HSN

IA3112 Automatiseringsteknikk

EK3114 Automatisering og vannkraftregulering

Laboppgave 4:

Implementering av PI-regulator og av/på-regulator

Målet med oppgaven

Å få erfaring i implementering av en PI-regulator og en av/på-regulator fra scratch.

Utstyr

Organisering

Oppgaven gjennomføres i studentgrupper.

Tid for gjennomføring er angitt på emnets hjemmeside. Varighet: 4 timer, kl 1215-1600 (men en kan jobbe med utstyret fram til kl 1700 dersom det er behov for det).

Ansvarlig for oppgaven: Emneansvarlig (FH).

Veiledere: Studentassistenter og emneansvarlig.

Vurdering (godkjenning)

Oppgaven er obligatorisk. Hver gruppe skal innen kl. 18 labdagen laste opp følgende i emnets Fronterrom:

  • en labjournal
  • en LLB-fil der hoved-VI'et inneholder både PI-regulatoren og av/på-regulatoren

Labarbeidet vurderes som godkjent/ikke godkjent ut fra deltakelse på lab, innlevert journal og innlevert LLB-fil.

Om labjournalen

Her er standard journalforside. Labarbeidet vurderes som godkjent/ikke godkjent ut fra deltakelse på laben og innlevert journal.

Krav til journalen (som må skrives under selve labarbeidet):

  • Pdf
  • Kortfattet
  • Norsk eller engelsk.
  • Innhold: Skjermbilder med en kort tekst til hva bildene viser. Samme overskrifter som i oppgaveteksten.
  • Pdf-dokumentet skal ha filnavn ihht denne malen: "IA3112_Laboppgave1_Haugen_Åsen_Dalen.pdf" eller EK3114_Laboppgave1_Haugen_Åsen_Dalen.pdf.

Forberedelser

Ingen spesielle (ut over kunnskaper og ferdigheter ihht. emnets undervisningsplan).

Oppgaver

Under eksperimenteringen kan varmluftprosessens vifte kjøres på høyeste hastighet, med mindre noe annet er angitt i oppgaven.

  1. Implementering av tilbakekoplet temperaturreguleringssystem med PI-regulator: 
    Først: Tegn et blokkdiagram av reguleringsssystemet på papir (eller i Visio el.l.). Blokkdiagrammet kan inneholde følgende blokker: Prosess (varmluftrør) inkl. aktuator (varmeelement), temperatursensor, AI, omregning fra volt til grader C, målefilter, regulator, AO. Signalene mellom blokkene må være klart definert.
    Deretter: Implementer et temperaturreguleringssystem for regulering av utløpstemperaturen på varmluftsprosessen ihht. følgende spesifikasjoner:
    • Regulatoren er PI-regulatorfunksjon gitt ved likn. (9.19)-(9.21) i læreboka. Det skal være mulighet for å velge mellom automatisk og manuell modus via en bryter på frontpanelet. Reguleringsavviket har enhet grader C. Pådraget har enhet volt. Tidsskritt 0,05. Programmer formlene i Formula Node. Bruk Feedback Node ifm. likn. (9.21). Hva bør I-leddets initialverdi være, forutsatt at det manuelle pådraget, u_man, har en ok verdi? Kp og Ti skal være justerbare fra Frontpanelet, men kan gis verdier hhv. 0,5 og 20 (sek), som skal passe nokså godt til varmluftprosessen (i laboppgave 5 skal dere fin-innstille Kp og Ti).
    • Temperatursettpunktet skal være justerbart via en skyver (eng.: slider) fra frontpanelet.
    • Temperatursettpunktet [C] og temperaturmålingen [C] skal plottes i samme chart, som skal vise tiden i sekunder langs tidsaksen.
    • Pådraget u [V] skal plottes i en egen chart, som skal vise tiden i sekunder langs tidsaksen.
    • Legg inn et tidskonstantmålefilter med tidskonstant 1 sek. Dere kan bruke enten dette ferdigprogrammerte filteret eller implementere filteret fra scratch (filteralgoritmen er gitt ved likn. (9.23)-(9.25) i læreboka).

  2. Bruk av PI-regulatoren: Sett settpunktet lik 35 C. Klarer regulatoren å få målingen til å følge settpunktet uten gjennomsnittlig avvik ("gjennomsnittlig" kan tolkes som "stasjonært")? Deretter: Endre settpunktet til en ny verdi. Hva blir avviket (gjennomsnittlig)? Deretter: Endre prosessens belastning ved å justere luftgjennomstrømningen (viftehastigheten). Hva blir avviket (gjennomsnittlig)? (Etter disse eksperimentene kan viftehastigheten settes tilbake til maksimal hastighet.)

  3. Implementering av av/på-regulator: Implementer en av/på-regulator (i samme VI). Brukeren skal kunne velge mellom PI-regulator og av/på-regulator på VI'ets frontpanel. (Av/på-regulatoren kan gjerne ha en egen auto-manuell-bryter.) Av/på-regulatorens pådragsgrenser skal være u_min = 0 V og u_maks = 5 V.

  4. Bruk av av/på-regulatoren: Sett settpunktet lik 35 C. Hvordan oppfører reguleringssystemet seg? Hva er den maksimale absoluttverdien av reguleringsavviket, altså "maksimalt avvik"? Maks. avvik vil variere med settpunktet og med prosessbelastningen (luftgjennomstrømningen), men dere trenger ikke undersøke denne avhengigheten nærmere.) Foretrekker du PI-regulatoren eller av/på-regulatoren hvis du kan velge fritt? 

  5. Ekstraoppgave (frivillig): Bruk av LabVIEWs PID-regulator:
    1. Bruk den innebygde PID-regulatoren kalt "PID Advanced" som temperaturregulator for varmluftprosessen. Følgende innganger skal gis verdier fra frontpanelet (sjekk LabVIEWs dokumentasjon (Help) for å se hva inngangene betyr): setpoint, manual control (=u_man), auto, PID gains (obs: Ti og Td forutsettes å ha enhet minutt), dt (som forutsettes å ha enhet sekund). For de øvrige inngangene kan standardverdier brukes (dvs. dere trenger ikke kople verdier til disse inngangene). Bruk samme regulatorparameterverdier som i deloppgave 1.1.
    2. Fungerer regulatoren likt med PI-regulatoren dere selv programmerte?
Tips for forbedringer av oppgaven:
Forenkles. Gi bedre intro. Gi ut en halvferdig LLB på forhånd. Prøv settpunkt 60 C.
Oppdatert 26.9 2017 av Finn Aakre Haugen, teacher. E-mail: Finn.Haugen@usn.no