604001109

ZADANIE PROJEKTOWE NR 1

Projektowanie układu sterowania podgrzewaczem wody z wykorzystaniem modułu Stateflow środowiska Matlab/Simulink

1. Wprowadzenie

1.1. Układy sterowane zdarzeniami dyskretnymi

Układy sterowane zdarzeniami (ang. event-driven systems) zwane są układami reaktywnymi lub układami o skończonej liczbie przełączanych stanów (ang. finite State machines, FSM). Układ sterowany zdarzeniami jest reprezentowany poprzez skończony zbiór stanów. W układach tych przejście z jednego stanu do drugiego odbywa się w odpowiedzi na występujące zdarzenie i po spełnieniu postawionego warunku. Istnieje wiele przykładów fizycznych urządzeń i systemów wykorzystujących sterowanie zdarzeniami, np: sterowanie grzałką, wentylatorem, pompą, skrzynią biegów, układy sterowania PLC oraz automaty.

1.2. Charakterystyka modułu Stateflow

Moduł Stateflow zaimplementowany do pakietu Matlab/Simulink stanowi graficzny interaktywny interfejs do modelowania i symulacji układów sterowanych zdarzeniami. Zazwyczaj symulowany układ sterowany zdarzeniami posiada zmienne określające dane wejściowe i wyjściowe, zbiór zdarzeń i przerwań oraz zdefiniowane warunki opisujące przejście pomiędzy stanami. Przybornik Stateflow dzięki wbudowanemu generatorowi kodu C (ang. Stateflow Coder) można wykorzystać do zbudowania aplikacji sterowania w czasie rzeczywistym. Algorytm sterowania w kodzie C może zostać zaimplementowany w sterowniku rzeczywistym połączonym z obiektem fizycznym. Jest to możliwe dlatego, że moduł Stateflow współpracuje z modułem Real-Time Workshop oraz z zwykłymi blokami bibliotek środowiska Simulink.

Projektowanie układu sterowania zdarzeniami często opiera się na wykorzystaniu tablicy prawdy (ang. truth table) definiującej zależności logiczne pomiędzy sygnałami we/wy oraz stanami FSM. W przypadku występowania niewielkiej liczby stanów, modelowanie układu sterowanego zdarzeniami można zrealizować poprzez zdefiniowanie stanów i warunków przejść między nimi. Zastosowanie znajduje tutaj teoria grafów, a graficzna reprezentacja systemu opiera się na diagramie przejść między stanami (ang. sequential-transistion diagram).

2. Przykład sterowania podgrzewaczem wody

Zadanie układu sterowania podgrzewaczem wody polega na utrzymaniu stałej temperatury wody w zbiorniku na poziomie 70°. Temperatura otoczenia wynosi 18° i jest traktowana jako stała wartość zakłócenia. Transmitancja operatorowa modelu zbiornika z

grzałką jest następująca: G(s) = jqq_{v + )} • Podgrzewacz jest wyposażony w dwie grzałki

załączane okresowo. Jeżeli temperatura wody spadnie poniżej 40° obie grzałki są załączane w innym przypadku działa tylko jedna. Układ sterowania jest reprezentowany przez trzy stany: żadna grzałka nie pracuje, pracuje jedna grzałka, pracuję dwie grzałki. W takich układach nie jest konieczne dokładne utrzymywanie uchybu regulacji na poziomie zero. Wystarczy jedynie