REGOLATORI STANDARD PID



Documenti analoghi
REGOLATORI STANDARD PID

REGOLATORI STANDARD PID

REGOLATORI STANDARD PID + _ +

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria della Gestione Industriale REGOLATORI STANDARD PID

REGOLATORI STANDARD PID

REGOLATORI STANDARD PID

Corso di Laurea in Ingegneria Meccatronica REGOLATORI STANDARD PID

SISTEMI DI CONTROLLO Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

Controllori Standard PID. Prof. Laura Giarré

Nome: Nr. Mat. Firma:

Fondamenti di Automatica

SINTESI DEI SISTEMI DI CONTROLLO A TEMPO CONTINUO

ANALISI FREQUENZIALE E PROGETTO NEL DOMINIO DELLE FREQUENZE

CONTROLLO NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA

Sistemi di controllo industriali

CONTROLLORI STANDARD PID. Guido Vagliasindi Controlli Automatici A.A. 06/07 Controllori Standard PID

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria della Gestione Industriale CONTROLLO IN RETROAZIONE

Corso Tecnologie dei Sistemi di Controllo. Tecniche di taratura di un PID

Controllori PID, metodi di taratura e problemi d implementazione

Orlando Allocca Regolatori standard

Un sistema di controllo può essere progettato fissando le specifiche:

SPECIFICHE DI PROGETTO DI SISTEMI DI CONTROLLO

Esercizi proposti di Fondamenti di Automatica - Parte 4

Controllo di velocità angolare di un motore in CC

Nome: Nr. Mat. Firma:

Dalle misure eseguite con un segnale sinusoidale su di un impianto si è verificato che esso:

L idea alla base del PID èdi avere un architettura standard per il controllo di processo

OUT. Domande per Terza prova di Sistemi. Disegnare la struttura generale di un sistema di controllo. retroazionato. (schema a blocchi)

Una definizione di stabilità più completa di quella precedentemente introdotta fa riferimento ad una sollecitazione impulsiva.

Fondamenti di Automatica - I Parte Il progetto del controllore

LA FUNZIONE DI TRASFERIMENTO

Prestazioni dei sistemi in retroazione

Fondamenti di Automatica

Diagrammi di Bode. delle

SISTEMI DI CONTROLLO Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo. RETI CORRETTRICI

Fondamenti di Automatica

Rappresentazione grafica di un sistema retroazionato

RETI CORRETTRICI. Regolatori standard. lead) Rete di Anticipo (phase( SISTEMI DI CONTROLLO Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria della Gestione Industriale e della Integrazione di Impresa

La trasformata Zeta. Marco Marcon

Metodi Frequenziali per il Progetto di Controllori MIMO: Controllori Decentralizzati

Controlli Automatici T. Trasformata di Laplace e Funzione di trasferimento. Parte 3 Aggiornamento: Settembre Prof. L.

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria Gestionale RETI CORRETTRICI

Considerazioni sulle specifiche.

Fondamenti di Automatica

Controllo in retroazione: Progetto e Sintesi Regolatori. Prof. Laura Giarré

Capitolo. La funzione di trasferimento. 2.1 Funzione di trasferimento di un sistema. 2.2 L-trasformazione dei componenti R - L - C

Controllo in retroazione: Analisi e Sensitività. Prof. Laura Giarré

Basetta per misure su amplificatori

Consideriamo due polinomi

Spiegare brevemente il principale beneficio del controllo in cascata (per sistemi a fase non minima).

Elettronica delle Telecomunicazioni Esercizi cap 2: Circuiti con Ampl. Oper. 2.1 Analisi di amplificatore AC con Amplificatore Operazionale reale

Diagrammi di Bode. I Diagrammi di Bode sono due: 1) il diagramma delle ampiezze rappresenta α = ln G(jω) in funzione

CORSO DI ORDINAMENTO. Tema di: SISTEMI, AUTOMAZIONE E ORGANIZZAZIONE DELLA PRODUZIONE

RETI CORRETTRICI. Regolatori standard Alcune strutture standard di regolatori reti correttrici anticipo o ritardo 1 polo ed uno zero reali

RETI CORRETTRICI. Regolatori standard Alcune strutture standard di regolatori reti correttrici anticipo o ritardo 1 polo ed uno zero reali

14. Reti Correttrici. Controlli Automatici

Stabilità dei sistemi di controllo in retroazione

ELETTRONICA. L amplificatore Operazionale

Risposta temporale: esercizi

Stabilità dei sistemi

INTEGRATORE E DERIVATORE REALI

Diagrammi polari, di Nyquist e di Nichols

Richiami: funzione di trasferimento e risposta al gradino

I sistemi di controllo possono essere distinti in due categorie: sistemi ad anello aperto e sistemi ad anello chiuso:

