Sterowanie procesami

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

STP

2

Celem przedmiotu jest przedstawienie podstawowych oraz bardziej zaawansowanych struktur i algorytmów sterowania ciągłymi obiektami dynamicznymi o jednym wejściu i jednym wyjściu (SISO – ang. Single Input Single Output), w tym procesami przemysłowymi. Rozważa się algorytmy regulacji z czasem ciągłym, ich dyskretne (cyfrowe) realizacje oraz algorytmy projektowane z czasem dyskretnym. Omawiane są: metoda sprzężenia od stanu, algorytmy i struktury regulacji PID, algorytmy regulacji predykcyjnej DMC (ang. Dynamic Matrix Control) i GPC (ang. Generalized Predictive Control), algorytmy regulacji rozmytej (rozmyty algorytm PID, rozmyty algorytm ze sprzężeniem od stanu, rozmyty algorytm regulacji predykcyjnej), warstwowa struktura sterowania przemysłowego z nadrzędną warstwą optymalizacji ekonomicznej. Ilustrację wykładu stanowią liczne przykłady przedstawiane w trakcie zajęć. Do syntezy układów regulacji wykorzystuje się pakiet Matlab/Simulink.

1. Wstęp:> Procesy dynamiczne jako obiekty sterowania, klasy modeli procesów dynamicznych (liniowe/nieliniowe, równania stanu/transmitancje), przegląd metod projektowania układów regulacji. Przykłady wykorzystania algorytmów regulacji: sterowanie satelity telekomunikacyjnego, sterowanie samolotu o pionowym starcie (VTOL - ang. Vertical Take-off and Landing), sterowanie pojazdu marsjańskiego, sterowanie kolumny destylacyjnej. Prezentacja pakietu Matlab/Simulink: modelowanie procesów, synteza i symulacji układów sterowania. (wykład: 2 jd, ćwiczenia: 1 jd)
2. Metody przestrzeni stanów: Modele ciągłych procesów dynamicznych w przestrzeni stanów i w postaci transmitancji, sterowalność i obserwowalność, przechodzenie od modelu w przestrzeni stanów do transmitancji (i odwrotnie), wybór zmiennych stanu - modelowanie. (wykład: 2 jd, ćwiczenia: 1 jd)
3. Przesuwanie biegunów za pomocą sprzężenia od stanu: projektowanie układu regulacji metodą przesuwania biegunów układu zamkniętego, dobór biegunów układu zamkniętego, wielokryterialna ocena jakości regulacji, niezerowe punkty pracy. (wykład: 2 jd, ćwiczenia: 2 jd)
4. Estymacja wartości niedostępnych pomiarowo zmiennych stanu: Projektowanie obserwatorów pełnego i zredukowanego rzędu, dobór biegunów obserwatora, zasada separowalności, wymuszanie zerowego uchybu ustalonego (układy regulacji z całkowaniem). (wykład: 3 jd, ćwiczenia: 1 jd)
5. Dyskretne (cyfrowe) układy regulacji: Pośrednie (emulacja) oraz bezpośrednie metody projektowania dyskretnych algorytmów regulacji, cyfrowe realizacje algorytmu PID, transmitancja dyskretna, modele ARX, symulacja dyskretnych algorytmów regulacji. (wykład: 3 jd, ćwiczenia: 2 jd)
6. Opis procesu dyskretnego w przestrzeni stanów: sterowalność i obserwowalność procesów dyskretnych, przechodzenie od modelu dyskretnego w przestrzeni stanów do transmitancji dyskretnej (i odwrotnie), wybór zmiennych stanu - modelowanie, przechodzenie od ciągłych równań stanu do dyskretnych. ( wykład: 2 jd, ćwiczenia: 1 jd)
7. Projektowanie dyskretnych układów regulacji metodą sprzężenia od stanu: dyskretne obserwatory stanu pełnego i zredukowanego rzędu. (wykład: 2 jd, ćwiczenia: 1 jd)
8. Regulacja PID: wielokryterialna ocena jakości regulacji (konflikt między dokładnością i odpornością), uwzględnianie ograniczeń sygnału sterującego w algorytmie PID, kompensacja wpływu mierzonych zakłóceń w regulacji PID (układy otwarto-zamknięte), regulacja kaskadowa. (wykład: 2 jd, ćwiczenia: 1 jd)
9. Regulacja predykcyjna: zasada regulacji predykcyjnej, klasy algorytmów regulacji predykcyjnej, model odpowiedzi skokowych, związek między transmitancją a modelem odpowiedzi skokowej, algorytm DMC w wersji analitycznej bez ograniczeń, strojenie algorytmu DMC. ( wykład: 3 jd, ćwiczenia: 1 jd)
10. Uwzględnianie ograniczeń w analitycznej wersji algorytmu DMC, wersja numeryczna (z ograniczeniami) algorytmu DMC. (wykład: 2 jd, ćwiczenia: 1 jd)
11. Algorytm GPC w wersji analitycznej i numerycznej. (wykład: 2 jd, ćwiczenia: 1 jd)
12. Nieliniowa regulacja rozmyta: systemy rozmyte typu Takagi-Sugeno, rozmyty algorytm regulacji PID, rozmyty algorytm regulacji ze sprzężeniem od stanu, rozmyty algorytm regulacji predykcyjnej DMC, rozmyty algorytm regulacji predykcyjnej GPC. (wykład: 4 jd, ćwiczenia: 2 jd)
13. Warstwowa struktura sterowania przemysłowego z nadrzędną warstwą optymalizacji ekonomicznej. (wykład: 2 jd)

Podstawowa:

1. Maciej Ławryńczuk: Sterowanie Procesów, preskrypt, 2010.

Uzupełniająca:

1. R. C. Dorf, R. H. Bishop: Modern control systems. Addison-Wesley, 1995.
2. G. F. Franklin, J. D. Powell, A. Emami-Naeini: Feedback control of dynamic systems. Addison Wesley, 1994.
3. T. Kaczorek: Teoria układów regulacji automatycznej. WNT, Warszawa 1977.
4. P. Tatjewski: Zaawansowane sterowanie obiektów przemysłowych, struktury i algorytmy. EXIT, Warszawa 2002.

uzyskanie co najmniej 50 punktów na 100 możliwych (dwa kolokwia po 30 pkt. i dwa projekty po 20 pkt.)