN i ADPT. Blok PID2, czyli
regulator podrzędny w układzie kaskadowym, nie może pracować w trybie ADPT.
Parametry trybów SELF i ADPT, podane w kolejności w jakiej pojawiają się na wskazniku,
są następujące
(.1 dotyczy PID1, .2 - PID2):
Parametry on-line (dane)
UO.1 - poczÄ…tkowa amplituda przekaznika (PID1): 3...10%
LIM - strefa martwa urzÄ…dzenia wykonawczego: 0.1...5%
OVS.1 - przeregulowanie e(t) : stnd, 0.0...0.7
Over - reakcja na 4-krotnÄ… zmianÄ™ nastaw: no, warn, clmp
69
Accp - akceptacja po samostrojeniu: no, yes
UO.2, OVS.2 -j.w. ale PID2
PID
A
y
w u
e
OBIEKT
ADPT
SELF
Rys.12.1. Układ sterowania podczas samostrojenia SELF
Znaczenie parametrów wyjaśniamy w odniesieniu do układu jednoobwodowego.
UO. Podczas SELF blok PID zostaje zastÄ…piony przez przekaznik, jak na rys.12.1. AmplitudÄ…
przekaznika jest Uo. Pozostaje ono również amplitudą impulsów bramkowych podczas
strojenia precyzyjnego (rys. 12.2) oraz testowania adaptacji (p. 12.5).
U0 U0
u
y0
y
NL U0
SETL PR1 PR2
STROJENIE STANDARDOWE STROJENIE PRECYZYJNE
Rys. 12.2. Typowe przebiegi samostrojenia SELF
LIM. Urządzenie wykonawcze powinno mieć jedną z charakterystyk pokazanych na rys.
12.3. W SELF i ADPT wzmocnienie Kp jest ograniczane do takiej wartości, że pozostałości
szumu pomiarowego w sygnale sterujÄ…cym mieszczÄ… siÄ™ w przedziale ### LIM (limit). W
przeciwnym razie szum oddziaływałby na urządzenie wykonawcze. Jeżeli dla sterowania 3-
pozycyjnego (OUT=3POS) zachodzi warunek
t
P
LIM > LIM3POS = Å"100%
Tu
gdzie tp jest minimalnym czasem włączenia siłownika, a Tu czasem przestawiania (p.10.4),
regulator bierze pod uwagÄ™ LIM3POS a nie LIM.
Jeżeli użytkownik ma trudności z określeniem dokładnej wartości LIM charakteryzującej
urządzenie wykonawcze, wtedy powinien ustawić ją z nadmiarem, a nie z niedomiarem.
70
Rys. 12.3. Charakterystyka urzÄ…dzenia
wykonawczego
OVS. Przeregulowanie OVS (overshoot) sÄ… zdefiniowane jako
E2
OVS =-
E1
za pomocą pików E1, E2 przebiegu błędu e(t) po skokowej zmianie zakłócenia (rys. 12.4).
Dla przebiegu gładkiego (rys.12.4b), w którym E2=0, mamy oczywiście OVS=0. Jak podano
na wstępie, celem SELF i ADPT jest doprowadzenie do przebiegu o zadanym
przeregulowaniu OVS i możliwie krótkim czasie ustalania ts (settling time).
e
e
E1 E1
t
t
T
p
E2
2 ts
ts
Rys.12.4. Typowe przebiegi błędu e(t) przy zakłóceniach skokowych: a) oscylacyjny - OVS > 0,
(trzeci pik na ogół nie jest widoczny na tle szumu), b) gładki - OVS = 0
Ustawienie OVS=stnd (standard) oznacza, że układ nie wymaga precyzyjnego nastrojenia. W
takim wypadku RF-537 kończy SELF lub ADPT po uzyskaniu przebiegu, w którym
faktyczne przeregulowanie mieści się w przedziale 0...0.4. Przebieg ten może być albo gładki,
albo słabo oscylacyjny.
Over. Parametr ten dotyczy wyłącznie adaptacji ADPT. Jeżeli jedna lub więcej nastaw PID
zmieniła 4-krotnie wartość w stosunku do początkowej ustawionej wcześniej w SELF, wtedy
RF-537 może:
" nie reagować - Over = no
" alarmować, ale nie wstrzymując dalszych zmian - Over = warn
" wstrzymać dalsze zmiany, jednocześnie alarmując - Over = clmp (clamping).
Jeśli trzeba, nowe wartości początkowe można ustawić w parametryzacji PARM (jako KP.0,
Ti.0 itd. p. 12.5), albo określić je ponownie przechodząc do SELF.
Accp. Jeżeli nastawy PID wyznaczone w SELF mają być zaakceptowane przed zapisem do
pamięci EEPROM (zob. następny punkt), wówczas ustawia się Accp = yes. W przeciwnym
razie zostanÄ… zapisane automatycznie (Accp = no), po czym regulator przejdzie do stanu
Auto podejmując według nich sterowanie.
Uzupełnienia
PID, PI. Na podstawie poziomu szumu NL, własności dynamiczne obiektu oraz strefy
martwej LIM, RF-537 ustala, czy zastosować działanie PID, czy PI (Td=off). Wiadomo, że
działanie PI jest korzystniejsze przy znacznym poziomie szumu, dla obiektów inercyjnych
bez opóznień, obiektów o znacznym opóznieniu oraz regulatora podrzędnego w kaskadzie.
71
OUT=CONT, 3POS. Jak podano na wstępie, SELF i ADPT są możliwe tylko przy sterowaniu
ciągłym CONT i 3-pozycyjnym 3POS (ze sprzężeniem). Sterowanie krokowe 3STP na to nie
pozwala, ponieważ nie wiadomo, czy siłownik jest w stanie wykonać ruch zadany przez
regulator. Z kolei przy sterowaniu dwupołożeniowym 2POS (p.11.2) ustawienie znacznego
okresu fali prostokątnej Tw powoduje, że po przejściu przez obiekt wygląda ona jak
stosunkowo silne zakłócenie periodyczne, którego filtr zmiennej procesowej nie jest w stanie
usunąć.
Układ kaskadowy. Regulator podrzędny PID2 jest zawsze typu PI (w SELF i ADPT).
Strojenie PID2 należy przeprowadzać w stanie Man. W stanie Auto jest strojony PID1. W tym
przypadku amplituda UO.1 zmiany wielkości zadanej dla PID2. Oczywiście najpierw należy
nastroić PID2, a potem PID1.
Nieczułość A. Parametry OVS określa wymagane przeregulowanie dla układu bez strefy
nieczułości A (p.9.1). Jeżeli więc ustawiono niezerowe A, to podczas SELF regulator
tymczasowo przyjmuje A=0. Po SELF A wraca do poprzedniej wartości, co naturalnie
redukuje działanie regulacyjne tym silniej im mniejszy błąd e. Zamiast przebiegów
oscylacyjnych występują więc przebiegi gładkie i dopiero przy znacznych błędach e
faktyczne przeregulowanie zbliży się do wymaganego.
12.2. Obsługa, przebieg i wynik samostrojenia
Przed przystąpieniem do samostrojenia należy upewnić się, czy stała czasowa AI.T filtru
wejścia analogowego zmiennej procesowej jest odpowiednia. W układzie regulacji stosunku
lub nadążnym należy także sprawdzić stałe czasowe filtrów tych wejść, które określają
wielkość zadaną. Następnie trzeba:
Doprowadzić proces do stanu ustalonego.