Controlli Automatici T Regolatori PID

Il luogo delle radici (ver. 1.0)

SISTEMI DI CONTROLLO Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

Esercizi in MATLAB-SIMULINK

Prova scritta di Controlli Automatici - Compito A

ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE Specializzazioni: Elettronica e Telecomunicazioni Elettrotecnica - Informatica Modesto Panetti

Principali comandi MATLAB utili per il corso di Controlli Automatici

Fondamenti di Automatica

Progetto di regolatori standard

ISTITUTO D ISTRUZIONE SUPERIORE "L. EINAUDI" ALBA

REGOLATORI STANDARD O PID

Prof. A. Bemporad, Ing. S. Di Cairano 26 Maggio Esercitazione di Tecnologia dei Sistemi di Controllo

Circuiti amplificatori

Laboratorio di Fondamenti di Automatica Ingegneria Elettrica Sessione 2/3. Danilo Caporale

ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE J.C. MAXWELL Data: 12 /09 /2015 Pag. 1 di 4. PROGRAMMAZIONE ANNUALE A.S / 16 MANUTENZIONE e ASSISTENZA TECNICA

L ERRORE A REGIME NELLE CATENE DI REGOLAZIONE E CONTROLLO

Controllo del moto e robotica industriale

CAPACITÀ DI PROCESSO (PROCESS CAPABILITY)

ISTITUTO D ISTRUZIONE SUPERIORE "L. EINAUDI" ALBA ANNO SCOLASTICO 2015/2016

Differenziazione sistemi dinamici

~ Copyright Ripetizionando - All rights reserved ~ STUDIO DI FUNZIONE

MESSA IN SCALA DI ALGORITMI DIGITALI

REGOLATORI PID: TECNICHE DI SINTESI E PROBLEMATICHE IMPLEMENTATIVE

SPECIFICHE DI UN SISTEMA IN ANELLO CHIUSO

analisi di sistemi retroazionati (2)

BLOCCO AMPLIFICATORE. Amplificatore ideale. ELETTRONICA 1 per Ingegneria Biomedica Prof. Sergio Cova

E1. IMPLEMENTAZIONE in MATLAB-SIMULINK del MODELLO e del CONTROLLO di un MOTORE ELETTRICO a CORRENTE CONTINUA

Corso di laurea in Informatica. Regolatori. Marta Capiluppi Dipartimento di Informatica Università di Verona

FONDAMENTI DI AUTOMATICA II LAUREA TRIENNALE IN INGEGNERIA (DM 509/99)

Controlli Automatici LB Regolatori PID

Per studio di funzione intendiamo un insieme di procedure che hanno lo scopo di analizzare le proprietà di una funzione f ( x) R R

Prof. Carlo Rossi DEIS-Università di Bologna Tel URL: www-lar.deis.unibo.it/~crossi

SISTEMI DIGITALI DI CONTROLLO

Fondamenti di Automatica

ISTITUTO D ISTRUZIONE SUPERIORE "L. EINAUDI" ALBA

Transcript:

SISTEMI DI CONTROLLO Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo http://www.dii.unimore.it/~lbiagiotti/sistemicontrollo.html Regolatore Proporzionale, Integrale, Derivativo - PID Tre azioni di combinate azione proporzionale all'errore azione proporzionale all'integrale dell'errore azione proporzionale alla derivata dell'errore REGOLATORI STANDARD PID _ Ing. Luigi Biagiotti e-mail: luigi.biagiotti@unimore.it http://www.dii.unimore.it/~lbiagiotti standard industriale utilizzabile per moltissimi impianti tecniche di taratura semplici ed automatiche applicabili anche quando il modello dell'impianto è poco noto implementabile con molte tecnologie Elettroniche (analogiche e digitali), meccaniche, pneumatiche, oleodinamiche disponibile a software sui sistemi di industriale PID -- 2 K p T i T d Guadagno proporzionale Costante di tempo dell azione integrale (o di reset) Costante di tempo dell azione derivativa Significato delle tre azioni di azione proporzionale maggiore è l'errore, maggiore è l'azione di azione integrale errore nullo a segnali di riferimento o disturbi costanti azione derivativa azione di "preventiva" anticipo di fase I termini derivativo e/o integrale possono essere assenti: Regolatore PI, Regolatore PD, Regolatore P PID -- 3 Funzione di trasferimento 2 zeri a parte reale negativa, polo nell'origine sistema improprio, non fisicamente realizzabile PID in forma reale: la derivata è sostituita dal termine: Simile ad una rete di anticipo N = 5 2 per posizionare il polo all'esterno della banda di interesse. Il polo reale in N/T d modifica un po' la posizione degli zeri, ma per valori di N sufficientemente elevati la variazione può essere trascurata PID -- 4

