Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальностей 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» (стр. 8 из 9)
1. Задать требуемые ограничения во временной области на любой сигнал оптимизируемой системы;
2. Указать параметры, подлежащие оптимизации;
3. Указать неопределенные параметры;
4. Провести параметрическую оптимизацию системы с учетом заданных ограничений.
Рис. 5.2 Пример схемы оптимизации, реализованной в среде пакета Matlab
5.3 Порядок выполнения работы
5.3.1 Создать схему для оптимизации ПИ коэффициентов одним из предложенных выше способов.
Для этого в Matlab запустить Simulink, нажав в панели инструментов на пиктограмму
. Создать новый документ, выполнив File/New/Model. Собрать схему, приведённую на рис. 5.2.В блоке Saturation ввести значения в поля Upper limit (например, 100) и в Lower limit (например, 0). Допустим, что присутствует шум с равномерным законом распределения в диапазоне [-0.1; 0.1], поэтому в блоке Uniform Random Number в поле Minimum ввести -0.1, а в поле Maximum ввести 0.1.
Рис. 5.3 Схема для оптимизации ПИ коэффициентов
5.3.2 Провести оптимизацию коэффициентов.
В Matlab в окне Command Window ввести значения параметров K1, Tu (см. рис. 5.4). После этого открыть блок NCD Outport, выбрать в меню Optimization/Parameteres, в появившемся окне (см. рис. 5.5) ввести оптимизируемые коэффициенты, их нижние и верхние пределы оптимизации. Запустить проект, нажав на панель инструментов на кнопку Start (см. рис. 5.6). Далее в Matlab в окне Command Window просмотреть значения параметров K1 и Tu (см. рис. 5.7).
Рис. 5.4 Ввод параметров K1, Tu
Рис. 5.5 Определение параметров оптимизации К1, Тu
Рис. 5.6 Результат работы блока NCD Outport
Рис. 5.7 Просмотр оптимизированных параметров К1 и Тu
5.3.3 Построить график переходного процесса выхода объекта управления при введенных оптимальных коэффициентах.
Используя Scope, просмотреть графики переходного процесса (см. рис. 5.8). Проанализировать полученные результаты (см. рис. 5.9).
Рис. 5.8 Схема для просмотра графиков переходных процессов
Рис. 5.9 Графики переходных процессов
5.3.4 Сделать выводы по проделанной работе.
5.4 Контрольные вопросы и задания
5.4.1 Оцените качество полученного переходного процесса.
5.4.2 Какой метод оптимизации был применен в работе?
5.4.3 Каким образом влияют настроечные коэффициенты ПИД регулятора на качество переходного процесса?
5.4.4 Для чего в схеме модели контура управления объектом (рис. 2) введен блок «saturation»?
Обязательные составляющие отчета
1. Схема оптимизации параметров ПИ регулятора.
2. Значения оптимальных параметров ПИ регулятора.
3. График переходного процесса и управляющего воздействия.
Построение системы регулирования температуры
6.1 Цель работы: освоение методики построения типового контура управления с использованием контроллера.
6.2 Теоретическое введение
В АСУ ТП на нижних уровнях иерархии управления находятся подсистемы автоматического управления и регулирования технологическими агрегатами и отдельными параметрами. Функциональная структура типового контура автоматического регулирования приведена на рис. 6.1.
Рис. 6.1 Функциональная схема типового контура регулирования
В данной лабораторной работе рассматривается контур управления температурой в электрической нагревательной печи. Объектом управления является печь, выходная величина которой – температура – измеряется при помощи термопары или термосопротивления.
Для стабилизации значения температуры в STEP 7 при построении контура управления на базе ПИД, ПИ регуляторов рекомендуется использовать блок (TCONT_CP), который реализует функции указанных регуляторов.
Вызов блока регулятора
Схема, изображенная на рис. 6.2, показывает вызов управления в FBD. А в таблице 1 приведено описание некоторых параметров блока ПИД-регулирования (TCONT_CP).
Рис. 6.2 Схема TCONT_CP
Таблица 1. Описание используемых в работе параметров блока TCONT_CP
| Параметр | Назначение | Тип | Описание |
| PV_IN | INPUT (Вход) | REAL | Вход переменной процесса (“Process Variable In”). Начальное значение может быть установлено на данном входе или может быть подключена внешняя переменная процесса в формате чисел с плавающей запятой. |
| SP_INT | INPUT (Вход)/ OUTPUT (Выход) | REAL | Внутреннее значение сигнала уставки (“Internal Setpoint”). Вход “Internal Setpoint” используется для задания уровня сигнала уставки. |
| MAN | INPUT (Вход)/ OUTPUT (Выход) | REAL | Управляющая переменная, введенная вручную (“Manual Value”). При автоматическом режиме корректируется до значения управляющей переменной. |
| MAN_ON | INPUT (Вход)/ OUTPUT (Выход) | BOOL | Переключатель на работу в ручном режиме (“Manual Operation On”). Если параметр “Manual Operation On” установлен, то управляющая переменная, введенная вручную (MAN), устанавливается в качестве значения управляющей переменной. 0 – автоматический режим; 1 – ручной режим. |
| LMN | OUTPUT (Выход) | REAL | Управляющая переменная (“Manipulated Variable”). Действующее значение управляющей переменной в формате числа с плавающей запятой подается на одноименный выход: Manipulated Variable. |
| QPULSE | OUTPUT (Выход) | BOOL | Выходной импульсный сигнал (“Output Pulse”). ШИМ-модулированное импульсное представление управляющей переменной на выходе: Output Pulse. |
Порядок конфигурирования блока, реализующего ПИ-закон регулирования:
1) Создать организационный блок OB35; открыть его и из справочника Overviews взять компонент FB58 TCONT_CP CONTROL по ветви Libraries / Standard Library / PID Control Blocks (см. рис. 6.3).
Рис. 6.3 Выбор блока, реализующего ПИ-закон регулирования,
из справочника Overviews
2) Необходимо выделить место в памяти контроллера для ПИ-регулятора. Для этого надо создать блок данных DB58.
Рис. 6.4 Окно параметров блока данных DB58
3) После того как создали DB58, в OB35 в заголовке блока TCONT_CP выбрать “PID” (см. рис. 6.5).
Рис. 6.5 Привязка блока ПИ-регулирования (TCONT_CP) к DB58
4) Открыть блок DB58 и ввести значения требуемых параметров (рис. 6.6).
Рис. 6.6 Окно ввода значений параметров блока данных DB58
6.3 Порядок выполнения работы
6.3.1 Создать новый проект и сконфигурировать контроллер в STEP7.
6.3.2 В левой части окна проекта раскрыть дерево до Вlocks. Создать организационный блок OB35. В появившемся окне Properties выбрать язык, на котором будем писать программу: LAD (контактно-релейные схемы).
6.3.3 В появившемся окне написать программу выполнения поставленной задачи (реализовать систему регулирования температуры) (см. рис. 6.7):
Рис. 6.7 Программа выполнения поставленной задачи
6.3.4 Сохранить изменения в OB35, выбрав в главном меню File/Save.
6.3.5 Открыть блок данных DB58, в который ввести значения коэффициента пропорциональности КП и время интегрирования ТИ (перевести в секунды), полученные в лабораторной работе №5. А также установить Period равным значению при реализации широтно-импульсной модуляции в лабораторной работе №3. Параметр Sampling time установить в 0,1с. Установить флаг Pulse Generator (см. рис. 6.8).