Jest to dla SELF warunek konieczny, którego ew. niespełnienie spowoduje alarm. Nie ma
znaczenia, czy doprowadzenie do stanu ustalonego następuje w stanie Man, czy w Auto.
Teraz na wskazniku należy ustawić ADPT za pomocą przycisku V (p. 4.2). Po naciśnięciu I/E
pojawia się napis SELF potwierdzający gotowość przejścia do następnego kroku
(Input/Enter). Gdyby jednak nacisnąć V, RF-537 powróci do normalnej pracy NORM
wyświetlając na wskazniku wartość zmiennej wiodącej NOR1. Podobnie będzie w następnych
krokach, tzn.
Za pomocą przycisku I/E przechodzi się do kolejnych kroków SELF. Przycisk V
umożliwia powrót do NORM.
Pełny schemat SELF podano na rys. 12.5. Operacje wykonywane w kolejnych krokach
omówiono niżej.
Dane. Pierwszą daną, czyli parametrem, który pojawia się po następnym naciśnięciu I/E jest
amplituda przekaznika Uo prezentowana w cyklu nazwa/wartość (3+1s), podobnie jak
podczas parametryzacji PARM. Znaczenie danych Uo , LIM, OVS, Over i Accp omówiono w
poprzednim punkcie. Dane można przeglądać i ewentualnie zmieniać za pomocą przycisku
A/M (Alter/Move) oraz przycisków trójkątnych (jak w PARM). Po naciśnięciu I/E
przechodzimy do następnego kroku.
72
Rys. 12.5. Schemat samostrojenia SELF
73
STDY=YES? Przełączane napisy STDY i YES? należy rozumieć jako ponowne pytanie o to,
czy proces znajduje się już w stanie ustalonym (steady), a więc można rozpoczynać ekspery-
ment. Naciśnięcie I/E oznacza odpowiedz pozytywną.
Strojenie standardowe. Przebiegi sterowania u i wejścia y podczas SELF pokazano
poprzednio na rys. 12.2. Przez pierwsze 3 minuty regulator nie zmienia sterowania śledząc
poziom szumu pomiarowego, którego ślady pozostały jeszcze w y pomimo filtracji. Na
wskazniku widnieje wtedy napis NL (noise level). Po 3 minutach RF-537:
1) wybiera strefę histerezy przekaznika H, tak aby z dostatecznym zapasem objęła NL
2) ustawia tymczasem wielkość zadaną w na wartość yo będącą średnią z y określaną w ciągu
minionych 3 minut,
a następnie rozpoczyna sterowanie przekaznikowe. Trwa ono aż drgania się ustalą, co zwykle
wymaga 4 do 6 przełączeń. Przebieg błędu e(t) jest zapisywany do bufora RAM.
Na wskazniku widnieje UO, a po nim numer przełączenia, tzn. UO 1, UO 2, itd. Gdy drgania
się ustalą, regulator rejestruje ich amplitudę Ao i okres To oraz na podstawie wartości e(t)
zapisanych w buforze wybiera lagorytm PID lub PI określając nastawy zmodyfikowaną
metodą Zieglera-Nicholsa (p. 12.4). Po określeniu nastaw przekaznik jest zastępowany przez
blok PID, który sprowadza błąd regulacji do zera (rys. 12.2). Z przebiegu zanikania określa
się aktualne przeregulowanie O_VS i okres Tp (rys. 12.4). Jeżeli przebieg jest gładki, Tp
reprezentuje zastępczą stałą czasową. W momencie włączenia PID na wskazniku pojawia się
napis SETL (settling). Jeżeli RF-537 ma być nastrojony standardowo (OVS=stnd), na SETL
eksperyment się kończy. W przypadku gdy Accp=no, nastawy PID zostają zapisane do
pamięci EEPROM, RF-537 przechodzi do stanu Auto i podejmuje sterowanie.
Strojenie precyzyjne. Jest przeprowadzane, jeżeli parametrowi OVS nadano konkretną
wartość liczbową, np. 0.3, a nie stnd. Utrzymując nadal w=y0 regulator zmienia skokowo
sygnał wytworzony przez blok PID o wartość Uo i sumę u=uPID+Uo podaje na obiekt (ew.
uPID-Uo, p.12.5). Skutek jest więc taki, jakby rzeczywiście pojawiło się zakłócenie skokowe.
Z rejestrowanego przebiegi e(t) regulator określa nowe O_VS i Tp, po czym tak koryguje
nastawy, aby następny przebieg osiągnął wymagane przeregulowanie zanikając przy tym
możliwie szybko. Po pewnej zwłoce, która następuje po każdej zmianie nastaw, impuls
bramkowy zostaje zakończony (rys. 12.2), czyli u=uPID. Dla bloku PID wygląda to znów jak
zakłócenie skokowe, tyle że w przeciwnym kierunku. RF-537 ponownie rejestruje przebieg,
określa O_VS, Tp i po raz drugi koryguje nastawy. Jeżeli ostatnie O_VS jest dostatecznie
bliskie zadanemu O_VS strojenie pozycyjne zostaje zakończone. Jeżeli nie, RF-537 generuje
drugi impuls bramkowy. Należy podkreślić, że nastawy są korygowane dwukrotnie.
Ten sam algorytm jest stosowany w adaptacji (p. 12.5). Podczas strojenia precyzyjnego na
wskazniku widnieje PR wraz z numerem kolejnego skoku (PR 1, PR 2 itd.).
Liczba impulsów bramkowych jest ograniczona do dwóch. Gdyby drugi impuls nie
doprowadził do precyzyjnego nastrojenia, regulator samoczynnie ustawia OVS=stnd
generując jednocześnie ostrzeżenie warn=stnd (tabl. 12.3). Po potwierdzeniu ostrzeżenia
naciśnięciem I/E automatycznie przechodzi do wyników.
Jeżeli strojenie precyzyjne zakończyło się pomyślnie, o dalszym postępowaniu decyduje flaga
Accp.
Wyniki. Jeżeli Accp=yes, po zakończeniu strojenia standardowego lub precyzyjnego na
wskazniku pojawia się NL na przemian ze swą wartością (cykl 3+1s). Za pomocą przycisków
trójkątnych można przeglądnąć wszystkie wyniki bezpośrednie, czyli
NL, H, Ao , To , O_VS, TP
74
O_VS i TP dotyczą ostatniego przebiegu e(t). Wyników tych nie można zmieniać (przycisk
A/M nieaktywny). Po nich można odczytać wartości ostatnich nastaw, które określiło SELF,
czyli
Kp , Ti , Td , d - SELF, ADPT, GAIN
Pozostałe parametry bloku PID, tzn. uo , A, ul, uH, c3 (p. 9.1) nie są objęte samostrojeniem,
adaptacją ani programową zmianą nastaw. W przeciwieństwie do wyników bezpośrednich,
nastawy Kp , Ti , Td , d można ew. zmieniać (przycisk A/M aktywny, na razie nastawy rezydują
jeszcze w pamięci RAM). Można także zmienić dane - Uo, LIM, OVS, OVER, Accp, co
przydaje się, gdy strojenie precyzyjne ma być powtórzone. W normalnych przypadkach po
przeglądnięciu wyników naciskamy I/E.
PID=YES? Przełączane napisy PID, YES? należy rozumieć jako żądanie potwierdzenia
zapisu nastaw do EEPROM i zakończenia SELF z przejściem do Auto (rys. 12.5). Naciśnięcie
I/E oznacza potwierdzenie. W Auto wielkość zadana w przyjmuje wartość odpowiadającą
skonfigurowanej strukturze STR (rozdz.8).
