Transmisii de date Controlul la distan al proceselor 2012-2013 Laborator 10

1

PROIECTAREA UNEI STRUCTURI DE REGLARE CU PREDICTOR SMITH ADAPTIV

Obiectiv: Lucrarea de fa i propune proiectarea i implementarea unei structuri de

reglare cu predictor Smith adaptiv pentru compensarea ntrzierilor variabile n timp care apar n sistemele de control n reea.

I. Predictor Smith

Structura de reglare n reea din Fig. 1 include un regulator discret dat de funcia de transfer ( )RG z , o parte fixat dat de funcia de transfer ( )fG s , reeaua de comunicaii, senzorul i elementul de execuie.

Fig. 1. Sistem de control n reea

n cazul n care ntrzierile introduse de reeaua de comunicaii sunt constante se poate

implementa o schem de reglare cu compensarea timpului mort constant cunoscut sub denumirea de schem de reglare cu predictor Smith, ilustrat n Fig. 2.

Fig. 2. Structur de reglare cu predictor Smith

Pentru a reduce efectul ntrzierilor constante introduse de reeaua de comunicaii se

construiete att un model al procesului ( ( )mf

G z ), ct i un model al ntrzierilor

( ( )m sm Tse z ). Comparaia ntre ieirea modelului i sistemului considerat conduce la apariia unui semnal a crui eroare depinde nu numai de valoarea curent a ieirii procesului presupus fr ntrzierile care apar n reeaua de comunicaii, ci i de gradul de precizie al modelului.

Mrimea de reacie ( )ay t transmis elementului de comparaie al buclei de reglare este

astfel devansat cu un timp fa de ieirea )(ty a procesului fizic. Efectele introducerii

Sensor

Physical plant

Actuator

Network

Controller +

-

e

r

u

y

ay

Sensor

Physical plant

Actuator

Network

Model of process

Model of delay

Controller +

-

e

r

u

y

my

py

pe

+

-

+

+

ay

Smith Predictor

Transmisii de date Controlul la distan al proceselor 2012-2013 Laborator 10

2

blocului de predicie Smith Predictor asupra proiectrii sistemului sunt deosebit de importante, dat fiind c n acest caz se compenseaz efectul ntrzierilor constante introduse de reeaua de comunicaii, la elementul de compensaie transmindu-se un semnal care ar fi rezultat la ieirea sistemului dac reeaua de comunicaii nu ar fi introdus ntrzieri. Proiectarea se poate face astfel fcnd abstracie de prezena ntrzierilor.

II. Predictor Smith adaptiv n cazul n care ntrzierile introduse de reeaua de comunicaii sunt variabile n timp,

se poate construi un regulator cu predictor Smith n reea cu adaptare la ntrzierile variabile n timp care apar n timpul comunicaiilor de la senzor la regulator i de la regulator la elementul de execuie (Fig. 3). Acest regulator are inclus o bucl care micoreaz influena ntrzierilor variabile n timp asupra performanelor de control.

Fig. 3. Bucla de reglare cu predictor Smith adaptiv

Fiind componentele aceluiai subsistem, se poate considera c ntrzierile de la senzor la regulator i de la regulator la elementul de execuie au aceleai valori. ntrzierea utilizat n bucla de adaptare a predictorului Smith se calculeaz pe baza a N ntrzieri anterioare de la senzor la regulator dup formula:

12

i

Nsc

idN

==

, (1)

unde isc reprezint ntrzierea de la senzor la regulator la pasul i.

III. Modul de lucru n laborator: Se consider partea fixat (motor de curent continuu) descris de funcia de transfer:

( ) 21

0.1 0.7 1G s

s s=

+ +. (2)

S se proiecteze un regulator PID, s se implementeze n Matlab/Simulink structurile de reglare din Fig. 2 i Fig. 3 i s se testeze efectele ntrzierilor variabile n timp asupra performanelor sistemelor de control cu predictor Smith i cu predictor Smith adaptiv, tiind c ntrzierile care pot s apar n reeaua de comunicaii sunt cuprinse n intervalul [ ]0,12 perioade de eantionare. Perioada de eantionare a prii fixate este 0.03ssT = .

Sensor

Physical plant

Actuator

Network

Model of process

Adaptation of delay

Controller +

-

e

r

u

y

my

py

pe

+

-

+

+

ay

Adaptive Smith Predictor