Casi particolari Regolatore P T i = ; T d = usato per processi asintoticamente o semplicemente stabili quando le prestazioni statiche non richiedano elevati guadagni e l'uso di un azione integrale Regolatore PI T d = rete di ritardo con polo nell origine e zero in /Ti molto diffusi a livello industriale soddisfacimento delle specifiche statiche (integratore) facilità di taratura per semplici processi ( ordine ritardo) Casi particolari Caso ideale Caso reale Regolatore PD T i = rete di anticipo con lo zero in s=-/td ed il polo reale fuori banda (all infinito nel caso reale) usato quando non vi siano problemi di instabilità o di prestazioni statiche, ma sia necessario allargare la banda passante PID -- 5 PID -- 6 Regolatore PID completo Aspetti realizzativi delle azioni derivative rete a sella: polo nell'origine ( polo ad alta frequenza) e 2 zeri zeri reali se T i 4T d zeri coincidenti (in s = -/ 2T d ) se T i = 4T d scelta spesso comoda per la taratura 5-5 -2-2 - ideale ideale reale reale -2-2 PID -- 7 y sp y sp y y - - e /T I s Tds ( T N)s d /T I s e Tds ( T N)s d - PID -- 8 K p PID K p PID u u Struttura classica la f.d.t. di anello è la stessa nei 2 casi Struttura con azione derivativa solo sulla limitazione della azione di

- Esempio - Esempio Impianto: Comportamento delle diverse azioni derivative Sintesi per cancellazione: ω c.78 M F 5 Impianto: ω c.78 M F 5 Gain db Phase deg 5-5 - Frequency (rad/sec) -6-9 -2-5 -8 - PID -- 9.2.8.6.4.2 derivata dell'errore 5 5 impianto PID -- 5 derivata dell' 5 5 5 regolatore Effetto del rumore di misura azione derivativa reale: polo in -N/ N/T d Impianto:.2.8.6.4.2 applicato all'impianto da quello generato dal regolatore rallentamento nella risposta 5 5 5 N = 2 Misura rumorosa 5 N = 5 y sp - u M e u m y R(s) G(s) -u M -5 5 5 del derivatore -5 5 5 PID -- PID -- 2

applicato all'impianto da quello generato dal regolatore eccessivo caricamento dell'azione integrale 2.5 rallentamento nella risposta 2.5 saturata schema di desaturazione per regolatori PID modello della saturazione y sp e u M - K u m u p G(s) y M -u M - -u M z.5 errore -.5 5 5 2 senza saturazione.5 -.5 5 5 2 con saturazione in regione lineare fdt PI u Ts i Ts i m la desaturazione non interessa l'azione derivativa sull' PID -- 3 PID -- 4 desaturazione dell'azione integrale desaturazione dell'azione integrale.5.5.5.5.5.5.5.5 5 5 2 senza saturazione 5 5 2 con saturazione 5 5 2 con desaturazione 5 5 2 con saturazione appena l'errore cambia di segno, l'azione di si desatura PID -- 5 PID -- 6

Regolatore Standard PID Caratteristiche Azione Proporzionale (P) allarga la banda aumenta il guadagno a bassa frequenza riduce il margine di fase sistemi fortemente stabili sistemi con comportamento integrativo Azione Integrale (I) ad es. livello serbatoio con in portata guadagno crescente a bassa frequenza G() = riduce la banda passante migliora il margine di fase sistemi senza poli nell'origine con forti ritardi ad es. sistemi di trasporto Regolatore Standard PID Caratteristiche Azione Proporzionale Integrale (PI) aumenta il guadagno a bassa frequenza come I maggiore larghezza di banda rispetto ad I uso generale Azione Proporzionale Derivativa (PD) aumenta il guadagno a bassa frequenza (azione P) allarga la banda passante aumenta il margine di fase sistemi stabili o poco lontani dalla stabilità con polo nell'origine (sistemi di tipo ) taluni controlli di posizione Azione Proporzionale Integrale Derivativa (PID) combina i pregi dei regolatori precedenti uso generale, standard industriale, contiene tutti i precedenti PID -- 7 PID -- 8 Metodi di taratura mediante tabella (tuning( tuning) Sono metodi di taratura convenzionali spesso adottati in pratica per tarare strutture di PID per sistemi industriali con poli reali. Esistono due diverse filosofie di taratura che si differenziano dal tipo di descrizione del sistema controllato: Metodi ad anello aperto Si basano sull approssimazione del sistema controllato con un sistema del primo ordine con ritardo Tuning in anello aperto Concetto base il metodo si applica a processi industriali con risposta aperiodica (poli reali) molto diffusi si approssima l'impianto con un modello del ordine con ritardo Metodi ad anello chiuso Si basano sulla conoscenza dedotta per via sperimentale, del margine di ampiezza del sistema e della frequenza caratteristica ω f dove arg(ω f )=-8 o si entra in opportune tabelle costruite per garantire la tipologia della risposta in retroazione (Ziegler-Nichols, ) il soddisfacimento di opportuni indici integrali sull'errore: ISE IAE ITAE PID -- 9 PID -- 2