NO? Jeżeli podczas wyświetlania PID=YES? naciśniemy V, RF-537 zinterpretuje to jako
polecenie odrzucenia wyników. Pyta wtedy pulsującym NO?, czy rzeczywiście ma tak
uczynić. Jeżeli naciśnięcie V było przypadkowe, po naciśnięciu I/E regulator wraca do
wyników. Natomiast ponowne naciśnięcie V usuwa wyniki z pamięci powodując powrót do
NORM.
PREC=YES? Naciśnięcie V podczas wyświetlania wyników jest traktowane jako żądanie
strojenia precyzyjnego (być może ponownego). Ponieważ wydłuży to SELF, regulator
oczekuje na potwierdzenie pytając PREC=YES?. Po potwierdzeniu naciśnięciem I/E, RF-537
generuje impuls bramkowy Uo (rys. 12.2), wyświetla PR 1 itd. Ponowne naciśnięcie V
podczas PREC=YES? powoduje powrót do wyników. Z PREC=YES? korzysta się na ogół
wtedy, gdy po nastrojeniu standardowym i przeglądnięciu wyników uznano, że potrzebne jest
jednak strojenie precyzyjne.
V - przerwanie SELF. Samostrojenie można w każdej chwili przerwać naciskając V, na co
RF-537 reaguje alarmem ALMS=V (rys. 12.6, alarm SELF). Ponowne zaciśnięcie V
powoduje powrót do NORM. Jeżeli jednak naciśniemy I/E, regulator wraca do danych lub
wyników zależnie od tego, czy zostało przerwane strojenie standardowe, czy precyzyjne. RF-
537 sam przerywa SELF, gdy wykrył błąd, np. niedoprowadzenie do stanu ustalonego, albo
gdy sterowanie u zostało odłączone od wyjścia (OUT). W takim przypadku po ALMS pojawia
się nie V, ale właściwy kod błędu (tabl. 12.2). Reakcja na naciśnięcie V lub I/E pozostaje taka
sama.
Po naciśnięciu V regulator wraca w NORM do tego spośród stanów Man, Auto, w
którym był przed SELF
Uwagi
### 45 sekund. Jeżeli podczas wyświetlania napisów ADPT, SELF lub danych w ciągu 45
sekund nie zostanie naciśnięty żaden aktywny przycisk, to regulator wraca do NORM,
podobnie jak w VIEW, LAMP, czy PARM (p. 4.2). Przez ostatnie 15 sekund wyświetlany
napis pulsuje.
### SELF, RUN, STOP. Podczas wyświetlania ADPT, co 3 sekundy na moment pojawia
się SELF (3+1s). Jeżeli regulator został skonfigurowany jako adaptacyjny, to oprócz
SELF może pojawić się także RUN lub STOP (p. 12.5).
75
LED Adapt, przycisk A/M i LED-y A, M
Adapt. Zachowanie LED-a Adapt w SELF ilustruje tabl. 12.1a. Podczas prezentacji danych i
wyników Adapt świeci, a podczas strojenia standardowego i precyzyjnego pulsuje. Zachowa-
nie po zakończeniu SELF zależy od trybu MOD (p. 12.1). Dla MOD=CNST, SELF, GAIN
LED Adapt jest zgaszony, a dla MOD=ADPT świeci albo pulsuje (p. 12.5).
Tabl. 12.1. Zachowanie LED-ów podczas SELF: a) LED Adapt, b) LED-y A,M
Dane
Strojenie LED M LED A
Wyniki
A/M. Podczas SELF przycisk A/M służy do przeglądania i ew. zmiany danych i wyników. W
pozostałych krokach jest nieaktywny. Nie ma bowiem potrzeby dokonywania przełączeń Au-
to/Man, ponieważ z góry wiadomo, że po pomyślnym zakończeniu SELF regulator automa-
tycznie przejdzie do Auto. Aby to wyrazniej zaznaczyć, LED M w SELF pozostaje zgaszony,
a LED A błyska co kilka sekund. Gdyby po SELF pożądany był stan Man, wówczas w da-
nych należy ustawić Accp=yes, a po potwierdzeniu PID=YES?, gdy regulator znajdzie się w
Auto i LED A zacznie świecić, należy od razu przejść do Man naciskając A/M.
Powtórzmy, że w przypadku kaskady blok PID2 nastraja się przechodząc do SELF w stanie
Man, a PID1 - w Auto.
12.3. Alarmy i ostrzeżenia
Alarmy
RF-537 przerywa samostrojenie, jeśli stwierdza, że przy aktualnych danych, poziomie szumu,
zakłóceniach, właściwościach obiektu itp. przeprowadzany eksperyment nie da
zadowalających wyników. Sytuację taką sygnalizuje alarmem ALMS podając jednocześnie
kod błędu. Jak podawano, ALMS potwierdza się naciskając V lub I/E. Po V regulator
przechodzi do NORM, a po I/E do danych lub wyników (rys. 12.5).
Listę alarmów ALMS podano w tabl. 12.2 wraz z zalecanymi czynnościami
zapobiegawczymi. Niżej podano, w których fazach samostrojenia mogą pojawić się
poszczególne alarmy, co zarazem wskazuje na mechanizmy zabezpieczające, w jakie jest
wyposażony SELF. Alarm ALMS=V wywołany naciśnięciem V omówiono poprzednio.
Alarmy HNL i NSTS mogą pojawić się w ciągu początkowych 3 minut, z tym, że NSTS raczej
dla obiektów szybkich (np. regulacja przepływu). Podczas 2 pierwszych przełączeń mogą
wystąpić NREA, DIR, U0S i SLOW. SLOW może także pojawić się pózniej, wraz z FAST,
ASYM i 9SWI. ASYM dotyczy na ogół wolnych obiektów, których stan nieustalony nie
zdążył się ujawnić na początku (regulacja temperatury). uLH i OUT mogą oczywiście
wystąpić zarówno podczas strojenia standardowego jak i precyzyjnego.
76
Tabl. 12.2. Alarmy sygnalizowane podczas samostrojenia SELF
Kod Przyczyna Czynność zapobiegawcza
V naciśnięcie przycisku V
çÅ‚
HNL wysoki poziom szumu pomiarowego zwiększyć stałą czasową AI.T filtru zmiennej
procesowej
-ponad Ä… 1% (high noise level)
NSTS proces nie znajduje się w stanie ustalonym doprowadzić do stanu ustalonego
(not at steady-state)
NREA obiekt nie reaguje na sterowanie Uo w ciągu 1 sprawdzić połączenia kabli i sprawność
godziny (no reaction) urzÄ…dzenie wykonawczego
DIR reakcja obiektu w kierunku odwrotnym niż DIR 1) zmienić ustawienie przełącznika DIR
(norm, revs) ze względu na: 2) samostrojenie i adaptacja niemożliwe
1) błędne połączenie (direction)
2) obiekt nietypowy (np. nieminimalnofazowy)
U0S zbyt słaba reakcja obiektu na sterowanie Uo w zwiększyć amplitudę Uo, ewentualnie zwiększyć
stosunku do poziomu szumów (Uo small) AI.T
SLOW przełączenie przekaznika nie nastąpiło w ciągu 2 samostrojenie i adaptacja niemożliwe
godz. - obiekt zbyt wolny
FAST przełączenia zbyt częste - obiekt zbyt szybki samostrojenie i adaptacja możliwe po zwiększeniu
AI.T i poprzestajÄ…c na OVS=stnd
ASYM asymetria czasów włączenia w kierunkach +,- 1) doprowadzić do stanu ustalonego
ze względu na: 2) samostrojenie i adaptacja niemożliwe
1) stan nieustalony, 2) obiekt nietypowy
9SWI sterowanie przekaznikowe nie ustaliło się pomimo zwiększyć Uo, usunąć zródło zakłóceń, ew.
