Holtidős folyamatok irányítástechnikai megoldásainak vizsgálata.
Bármelyik termelő iparágban kiemelt jelentősége van annak, hogy a folyamatok paramétereit az általunk szükségesnek vélt módon képesek legyünk befolyásolni, azaz szabályozni. Ebben azonban jelentős nehézséget okoznak azok az elemek, amelyek modellezéséhez holtidős tag is szükséges; a vegyiparban például ilyen módon viselkednek a különböző analitikai eszközök. A holtidős tag hátrányosan hat a hagyományos visszacsatolt szabályozó kör stabilitására, emiatt kisebb erősítési tényezőket tudunk beállítani, mintha nem lenne jelen, aminek a következtében rosszabbá válik a szabályozás minősége. Annak érdekében, hogy ezt a hatást csökkenteni lehessen, speciális szabályozási stratégiákat alakítottak ki, mint például a Smith-prediktort, illetve az Internal Model Controlt (IMC).
A munkám során az volt a célom, hogy tanulmányozzam a holtidős tag káros hatását a minőségre, hogy összehasonlítsam a negatív visszacsatolás, a Smith-prediktor, valamint az IMC által nyújtott szabályozás minőségét az időtartományban, illetve az, hogy megvizsgáljam, van-e hatása a szabályozó nélküli struktúrának a szabályozás minőségére a különböző esetekben. A feladat során kétféle átviteli függvénnyel rendelkező szabályozott szakaszt vizsgáltam: az első esetben ez egy három elsőrendű tag soros kapcsolásából összeálló harmadrendű tag volt, a másodban pedig ezzel sorba kapcsoltam egy holtidős tagot is. Éltem bizonyos egyszerűsítő feltételezésekkel: a szabályozott szakasz módosított jellemzőre és zavarásra vonatkozó átviteli függvénye azonos, valamint a távadó és a beavatkozó szerv egységnyi erősítési tényezővel rendelkező arányos tag.
A Matlab Simulink nevű moduljában felépítettem a fentebb említett három szabályozási struktúrát mindkét átviteli függvényre, azaz a hagyományos negatív visszacsatolást, a Smith-prediktort, valamint az IMC-t. Az első két esetben a szabályozó szerv egy, a Ziegler-Nichols-módszer szerint behangolt PID szabályozó volt, az utolsóban pedig egy, az irodalomban használt eljárás szerint meghatározott szabályozó. Adott struktúra mellett összehasonlítottam a holtidővel rendelkező folyamat szabályozásának minőségét az azzal nem rendelkezőével, illetve ugyanezt megtettem adott folyamat mellett a különböző struktúrákra. Mindkét esetben tanulmányoztam mind a zavarás, mind az alapjel-változtatás hatását. Legvégül az irányban végeztem megfigyeléseket, vajon van-e hatása a szabályozó nélküli struktúrának a szabályozás minőségre. Minden stratégiánál megfigyelhető volt a holtidős tag negatív hatása a minőségre vonatkozólag. Amennyiben a folyamat holtidővel rendelkezik, a szabályozók összehasonlításának tekintetében megállapítható, hogy zavarás esetén a Smith-prediktor és az IMC gyakorlatilag ugyanolyan, a visszacsatolásnál jelentősen jobb minőséget nyújt, alapjel-változtatás esetén pedig az IMC teljesít a legjobban, őt követi a Smith-prediktor, amely lényegében úgy viselkedik itt, mint egy a holtidővel eltolt harmadrendű tag a negatív visszacsatolás esetében, a legrosszabb minőséget pedig a negatív visszacsatolás szolgáltatja. Emellett elmondható, hogy szabályozó nélkül a speciális struktúráknak egyáltalán nem lenne hatása.
Az eredmények alapján levonható az a konklúzió, hogy amennyiben holtidős taggal modellezhető egy adott berendezés, akkor ott érdemes a speciálisan erre a problémára kifejlesztett stratégiákat használni szemben a hagyományos negatív visszacsatolással.
szerző
-
Mihály Zsolt
vegyészmérnöki
nappali
konzulens
-
Farkasné Szőke-Kis Anita
egyetemi tanársegéd, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék
