Controllo Pressione In Sistema Con Ritardo

[birkof]

Ciao a tutti,

vorrei chiedere qualche consiglio su come affrontare un controllo di pressione in un sistema in cui e' presente un ritardo nell'attuazione.

Vorrei regolare la pressione di un gas in un punto preciso di una macchina utilizzando una servovalvola. E' mia intenzione inserire nel punto in cui voglio regolare la pressione un trasduttore. Purtroppo la distanza tra servovalvola e trasduttore non e' nulla (qualche metro di tubi, raccordi, ecc.) e quindi mi aspetto un ritardo nell'attuazione che ho paura dara' problemi nella regolazione.

L'algoritmo di regolazione lo posso implementare io. Qualcuno mi puo' dare dei suggerimenti su come potrei realizzare tale controllo?

Grazie per l'attenzione.

[Livio Orsini]

La risposta può sembrare banale. Devi cercare di quantificare il ritardo e lavorare quasi come fosse ad anelo aperto.

Cerco di chiarire esemplificando.

Ammettiamo che il ritardo si di 100 ms. Misuri una pressione inferiore di 0,5 bar. Apri la servovalvola di quanto ritieni teoricamente necessario, attendi che trascorrano i 100ms e riaggiusti l'apertura.

In pratica dovresti modellizzare il tuo sistema ed andare a regime con approssimazioni successive.

[Marcello da Nettuno]

L'algoritmo che cerchi nella regolazione PID è quello che si chiama "tempo di integrale"

è ugula e alla somma dei tempi di risposta dovuti rispettivamente a:

- quanto ci mette al valvola a muoversi

- quanto ci mette a cambiare la pressione dopo che si e mossa

- quanto ci mette la sonda ad "accorgersi" della variazione di pressione

in termini matematici queste sono le Regole di Ziegler Nichols:

http://it.wikipedia.org/wiki/Controllori_P...Ziegler_Nichols

[Marcello da Nettuno]

Per una spiegazione dei fondamenti puoi dare un'occhiata a questo articolo, essenziale ma completo:

http://adopt.arcetri.astro.it/torre-solare...ments/PID_2.pdf

[Livio Orsini]

... nella regolazione PID è quello che si chiama "tempo di integrale"

Beh è un poco diverso.

In un regolatore PID la definizione fisica del tempo di integrale è: "il tempo necessario affinchè, a errore costante, l'azione integrale eguagli l'azione proporzionale". Ricordo che l'azione integrale, conosciuta anche come "reset", ha il compito di annullare completamente l'errore, che altrimenti non si annullerebbe mai.

Inoltre l'azione integrale introduce, per sua natura, un ritardo.

Purtroppo per il problema proposto, un regolatore semplice come il tipo PID, non ritengo sia il più adatto per ottenere buoni risultati; almeno non nella sua architettura classica.

Modificato: 6 dicembre 2008 da Livio Orsini

[Adelino Rossi]

mi sembra che il quesito di birkof sia solo teorico e non una situazione reale?

la regolazione di pressione è di per sè banale se sono individuati correttamente i parametri di processo e le caratteristiche dei componenti.

trasmettitore di pressione, regolatore dedicato a microprocessore PID e sopratutto valvola con attuatore veloce e se necessario idraulicamente servoazionato

, (con posizionamento in pochi millisecondi) tipo regolazione turbogas o avionica.

Se poi si tratta di un circuito sperimentale con materiali a basso costo allora se ne debbono accettare i limiti.

Lo strano è che ci si pone un problema di ritardo e poi si pensa di autocostruire l'algoritmo di regolazione in proprio, su che dispositivo?

microprocessore o personal computer o altro?

Altra questione non di poco conto sulla velocità, quali sono le pressioni P1 a monte e la pressione richiesta P2 a valle della regolazione?

e oviamente le relative portate e il dimensionamento meccanico delle tubazioni e delle valvole di regolazione.

Una regolazione veloce la si realizza con una regolazione hardware e software ottimizzata allo scopo.

Si deve definire a monte cosa si ritiene per veloce o rallentata esprimendosi direttamente in minuti, secondi o meno.