9 przełączeń ze względu na zwiększony szum lub zwiększyć AI.T
zakłócenia (9 switchings)
uLH sterowanie ograniczone przez uL lub uH zwiększyć odstęp między uL a uH
OUT sygnał z bloku PID został odłączony od wyjścia usunąć przyczynę odłączenia lub blokady
przez wejścia binarne S, Mr, T, D, R lub
zablokowany przez uBL, SVFL (zob. rozdz. 11)
HFu wzrost poziomu szumów wysokoczęsto- zwiększyć stałą czasową AI.T, powtórzyć
tliwościowych, które zaczęły oddziaływać na strojenie precyzyjne (PREC=YES?) poprzestając
sterowanie (high frequency at u) ew. na OVS=stnd
RAMP przebieg gładki aperiodyczny, który w 1) usunąć zródło zakłóceń, powtórzyć strojenie
wymaganym czasie nie ustalił się ze względu na: precyzyjne poprzestając ew. na OVS=stnd
1) zakłócenia 2) jeżeli zmiany nadal spodziewane, przejść na
sterowanie adaptacyjne z OVS=stnd
2) zmiany własności dynamicznych obiektu
APER przebieg gładki o silnie zróżnicowanych stałych
jak RAMP
czasowych (niekorzystne) z powodów jak RAMP
OOSC przebieg jednostronnie oscylacyjny z powodów
jak RAMP (one-sided oscillations)
jak RAMP
UNST przebieg niestabilny spowodowany przez: 1) usunąć zródło dudnień , powtórzyć strojenie
1) dudnienia o częstotliwości w zakresie pracy precyzyjne, ew. DMP=stnd
regulatora (unstable) 2) samostrojenie i adaptacja niemożliwe
2) silne ciągłe zmiany właściwości obiektu
77
Pozostałe alarmy, tzn. HFu, RAMP, APER, OOSC i UNST dotyczą ustalania (SETL) po ste-
rowaniu przekaznikowym lub strojenia precyzyjnego (PR). Występują one jednak tylko wów-
czas, gdy pomimo prób regulatorowi nie udało się doprowadzić do zadowalających przebie-
gów. Zdarza się to przy silnych zakłóceniach, zmianach właściwości dynamicznych obiektu,
albo gdy obiekt nie należy w ogóle do typowych dla automatyzacji procesów technologicz-
nych. Nieudane próby są sygnalizowane jako ostrzeżenia (warn). Jest ich jednak nie więcej
niż 3. Po 4-tej nieudanej próbie RF-537 sygnalizuje ALMS i przerywa SELF.
Ostrzeżenia
W sytuacjach, gdy SELF daje wyniki tylko częściowo zgodne z oczekiwaniami, albo
eksperyment się przeciąga, RF-537 reaguje ostrzeżeniem (warning) postaci warn = stnd,
HFu, RAMP itd. Samostrojenie nie jest przerywane, ale warn i kod pulsują, aż do momentu
naciśnięcia I/E. Nawet, gdy SELF się zakończy i regulator przejdzie do Auto (Accp=no), to i
tak ostrzeżenie nadal oczekuje na potwierdzenie.
Listę ostrzeżeń podano w tabl.12.3 wraz z przyczynami. warn=stnd może pojawić się po
strojeniu precyzyjnym. Ostrzeżenia HFu, RAMP, APER, OOSC i UNST świadczą o
zwiększeniu szumu, zakłóceniach lub zmianie właściwości obiektu. Mogą one wystąpić
podczas ustalania po sterowaniu przekaznikowym lub podczas strojenia precyzyjnego, ale ich
liczba jest ograniczona do 3 (potem pojawia siÄ™ ALMS).
Tabl.12.3. Ostrzeżenia warn mogące pojawić się w SELF
Kod Przyczyna
stnd nie udało się uzyskać zadanego przeregulowania OVS (zbyt małe Uo), wobec czego ustawiono
OVS=stnd
HFu wzrost poziomu szumów wysokoczęstotliwościowych, które zaczęły oddziaływać na sterowanie u
RAMP przebieg gładki, który w wymaganym czasie nie ustalił się
APER przebieg gładki o silnie zróżnicowanych stałych czasowych
OOSC przebieg jednostronnie oscylacyjny
UNST przebieg niestabilny
Jeżeli wystąpiło nowe ostrzeżenie, a poprzednie nie zostało jeszcze potwierdzone, to po
potwierdzeniu nowego poprzednie jest przywoływane i trzeba je również potwierdzić. Jak
widać, informacje o nieprawidłowościach nie giną, ale są zapamiętywane. W sytuacji, gdy
najpierw pojawiały się ostrzeżenia, których jednak nie potwierdzano, a potem alarm
przerywający SELF, to po naciśnięciu V lub I/E ostrzeżenia również są przywoływane.
Dopiero po ich potwierdzeniu RF-537 przechodzi do danych lub wyników (por. rys.12.5).
12.4. Nastawy Td, d. Filtr Tw. Obliczenia
Nastawy Td , d
Jeżeli wobec niewielkiego poziomu szumu RF-537 został w SELF nastrojony jako PID, to
nastawy Td , d są określone jako:
Td = 0.23Ti , d=5.2
Można się o tym przekonać obserwując wyniki. Td = 0.23Ti odpowiada z grubsza znanym
78
nastawom Zieglera-Nicholsa1, zaś d o wartości 5 jest typowe dla automatyzacji procesów.
Filtr wielkości zadanej - Tw
Filtr ten usuwa przeregulowania zmiennej procesowej przy skokowych zmianach wielkości
zadanej w. Podczas SELF stała czasowa Tw pełni tylko rolę flagi wskazującej, czy w będzie
filtrowane - Tw `" off, czy nie - Tw = off.
Jeżeli Tw `" off, SELF ustawia Tw na wartość Ti .
(Tzn. jak czas całkowania regulatora). Po zakończeniu SELF Tw można ew. zmienić
przechodząc do PARM. Nie ma jednak sensu zminiać wartości Tw w trybie ADPT, bo tam
każda zmiana nastaw pociąga za sobą ustawienie Tw =Ti (jeśli Tw `" off).
Obliczenia
Niżej w celu zorientowania użytkownika scharakteryzujemy krótko obliczenia, które
regulator wykonuje podczas standardowego strojenia wyznaczajÄ…c nastawy dla ustalania
SETL (rys.12.2). Pojawiają się one w wynikach, o ile OVS=stnd i nie wystąpiło ostrzeżenie.
Istotną rolę odgrywa bufor pamięci RAM, w którym regulator rejestruje kolejne przebiegi.
Poziom szumu. Z przebiegu zarejestrowanego w ciągu początkowych 3 minut RF-537 określa
Å›redniÄ… yo i odchylenie standardowe Ã. Åšrednia jest wartoÅ›ciÄ… zadanÄ… w SELF. Poziom szumu
NL przyjmuje siÄ™ jako 3Ã, a histerezÄ™ H o poÅ‚owÄ™ wiÄ™kszÄ….
