Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Jakub Nosek
TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií
Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Cíle bakalářské práce • Zjištění vlastností modelu. Nalezení převodní charakteristiky • Navrhnout jednoduchý PI(D) regulátor a implementovat jej do PLC od firmy Mitsubishi • Pokusit se o aplikaci PID s proměnným zesílením • Realizovat ovládání prostřednictvím dotykového grafického panelu • Pokusit se o online monitoring
2
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
PLC • Použité moduly: • CPU Q25h • Q62DAN • Q64AD
http://www.mitsubishi-automationcz.com/products/modularplc_plc_control.jpg
3
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Model • Vstup: • Výkon motoru: 0 – 10 V • Výstup: • Úhel: 0 – 5 V • Zrychlení v osách X, Y a Z
4
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Identifikace • V programu Matlab vytvořit jednoduché schéma pro řízení a sběr dat • Nutno změřit statickou charakteristiku a zvolit v ní pracovní oblast • Změřit dynamickou charakteristiku v pracovní oblasti v několika dalších bodech • V Matlabu byla pro identifikaci využita funkce Ident 5
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Měření statické charakteristiky Buzení
Výstup 5
9
4,5
8
4
7
3,5
6
3
5
2,5
4
2
3
1,5
2
1
1 0
200
400
600
800
1000
1200
1400 1600 Čas [s]
1800
2000
2200
2400
2600
2800
U [V] - výstup
U [V] - buzení
10
0,5 3000
6
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Statická charakteristika 5 4.5 4
Uout [V]
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 4
5
6
7 Uin [V]
8
9
• Pracovní oblast od 4.5 V do 6 V na vstupu
10
7
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Přenos systému 0
identifikovaná změřená
-0.2
U [V]
-0.4 -0.6 -0.8 -1 -1.2 -1.4 0
20
40
60 Time [s]
80
100
120
• Přenosová funkce druhého řádu se dvěma reálnými kořeny −0,9451 𝐹 𝑠 = 46,5765𝑠2 + 13,6494𝑠 + 1 8
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Návrh parametrů PID regulátoru • Využitá návrhová metoda Chien, Hrones a Reswick: • K = 9,56 • Ti = 25,03 • TD = 0,92 • Za pomoci simulace parametry doladěny: • K = 6,03 • Ti = 18,54 • TD = 0,97 • Rovnice použitého PID regulátoru (Tv = 0,25): 𝑢 𝑘 =𝐾 𝑒 𝑘 +
𝑇𝑣 2𝑇𝑖
𝑘
𝑒 𝑖 + 𝑒 𝑖 − 1 + 𝑇𝐷 𝑒 𝑘 − 𝑇𝑣 𝐷 𝑘 − 1 + 𝐷(𝑘 − 2) 𝑖=1 9
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Regulovaný průběh - simulace 4 zadana tabulkova rucni
3.9
U [V]
3.8 3.7 3.6 3.5 3.4 0
10
20
30 Time [s]
40
50
60
10
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Řídicí algoritmus v PLC • Programováno v softwaru GX Developer • Použit strukturovaný text • Využito přetypování
11
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Regulovaný průběh 4
U [V]
3.5
3
simulovaná reálná žádaná
2.5 0
20
40
60
80
100 Time [s]
120
140
160
180
200
12
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
PID s proměnným zesílením • Snaha o vyrovnání nelinearity ve statické charakteristice • Změna P složky v závislosti na aktuální poloze, zajištěna za pomocí rovnic: 𝑥 ∈ 3,1; 5
𝑦 = 1,53𝑥 + 1,28
𝑥 ∈ 1,9; 3,1) 𝑦 = −0,85𝑥 + 8,69 𝑥 ∈ 1,9; 0) 𝑦 = −8,54𝑥 + 23,29
13
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
PID s proměnným zesílením 24 22 20 18 P
16 14 12 10 8 6 0
0.5
1
1.5
2
2.5 y [V]
3
3.5
4
4.5
5
• Graficky znázorněná změna zesílení v závislosti na aktuální poloze 14
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
PID s proměnným zesílením - graf 5 4.5 4
U [V]
3.5 3 2.5 2 Výchylka Žádaná
1.5 1 0
50
100
150
200 Time [s]
250
300
350
400
15
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Grafický panel • • • •
Program vytvářen v softwaru GT Designer 2 Panel s rozlišením 640x480 pixelů s 256 barvami Program se skládá z grafických bloků Každý blok s možností dopsání skriptu
16
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Grafický panel • Každý ukazatel hodnoty složí i jako vstup pro nastavení
17
Řízení modelu letadla pomocí PLC Mitsubishi Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Online monitoring
• Online monitoring zajištěn v programu GX Developer • Usnadnění ladění programu 18