[birkof]

Ammetto di dover ancora fare delle prove per quantificare il ritardo tra misura e attuazione della pressione. Mi sembra pero' plausibile che esista tale ritardo e se questo ritardo non è così trascurabile, la regolazione di pressione con un semplice PID da "banale" potrebbe diventare poco affidabile o addirittura instabile (innesco di vibrazioni, risposta peggiore dell'anello aperto, ecc.). Quindi direi che parlo di un caso specifico e non solo di teoria. Supponendo l'attuatore (servovalvola) più veloce di questo mondo, il trasduttore più affidabile e preciso del mercato, non posso trascurare il sistema con cui ho a che fare: il trasduttore non si trova direttamente montato nei pressi dell'attuatore, come ho detto. Se il ritardo mi da' fastidio, non posso far altro che implementare una strategia di controllo appositamente creata (qualcuno conosce dei sistemi commerciali che trattano il controllo di sistemi con ritardo?). L'algoritmo verrà implementato su un pc su cui gira un sistema operativo real-time.

Le prestazioni di tale controllo sono abbastanza spinte. Come ordine di grandezza, si richiedono precisioni di decimi di bar e velocità di assestamento di pochi millisecondi.

Grazie a tutti per gli utili suggerimenti!

[birkof]

Ciao Livio,

se ho capito bene, non è possibile recuperare il ritardo nell'attuazione. L'unica cosa che posso fare è regolare il processo dopo che è trascorso un tempo di ritardo, giusto?

[Livio Orsini]

Si. Ma questo è normale. Anche in un azionamento elettrico, ad esempio, il valore di riferimento di corrente è effettuato con un ritardo, che è >= 6,6 ms per un cc a SCR a 50Hz

[Marcello da Nettuno]

Per mia esperienza è molto difficile ottenere una regolazione precisa e istantanea quando il carico è soggetto a forti oscillazioni; non c'è algoritmo che tenga n questi casi; di solito si stabilizza il sistema aumentandone l'inerzia, ad esempio aggiungendo dei volani di accumulo

[birkof]

Ciao,

Facendo un po' di prove su un modellino del sistema, ho visto che la strategia consigliata da Livio è ottima perche' si adatta anche ai casi in cui il ritardo di attuazione varia nel tempo o a seconda delle modalità di funzionamento. Un possibile inconveniente potrebbe essere però la logica che gestisce il passaggio da open loop a closed loop.

Mi è venuto in mente che potrei anche mettere in piedi una strategia di "gain scheduling": un bel controllore PI con guadagni funzione dell'errore tra misura e riferimento. E' un metodo che ho già visto applicare in altre regolazioni e qui potrebbe essere efficace. Per contro avrei una certa complicazione nel meccanismo di selezione dei guadagni (soglie di errore e interpolazione tra un set di guadagni e un altro, ecc.) e un maggior lavoro di taratura del regolatore (tante soglie, tanti guadagni..).

[Livio Orsini]

"gain scheduling":

E' una strategia che usavo da giovane, quando la potenza di calcolo dei micro e la loro velocità erano decisamente scarse (anche le mie conoscenzedi regolazione erano scarse ).

Poi sono giunto alla conclusione che un buon feedforward è molto meglio.

Regola ad anello aperto il grossolano ed in parallelo mettigli un PI che lavora sul fine. Ovviamente per il PI ti conviene usare un tempo di campionamento simile al ritardo di sistema.

[birkof]

Ciao Livio,

In effetti mi sembra la strada piu' semplice.

Se ho capito bene, tu mi consigli di sommare il contributo del PI con il feedforward, senza la gestione di una logica per l'inserimento separato dell'azione dei due contributi (es. se l'errore di inseguimento e' minore di un certo valore, escludere il feedforward e inserire il contributo del PI o cose simili), giusto?

Grazie dei suggerimenti!

[beasrl]

Anche se in ritardo, e spero che possa servire in futuro i sistemi in cui il ritardo domina sulla costante di tempo si possono utilizzare svariati algoritmi tra cui il predittore di Smith. Ne esistono anche delle versioni semplificate (che non sarann difficile da trovare su google) complete di algoritmi di tuning.

Ad oggi qualsiasi regolatore discreto possiede algoritmi del genere ed addirittura siemens mette a disposizione delle librerie da usare sui PLC s7-3/400 gratuitamente complete di sistema di tuning automatico dei parametri.

Saluti a tutti