Sterowanie przekaznikowe. Z przebiegu drgań ustalonych dysponując okresem To , regulator
wyznacza amplitudę pierwszej harmonicznej A1 (A1 jest mniejsze niż Ao prezentowane w
wynikach). Na podstawie A1 i H jest wyznaczana wartość funkcji opisującej przekaznika, a
nastÄ™pnie wartość transmitancji obiektu Go(jÉo) dla czÄ™stotliwoÅ›ci Éo =2Ä„/To.
Nastawy dla SETL. Dwie faktycznie niezależne nastawy Kp i Ti są wyznaczane z warunków
R(jÉo)Go(jÉo) =0.5e-j135°,
w którym R oznacza transmitancję PID lub PI. W przypadku PID regulator uwzględnia
Td=0.23Ti i d=5.2. Warunek powyższy pochodzi z pracy Industrial adaptive controllers
based on frequency response techniques (T. Hägglund, K. J Åström, Automatica, 1991).
Jeżeli wyznaczone wzmocnienie Kp przekracza wartość a Å" LIM/(d + 1)NL dla PID i
a Å" LIM/NL dla PI, gdzie a jest pewnym współczynnikiem, wówczas Kp jest odpowiednio
redukowane. Uniemożliwia to szumowi pomiarowemu oddziaływanie na urządzenie
wykonawcze.
12.5. Adaptacja
Charakterystyka ogólna
Podczas adaptacji regulator RF-537 dostosowuje się automatycznie do zmiennych właściwo-
ści dynamicznych obiektu dążąc do minimalizacji czasu trwania przebiegów przy zachowaniu
zadanego przeregulowania OVS. Bierze jednak pod uwagÄ™ tylko takie przebiegi, gdzie pierw-
sza amplituda E1 przynajmniej kilkakrotnie przekracza poziom szumu NL lub strefę nieczuło-
1
Dla Td = 0.23Ti, d=5.2 transmitancja PID ma postać (w przybliżeniu): KP 62 (s + z)2 / s(s + 10z) ,
.
z = 19 / Ti zatem w liczniku występuje pierwiastek podwójny. Podobnie jest w przypadku nastaw Zieglera-
.
Nicholsa, gdzie wprawdzie Td =0.25Ti,ale d= " (różniczkowanie bez filtracji).
79
ści A. Wymaga to oczywiście dostatecznie silnego zakłócenia lub wyraznej skokowej zmiany
wielkości zadanej (co na ogół nie zdarza się często).
Przebieg e(t) spełniający te warunki jest rejestrowany w RAM. RF-537 określa aktualne prze-
regulowanie O_VS i okres Tp. Jeżeli przebieg jest gładki, Tp reprezentuje zastępczą stałą cza-
sową. Na podstawie różnicy między OVS a O_VS oraz stosunku Tp do Ti, który stanowi in-
formację częstotliwościową, regulator koryguje Kp, Ti. W przypadku PID ustawia
jednocześnie Td=0.23Ti (d=5.2).
Niezależnie od oczekiwania na znaczny błąd e, RF-537 śledzi stale poziom szumu w paśmie
przewyższającym zakres pracy układu interpretując go jako aktualne NL. Bierze to pod
uwagę przy korekcji nastaw. Przy wyraznym wzroście NL szum może przedostać się na
wyjście przekraczając strefę martwą LIM, o czym świadczą szybkie ruchy urządzenia
wykonawczego. RF-537 wykrywa taką sytuację i automatycznie zmniejsza o połowę
wzmocnienie Kp.
Obsługa adaptacji
Jak podano w p.12.1, warunkiem adaptacji jest ustawienie przełącznika konfiguracyjnego
MOD1 na ADPT (w układzie kaskadowym tylko regulator wiodący może pracować jako
adaptacyjny). Adaptacja musi być poprzedzona samostrojeniem SELF dostarczającym nastaw
poczÄ…tkowych Kpo, Tio, Tdo, d o. Dla adaptacji wystarcza strojenie standardowe, OVS=stnd, bo
i tak zmiany w obiekcie naruszÄ… z czasem precyzyjnie ustawione przeregulowanie.
Procedura adaptacji może znajdować się w jednym z trzech stanów:
" SELF - samostrojenie dostarczajÄ…ce nastaw poczÄ…tkowych
" RUN - praca adaptacji, z tym, że korekta nastaw następuje tylko w Auto
" STOP - zatrzymanie adaptacji przez operatora.
W RUN-Man adaptacja jest zawieszona - nastawy nie są korygowane, ale po naciśnięciu
A/M, czyli przejściu do RUN-Auto, zostaje automatycznie uruchomiona. Przestawienia
adaptacji ze stanu STOP do RUN może dokonać tylko operator.
Obsługę adaptacji ilustruje schemat z rys 12.6. Po ustawieniu ADPT za pomocą V i
naciśnięciu I/E na wskazniku pojawia się napis RUN, STOP lub SELF reprezentujący
aktualny stan. Jeżeli nastawy początkowe nie zostały jeszcze określone, stanem aktualnym
jest SELF. Przejście z SELF do RUN lub STOP jest wtedy niemożliwe.
Po normalnym zakończeniu SELF, czyli przejściu do Auto, adaptacja zostaje
automatycznie aktywowana - RUN.
Sygnalizuje to świecący LED Adapt.
Wyniki. Jeżeli przy RUN na wskazniku naciśniemy I/E, procedura adaptacji przechodzi do
prezentacji aktualnych wyników. Składają się na nie:
" pomiary bezpośrednie - NL, E1, O_VS, Tp
" aktualne nastawy - Kp , Ti , Td , d
o
" nastawy poczÄ…tkowe - Ko , Tio , Tdo , d
p
" dane - Uo , LIM, OVS, REG, OVER, Accp .
NL jest aktualnym poziomem szumu, natomiast E1 , O_VS, Tp dotyczÄ… ostatnio
zarejestrowanego przebiegu.
80
Zerowe wartości E1 i O_VS oznaczają, że ostatnią korektą nastaw była redukcja
wzmocnienia Kp ze względu na szum, który przenosił się na urządzenie wykonawcze.
Podobnie jak poprzednio, jeśli RF-537 pracuje jako regulator PID, zmiana nastaw jest możli-
o
wa tylko w odniesieniu do Kp , Ti , lub K , Tio . Próba zmiany Td lub d inicjowana naciśnię-
p
ciem A/M powoduje pulsowanie wskaznika. Podczas adaptacji dotyczy to również parame-
tryzacji PARM.
Nie ma ograniczeń w odniesieniu do zmian danych Uo , LIM itd. W przypadku wyników prze-
glądanych w STOP pomiary są takie, jak w momencie przejścia do STOP (łącznie z NL).
RUN-STOP-SELF. Jeżeli nastawy początkowe zostały w SELF wytworzone, po czym regu-
lator znalazł się w stanie RUN-Auto, to po ustawieniu ADPT i naciśnięciu I/E na wskazniku
pojawi się RUN. Gdyby adaptację w międzyczasie zatrzymano, zamiast RUN pojawiłoby się
STOP.
Za pomocą przycisków trójkątnych można ustawiać RUN, STOP lub SELF.
Nie oznacza to jednak jeszcze natychmiastowej zmiany stanu adaptacji. Dopiero:
Po naciśnięciu V, I/E lub 45 sekundach procedura adaptacji przyjmuje stan usta-
wiony na wskazniku.