Tuning in anello aperto Costruzione del modello con ingresso a gradino unitario si registra la risposta la si approssima con una f.d.t. del ordine con ritardo, ricavando il guadagno statico µ dall andamento asintotico Il ritardo T e la costante di tempo τ del polo dal calcolo della tangente nel punto di flesso della risposta sperimentale Tuning in anello aperto Tabelle per il tuning in base alla risposta desiderata µ τ T t PID -- 2 PID -- 22 Tuning in anello aperto Tuning in anello chiuso Tabelle per il soddisfacimento di indici integrali: IAE (Integral Absolute Error) ITAE (Integral Time Absolute Error) Basate sul modello dell impianto Errore in retroazione a fronte di ingresso a gradino Metodo di Ziegler-Nichols Attivando la sola azione proporzionale, si porta il sistema al limite della stabilità (oscillazioni permanenti) Plant In questo modo viene stimata la dinamica dell impianto Si determina il periodo T * delle oscillazioni ed il valore critico K * del guadagno per cui tali oscillazioni si verificano. Attraverso questo esperimento si determina Margine di ampiezza dell impianto: Pulsazione dell impianto ( ): PID -- 23 PID -- 24

Tuning in anello chiuso A partire dei valori di k * e T * si determinano i parametri del re Metodi di taratura nel dominio della frequenza Formulazione dei regolatori standard sotto forma di costanti di tempo La procedura non si applica a sistemi che hanno M a infinito PID -- 25 PID -- 26 Regolatori PI Magnitude (db) Phase (deg) 6 4 2-2 -45 Bode Diagram -9-2 - 2 3 Frequency (rad/sec) Dai diagrammi di Bode si nota che complessivamente l effetto utile del regolatore PI è quello di attenuare ad alta frequenza di una quantità che può essere scelta ad arbitrio modificando la pulsazione di intervento dello zero senza sfasare (sfasamento negativo trascurabile ad alta frequenza) Il PI si comporta come una rete di ritardo PID -- 27 Regolatori PI: regole di taratura La taratura nel dominio delle frequenze può essere eseguita scegliendo opportunamente la costante di guadagno µ e la posizione dello zero al fine di imporre un certo margine di fase e una certa pulsazione di incrocio per il sistema esteso Dati del problema: Sistema esteso G e (s) Pulsazione di attraversamento ω c * e margine di fase M f * Algoritmo per la taratura del PI Step: Calcolare e (lettura diagramma di Bode) Step2: Calcolare l anticipo di fase necessario per soddisfare la specifica su M * f Step3: Calcolare il valore di τ z che garantisce lo sfasamento PID -- 28

Regolatori PI: regole di taratura Step4: Valutare il valore di amplificazione introdotto dallo zero alla pulsazione ω c * Step5: Calcolare µ in modo che ωc* diventi la nuova pulsazione di incrocio Regolatori PI: taratura in cancellazione Anche la taratura del PI può essere svolta per cancellazione tra lo zero e un polo dell impianto a frequenza inferiore rispetto a ω c * Rimane in questo modo un unico grado di libertà (µ) utilizzabile per imporre arbitrariamente ω c* (caso a) oppure M f * (caso b) Algoritmo Step: Fissare τ z in modo che lo zero del PI cancelli un polo di G(s) Step2a: Data ω c* e La calibrazione del PI posiziona uno zero a frequenza minore rispetto a quella di attraversamento, producendo possibili code di assestamento o sovraleongazioni maggiori rispetto a quelle preventivate fissare Step2b: Identificare la frequenza ω * per cui G e (s) presenta una fase compatibile con M f* (cioè ) e fissare PID -- 29 PID -- 3 Rispetto ai PI presentano uno zero aggiuntivo (e un polo per la realizzabilità fisica). Possono essere visti come l unione di un regolatore PI e di una rete anticipatrice SISTEMI DI CONTROLLO Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo http://www.dii.unimore.it/~lbiagiotti/sistemicontrollo.html REGOLATORI STANDARD PID FINE PI Rete Anticipatrice L aggiunta della rete anticipatrice (e quindi dello zero legato all azione derivativa) permette di migliorare il margine di fase (allargando la banda) Per la taratura si procede dapprima considerando il solo PI e poi aggiungendo la rete anticipatrice Ing. Luigi Biagiotti e-mail: luigi.biagiotti@unimore.it http://www.dii.unimore.it/~lbiagiotti PID -- 3