STØTFRI OMKOPLING
(BUMPLESS TRANSFER)

• Bilde av simulatorens frontpanel
• Hva trengs for å kunne kjøre simulatoren? Les for å få siste informasjon!
• Tips for bruk av simulatoren
• Simulatoren: bumpless.exe (klikk for å laste ned). Simulatoren kjører umiddelbart etter nedlasting ved å trykke Åpne i nedlastingsvinduet. Alternativt kan du først lagre en kopi av exe-filen på en selvvalgt katalog på PC'en og deretter kjøre exe-filen, hvilket starter simulatoren.

Beskrivelse av systemet som simuleres

Simulatoren simulerer et reguleringssystem for temperaturen i en tank med kontinuerlig gjennomstrømning av vann. (Vannet varmes opp av et heteelement, som styres av pådraget fra regulatoren. Temperaturen måles av en temperaturmåler.)

Du kan via simulatorens frontpanel velge om temperaturregulatoren skal ha eller ikke ha støtfri omkopling (eng.: bumpless transfer) mellom automatisk og manuell modus. Praktiske regulatorer bør ha støtfri omkopling. Støtfri omkopling sikrer at pådraget ikke endres brått ved omkopling fra automatisk til manuell modus og motsatt.

Hvordan er støtfri omkopling realisert i PID-regulatoren i simulatoren? Først litt om PID-regulatorfunksjonen. Den beregner pådraget slik:

u = u₀ + u_p + u_i + u_d

der u₀ er det nominelle pådraget, som er en (justerbar) konstant. Når regulatoren er i manuell modus, er u = u₀.

• Støtfri omkopling fra automatisk til manuell modus er realisert ved at u₀ får verdi lik pådraget u rett før omkoplingen.
• Støtfri omkopling fra manuell til automatisk modus er realisert ved at u₀ beholder sin verdi fra manuell modus og u_p, u_i og u_d settes lik 0 rett etter omkoplingen.

Dersom støtfri omkopling er deaktivert (hvilket er mulig i denne simulatoren), beholder u₀ sin verdi fra automatisk modus også i manuell modus (den får altså ikke verdi lik verdien av u rett før omkoplingen). Også ved omkopling fra manuell til automatisk modus, beholder u₀ sin verdi (dette er samme implementering som ved støtfri omkopling)

Mål

Målet med denne simulatoren er å demonstrere viktigheten av en PID-regulator har støtfri omkopling.

Motivasjon

Støtfri omkopling er en viktig egenskap ved praktiske PID-regulatorer. Du kan regne med at støtfri omkopling er implementert i kommersielle PID-regulatorer. Hvis du selv skal implementere en PID-regulator, bør den absolutt ha støtfri omkopling.

Oppgaver

Prosessens normale arbeidspunkt defineres slik:

• Tanktemperaturen T er 50 grader C. Temperaturreferansen T_r er tilsvarende 50 grader C.
• Innløpstemperaturen T_inn er 20 grader C.

Regulatorens PID-parametre kan være K_p = 6,7, T_i  = 250 min og T_d = 63 min (som er funnet vha. Ziegler-Nichols' lukket-sløyfe-metode).

Med mindre annet oppgis, skal oppgavene utføres mens simulatoren kjører.

1. Regulering uten støtfri omkopling:
   1. Regulatoren skal først stå i automatisk modus. Deaktivér støtfri omkopling vha. den aktuelle bryteren på PID-regulatorens parameterfelt. For tydelig å demonstrere ulempen ved å ikke bruke støtfri omkopling, skal du sette den nominelle pådragsverdien u₀ lik 0. La temperaturen svinge seg inn til referansen (lik 50 grader C) (integralleddet i regulatoren vil sørge for at det statiske reguleringsavviket blir 0, selv om u₀ er lik 0).
   2. Kople regulatoren over til manuell modus, hvilket innebærer at pådraget på prosessen er u₀, som er 0. Hvordan arter reguleringen seg ved omkoplingen til manuell modus?
   3. Kople regulatoren over til automatisk modus, hvilket innebærer at pådraget er lik summen av u₀ og P-, I- og D-leddet. Hvordan arter reguleringen seg?

       

2. Regulering med støtfri omkopling:
   1. Regulatoren skal først stå i automatisk modus. Aktivér støtfri omkopling vha. den aktuelle bryteren på PID-regulatorens parameterfelt. Du kan gjerne la den nominelle pådragsverdien u₀ være 0. La temperaturen svinge seg inn til referansen (lik 50 grader C).
   2. Observer verdien av pådraget u (det forutsettes at reguleringsavviket er null, jf. deloppgave 2a). Kople regulatoren over til manuell modus. Hvordan arter reguleringen seg ved omkoplingen? Hvilken verdi fikk u₀ ved omkoplingen (sammenlikne med verdien av u rett før omkoplingen)?
   3. Kople regulatoren over til automatisk modus. Hvordan arter reguleringen seg?

[KYBSIM] [TechTeach]

Oppdatert 11.9.04. Utviklet av Finn Haugen. E-postadresse: finn@techteach.no.