81
Jeżeli naciśnięto V lub minęło 45 sekund, regulator przechodzi do NORM, a jeżeli I/E - do
wyników. Przez ostatnie 15 z 45-ciu sekund wskaznik pulsuje.
TEST=YES?. W przypadku, gdy błąd e przez dłuższy czas pozostaje nieznaczny, a zachodzi
przypuszczenie, że obiekt zmienił właściwości dynamiczne, adaptację można pobudzić za
pomocÄ… bramkowego impulsu testujÄ…cego o amplitudzie Uo, jak przy strojeniu precyzyjnym
(rys. 12.2). Jeżeli podczas przeglądania wyników w RUN naciśniemy I/E, na wskazniku poja-
wia się pytanie TEST=YES? (rys. 12.6). Ponowne naciśnięcie I/E powoduje dodanie do sy-
gnału uPID wartości +Uo lub -Uo i skierowanie na obiekt sumy u=uPIDąUo. Trwa to dopóty, aż
regulator po analizie wynikowego przebiegu dokona pierwszej korekty nastaw (por. p. 12.2).
Po tym następuje powrót do u=uPID, analiza drugiego przebiegu i ponowna korekta nastaw.
Rezultat testu można ocenić wracając do RUN-wyniki.
Określając kierunek impulsu bramkowego regulator dąży do zmniejszenia prawdopodobień-
stwa naruszenia ograniczeń sterowania uL, uH podczas drugiego przebiegu. Podczas pierwsze-
go przebiegu prawdopodobieństwo to jest większe, ale dzięki temu druga korekta może być
precyzyjniejsza . Jeżeli więc w momencie naciśnięcia I/E aktualne u jest bliższe uH niż uL, a
obiekt reaguje wzrostem y na wzrost u (DIR=norm), wówczas uPID jest zwiększane o Uo ,tzn.
u=uPID+Uo. W przeciwnym razie mamy u=uPID-Uo. Według tej samej reguły określa się kie-
runek impulsu przy strojeniu precyzyjnym (p. 12.2)2.
Przez kilka sekund od momentu naciśnięcia I/E regulator wyświetla na wskazniku U0 lub -U0
sygnalizując rozpoczęcie testu. Niedługo potem LED Adapt zaczyna pulsować wskazując, że
błąd e narasta (zob. niżej).
Jeżeli podczas wyświetlania TEST=YES? naciśniemy V, RF-537 powróci do NORM nie ge-
nerując impulsu. Impuls można przerwać naciskając V w trakcie wyświetlania U0 (rys. 12.6)
Tabl. 12.4. Zachowanie LED-a Adapt podczas adaptacji
Adapt Znaczenie
RUN - błąd e mały,
nastawy nie korygowane
RUN - błąd e znaczny lub urządzenie
wykonawcze aktywowane przez szum,
nastawy korygowane
STOP - adaptacja zatrzymana
LED Adapt. Zachowanie LED-a Adapt ilustruje tabl.12.4. W przypadku znacznych wartości
e Adapt pulsuje sygnalizując, że trwa rejestracja przebiegu. Zakończenie pulsowania świad-
czy zwykle o skorygowaniu nastaw, co można stwierdzić przeglądając wyniki. Pulsowanie
rozpoczyna się od momentu, gdy błąd e 2-krotnie przekracza poziom szumu NL lub nieczu-
łość A (ściślej - większą z tych wartości). Pulsowanie występuje również, gdy urządzenie wy-
konawcze przez 3 minuty wykonywało szybkie ruchy spowodowane wzrostem szumu i regu-
lator zmniejszył wzmocnienie (pulsowanie trwa przez następne 3 minuty). Stan STOP jest
sygnalizowany błyskaniem Adapt w kilka sekund, co wskazuje na gotowość regulatora do
wznowienia adaptacji. W tym celu operator powinien: 1) doprowadzić do STOP na wskazni-
2
Praktycznie nie ma to jednak znaczenia, bo i tak naruszenie ograniczeń powoduje alarm ALMS=uLH (Tabl.
12.2) i regulator przerywa strojenie.
82
ku, 2) przyciskami trójkątnymi ustawić RUN, 3) nacisnąć V lub I/E, albo zaczekać 45 sekund
por. rys. 12.6).
Alarm AAOV. Gdy przynajmniej jedna z aktualnych nastaw Kp, Ti zaczyna 4-krotnie różnić
o
siÄ™ od poczÄ…tkowej Kp , Tio , a danÄ… Over ustawiono na yes lub clmp, RF-537 zaczyna alar-
mować pulsującym napisem AAOV (alarm - adaptation - over). Potwierdza się go naciskając
V, podobnie jak pozostałe alarmy (p.11.4). Jeżeli Over=clmp, dalsza zmiana nastawy nie na-
stępuje, co widać w wynikach. Alarm AAOV pojawia się również, gdy nastawa osiągnie gra-
nicÄ™ zakresu, np. Kp=0.1.
o o
Nastawy poczÄ…tkowe K , Tio . Sa one wynikiem strojenia SELF ( Tdo = 023Tio , d = 52 ).
. .
p
Jeżeli MOD1=ADAPT, nastawy początkowe pojawiają się w PARM z nazwami KP.0, Ti.0,
d.0 . Dotyczą one zawsze bloku PID1, bo tylko on podlega adaptacji. Ko , Tio można w razie
p
potrzeby zmienić, np. po pojawieniu się alarmu AAOV. Wartości Tdo nie można zmienić, RF-
o
537 dostosowuje ją automatycznie. d jest zawsze równego 5.2.
Tw`"off. Jak podano w p.12.4, ustawienie Tw na konkretną wartość liczbową a nie off
powoduje, że podczas adaptacji wielkość zadana w jest filtrowana ze stałą czasową Ti (Tw
pełni rolę flagi). Przebiegi e(t) po zmianach w są wówczas gładkie, nawet gdy reakcja na
zakłócenie jest związana z oscylacjami. Dlatego dla Tw`" off przebiegi po zmianach w są
ignorowane. LED Adapt nie rozpoczyna pulsowania nawet gdy e przekracza 2NL.
Nieczułość A. Wprowadzenie strefy nieczułości A powoduje efektywną redukują działania
regulacyjnego w stopniu zależnym od stosunku e do A. Jedynie przy e wielokrotnie przekra-
czającym A można liczyć, że kształt przebiegu będzie bliski temu, jaki wynika z wymagań
DMP, OVS. Przy mniejszych błędach przebiegi są gładkie lub słabo oscylacyjne. Procedura
adaptacji nie wzmacnia jednak wtedy działania regulacyjnego, aby gdy silne zakłócenie wy-
stąpi, układ nie uległ destabilizacji.
Obliczenia
Scharakteryzujemy krótko obliczenia, które RF-573 wykonuje podczas adaptacji i strojenia
precyzyjnego. W odniesieniu do obiektów o transmitancjach typowych dla automatyzacji pro-
cesów, tzn.
ko
Go (s) = e-Äs
Ts + 1
można przeprowadzić badania symulacyjne przebiegów błędu regulacji e(t) przy zakłóceniach
skokowych dla rozmaitych nastaw Kp, Ti (Td=0.23Ti , d=5.2 w przypadku PID). Każdy prze-
bieg oscylacyjny jest scharakteryzowany przez pewne przeregulowanie OVS, okres Tp i czas
ustalania ts. Jeżeli Kp i Ti nie są zbyt duże, przebiegi mają postać jak na rys. 12.4a i mozna je
aproksymować operatorową funkcją 2-go rzędu
c
E(s) ~
2
s2 + 2¾Én + Én
gdzie
lnOVS 2Ä„
¾ = , Én = , (OVS > 0, ¾ < 1)
2
Ä„ + ln OVS Tp 1+ ¾2
83
(c jest nieistotne). Analogiczne wzory dla ¾, Én można podać dla przebiegu aperiodycznego
(rys. 12.4b) biorąc oprócz E1 = e(t1) wartość błędu e(ta ) , e(tb ) odczytane w dwu różnych
momentach czasu ta `" tb `" t1 (w zasadzie dowolnych).
Na podstawie tak wyznaczonego Én okreÅ›lamy wzglÄ™dnÄ… czÄ™stotliwość ukÅ‚adu
ÉnTi
Å„Å‚
ôÅ‚
dla PID
OMN =
òÅ‚
19
.
ôÅ‚ ÉnTi dla PI
ół
Punkty pÅ‚aszczyzny o osiach log(Kpko) i log(Ä/Ti), w których OVS=const i OMN=const,
można połączyć otrzymując 2 rodzaje poziomic. Przykładowe wyniki pokazano na rys. 12.7a.
W obszarach A, B, C przebiegi są oscylacyjne, takie że:
A: OVS>0, OMN<1
B: OVS>0, OMN>1
C: OVS<0 OMN>1.
W obszarze D przebiegi są aperiodyczne. Granicę stabilności stanowi pogrubiona linia
przerywana ograniczająca od góry obszar A (OVS<1.0) i obszar C (E3=E1, OVS<0 - E3 jest 3-
cim pikiem). Powyżej tej linii układ staje się niestabilny (obszary NA, NB, NC). Kształty
przebiegów e(t) w poszczególnych obszarach podano na rys. 12.7b.
log(Kpko)
NB
A
NA
5.0
2.0
NC
B
1.0
C
min ts OMN B
0.5
3
NB
0.2
3
2
NA
2
C
0.1
A
D
D
OVS
NC
1
1.0
0.8
1 0.6
0.4
0.0 0.2
log(z Ti )
Rys.12.7. (a) Poziomice OVS oraz okolica minimalnego czasu ustalania ts, (b) przebiegi błędu e(t) w
odpowiednich obszarach
Z rysunku 12.7 wynika, że celem adaptacji i strojenia precyzyjnego powinno być dotarcie do
punktu, w którym poziomica zadanego przeregulowania OVS=OVS* przecina poziomicę
jednostkowej częstotliwości OMN=1.0 (tutaj OVS* oznacza zadane przeregulowanie,
p. 12.1). Jeżeli OVS*=stnd, punktem docelowym może być dowolny punkt na odcinku
poziomicy OMN=1.0, ograniczonym przez przeregulowania OVS=0.0 i OVS=0.4. Trudność
polega jednak na tym, że nie wiadomo z góry, w której części pÅ‚aszczyzny log(Kpko), log(Ä/Ti)
leżą poziomice, ponieważ parametry ko. Ä okreÅ›lajÄ…ce wartoÅ›ci na osiach nie sÄ… znane.
Okazuje się ponadto, że nachylenie i odstęp poziomic w poszczególnych obszarach zależy w
pewnym stopniu od stosunku T/Ä.
84
Regulator RF-537 unika kÅ‚opotliwej identyfikacji ko, Ä zakÅ‚adajÄ…c, że obiekt bÄ™dzie zachowy-
wał się z grubsza tak jak wzorzec
1
G*(s) = e-s
s + 1
Opóznienie wzorca jest takie samo jak stała czasowa. RF-537 ma zapisaną w pamięci
EPROM mapÄ™ poziomic Ovs=const, OMN=const dotyczÄ…cÄ… wzorca, podobnÄ… do pokazanej
na rys. 12.7a. Po takiej mapie wykonuje kroki dążąc do punktu przecięcia poziomic
OVS=OVS* i OMN=1.0..
W zwiÄ…zku z tym obliczenia wykonywane przez RF-537 podczas analizy przebiegu e(t) sÄ…
następujące:
" Określenie aktualnego punktu. Na podstawie wartości O_VS i Tp i ew. E3 charakteryzują-
cych e(t) (bądz wartości E1, e(ta), e(tb) )jest określana aktualna względna częstotliwość
OMN, a następnie obszar A, B,..., NC, w którym układ pracuje. Przecięcie poziomic
OVS=O_VS oraz OMN=O_MN na wzorcowej mapie określa położenie aktualnego punktu,
tzn. współrzÄ™dne log(Kpko), log(Ä/Ti). ReprezentujÄ… go kolejne kropki na przykÅ‚adowych
trajektoriach zbieżności na rys.12.7a (1, 2).
" Nowe nastawy. Wzorcowa mapa określa również współrzędne punktu docelowego, tzn.
przecięcie poziomic OVS=OVS* oraz OMN=1.0. Na podstawie odległości między punk-
tem aktualnym a docelowym sÄ… wyznaczane korekty nastaw "Kp, "Ti. Korekty te zostajÄ…
wprowadzone, a Td dostosowane odpowiednio (dla PID). Pozostałe czynności mają drugo-
rzędne znaczenie.
Jeżeli opóznienie sterowanego obiektu jest rzeczywiście równe stałej czasowej, to przy braku
szumów RF-537 w jednym kroku dochodzi do punktu docelowego. Dwa kroki są potrzebne,
gdy opóznienie przekracza stałą czasową, bo wtedy faktyczna mapa poziomic niewiele odbie-
ga od wzorcowej. Gdy opóznienie jest mniejsze od stałej czasowej, co zdarza się najczęściej,
RF-537 potrzebuje kilku kroków. W celu ochrony układu przed nadmiernymi oscylacjami,
regulator stopniowo zwiększa Kp i redukuje Ti. Ilustrują to trajektorie 1, 2 na rys. 12.7a.
Jeżeli przebieg został zakwalifikowany do obszaru C, wówczas nastawy zmieniane są w usta-
lonej proporcji i kierunku, tak aby wejść do D. Podobnie jest w przypadku punktu leżącego
głęboko w D, albo w NA, NB, NC, z tym że proporcje i kierunki są w każdym przypadku
różne.
Uwagi
Szum NL. Podczas pracy w stanie RUN-Auto regulator podaje błąd e na górnoprzepustowy
filtr cyfrowy o częstotliwości odcięcia powyżej zakresu pracy regulatora. Wyjście filtru po
odpowiednim przeskalowaniu określa poziom szumu NL.
Ruchy urzÄ…dzenia wykonawczego. Analogiczny filtr przetwarza sterowanie u generowane
przez blok PID. Jeżeli wartość wyjścia filtru przez 3 minuty przekracza LIM regulator uznaje,
że szum przedostał się do urządzenia wykonawczego powodując niepotrzebne ruchy, które
gdyby trwały nadal mogłyby spowodować uszkodzenie. W tej sytuacji wzmocnienie Kp jest
zmniejszane o połowę.
LIM a redukcja czułości. Jeżeli po adaptacji czułość regulatora okazuje się nadmierna, o
czym świadczy bardzo aktywne sterowanie, to można ją zredukować zmniejszając wartość
parametru LIM (strefa martwa urzÄ…dzenia wykonawczego, p. 12.1). Punkt docelowy znajduje
się wtedy nie na poziomie OMN=1.0, ale niżej, w obszarze A, gdzie OMN<1.0.
85
Plik E3. Gdy poziom szumu NL jest nieznaczny, wówczas często udaje się miarodajnie okre-
ślić wartość 3-go piku E3. Wtedy przebieg błędu jest aproksymowany funkcją 3-go rzędu
2
c / (s + Ä…)(s2 + 2¾Éns + Én ) , co daje trafniejsze wartoÅ›ci ¾, Én . Krok wykonywany przez
[]
regulator jest wtedy nieco dłuższy, a więc zbieżność do punktu docelowego szybsza.
Poziomice w obszarze D. W obszarze A każdej wartości przeregulowania OVS>0 odpowiada
okreÅ›lona wartość współczynnika ¾ < 1. Poziomicom OVS=const można wiÄ™c przyporzÄ…d-
kować odpowiednie poziomice ¾ = const . W obszarze D pojÄ™cie poziomic OVS nie ma sen-
su, ale bez trudu można utworzyć poziomice ¾ = const e" 1 . Wraz z poziomicami OMN=const
tworzą one w D wzorcową mapę, po której kroczy RF-5373.
12.6. Programowa zmiana nastaw
Regulator RF-537 umożliwia programową zmianę nastaw PID wraz z punktem pracy wyzna-
czonym przez odpowiedni sygnał (gain scheduling). Najczęściej sygnałem tym jest sterowa-
nie u, jak w przykładzie z rys 12.8, albo zmienna procesorowa y. Programowa zmiana nastaw,
czyli GAIN, jest przydatna przy sterowaniu procesów nieliniowych lub z wykorzystaniem
nieliniowych elementów nastawczych, ponieważ niemal w każdych warunkach zapewnia po-
dobną jakość regulacji. Nieliniowość musi mieć jednak charakter statyczny, tzn. nie zależeć
od czasu. Procesy gdzie nieliniowości zmieniają się z czasem powinny być sterowane adapta-
cyjnie.
Rys 12.8. Układ regulacji przepływu uzależniający nastawy PID
od pozycji zaworu (sterowania)
W RF-537 charakterystyki, według których sygnał wyznaczający punkt pracy programowo
oddziałuje na nastawy są parabolami poprowadzonymi przez 3 punkty określone podczas
parametryzacji. Blok PID stosuje GAIN, jeżeli ustawiono MOD=GAIN (p. 12.1). Ponadto
należy ustawić:
Przełączniki konfiguracyjne
" GN1S - sygnał określający GAIN w bloku PID1: y1,w1,...,F6
" GN2S - j.w. ale PID2
Parametry on-line
" GA.1 - współrzędna punktu A parabol dotyczących PID1: 7.5...33.3%
" GB.1 - j.w. ale punkt B: 33.4...66.6%
" GC.1 - j.w. ale C: 66.7...92.5%
" GA.2, GB.2, GC.2 - j.w. ale PID2
" mK1.A - mnożnik wzmocnienia Kp bloku PID1 dla punktu A: 0.1...10.0
3
Faktycznie w pamiÄ™ci EEPROM regulatora znajduje siÄ™ tylko wzorcowa mapa ¾ =const , OMN=const, po
której sa wykonywane kroki. Zadane ¾ * jest obliczane na podstawie OVS*. Jeżeli OVS*=0, to ¾* = 1 (prze-
bieg aperiodyczny krytyczny).
86
" mK1.C - j.w. ale punkt C
" mI1.A - j.w. ale czas całkowania Ti i punkt A
" mI1.C - j.w. ale C
" mK2.A,..., mI2.C - j.w. ale blok PID2.
Przeważnie parametry te są określane automatycznie po przeprowadzeniu samostrojenia
SELF w 3 częściach zakresu sygnału GNS. Można je jednak również ustawić lub korygować
w PARM.
Parabola. EfektywnÄ… wartość nastawy okreÅ›la iloczyn nastawa w punkcie B × mnożnik, np.
Kp,eff (GNS) = Kp Å" mK(GNS)
gdzie Kp jest wzmocnieniem w B, a mK(.) charakterystyką mnożnika, tzn. parabolą poprowa-
dzoną przez punkty o współrzędnych (GA, mK.A), (GB,1.0), (GC, mK.C). Pokazano ją na
rys. 12.9. Na początku (7.5%) i końcu (92.5%) mnożnik jest obcinany. Zwracamy uwagę, że
w punkcie B (środkowym) wszystkie mnożniki mają wartość 1 więc dlatego nie ma ich wśród
parametrów. Analogiczny wzór określa czas całkowania Ti,eff(GNS).
Rys.12.9. Mnożnik m jako paraboliczna funkcja sygnału GNS
Td i d. Są to nastawy zależne podobnie jak w adaptacji, tzn. Td,eff=0.23Ti,eff, d=5.2.
GAIN i SELF. Wszystkie parametry GAIN można automatycznie określić przeprowadzając
SELF wewnątrz każdego z trzech przedziałów wartości sygnału GNS, tzn. A: 7.5...33.3%, B:
33.4...66.6%, C: 66.7...92.5%. Po trzecim SELF komplet parabol jest gotów. Jeżeli
MOD=GAIN, RF-537 stale realizuje programowÄ… zmianÄ™ nastaw.
Dla zorientowania użytkownika podamy krótko, w jaki sposób RF-537 określa wartości pa-
rametrów. Współrzędne GA, GB, GC są wyznaczane jako średnie sygnału GNS w ciągu po-
czątkowych 3 minut odpowiednich strojeń SELF. Na rys. 12.10 pokazano jak powstaje para-
bola mnożnika m przyjmując dla uproszczenia, że strojenia SELF są przeprowadzane w ko-
lejnych przedziałach. Krzyżyk oznacza, że w danym przedziale strojenie SELF jeszcze się nie
odbyło, a kropka, że zostało już przeprowadzone. Jeżeli żaden SELF jeszcze się nie odbył
mnożniki m mają wartości 1 (pierwszy rysunek) i w całym zakresie GNS obowiązują nastawy,
których wartości występują w PARM. Pierwszy SELF - A daje nastawy KpA, TiA, które nie
zmieniają mnożników (drugi rysunek), ale za to przechodzą do PARM zastępując dotychcza-
sowe. Teraz więc one obowiązują w całym zakresie GNS. Drugi SELF - B, przeprowadzony
w środkowym przedziale, wytwarza nastawy KpB, TiB, które na stałe przechodzę do PARM i
służą do określenia nastaw efektywnych. Mnożniki dla punktu A, a więc parametry GAIN,
przyjmują wartości mK.A=KpA/KpB, mI.A=TiA/TiB. Mnożniki w C nadal zachowują wartość 1
87
więc parabola wygląda jak na rysunku trzecim. Trzeci SELF - C daje nastawy KpC, TiC, z któ-
rych mamy mK.C=KpC/KpB, mI.C=TiC/TiB oraz finalnÄ… parabolÄ™ (czwarty rysunek).
Rys.12.10. Tworzenie paraboli mnożnika m podczas kolejnych strojeń SELF - A, B, C
Powtórzenie SELF w którymkolwiek przedziale powoduje odpowiednią modyfikację
mnożników. Nastawy dla SELF przeprowadzonego w środkowym przedziale pozostają w
PARM.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
R 537 STR 537 9R 537 WPR 537 1R 537R 537 7R 537 5R 537 6R 537537 (2)336[1] 136 537 1 2001R 537 4537 542537 540537 540więcej podobnych podstron