ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ

1. 16/09/1230/05 11
ΣΧΟΛΗ Η.Μ.Μ.Υ
ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Δ/ντης: Καθηγητής Μιχάλης Ζερβάκης
Διδάσκοντας: Δρ. Ν. Λυμπέρης - Μπεκιάρης
Ε.ΔΙ.Π. Μανόλης Ντουντουνάκης
1

2. 11/02/15 2
ΘΕΩΡΙΑ & ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ
ΕΛΕΓΧΟΥ
(Εργαστήριο)
2

3. 16/09/1230/05 33
Εξοπλισμός
 11 εργαστηριακοί πάγκοι εργασίας, πλήρως συνδεμένοι με συγχρόνους
Η/Υ, με εξοπλισμό (process control) της Leybold Didactic Gmbh
 11 Μοντέρνοι σταθμοί, Cassy Interfaces, δημιουργίας – καταγραφής
αναλογικών – ψηφιακών δεδομένων σε κάθε πάγκο εργασίας,
τελευταίας τεχνολογίας (2007 -) της Leybold Didactic Gmbh με
σύνδεση usb με Η/Υ
 Χρήση, σε όλους τους πάγκους εργασίας, μοντέρνων λογισμικών
(2010-) CassyLab2, για πλήρη αυτοματοποιημένη καταγραφή –
επεξεργασία –εποπτική παρουσίαση πειραματικών αποτελεσμάτων
3

4. 16/09/1230/05 44
ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ
 Ο Έλεγχος και η αποτύπωση των αποτελεσμάτων γίνεται με
χρήση Η/Υ
 Όλες οι ασκήσεις συνδυάζουν χρήση πραγματικών συστημάτων
με χρήση Η/Υ
 Οι ασκήσεις έχουν διάρκεια δυο (2) ώρες
 Οι ασκήσεις πραγματοποιούνται σε ομάδες των τριών (3) ατόμων.
 Στο τέλος του εξαμήνου γίνεται γραπτή εξέταση του εργαστηρίου.
 Η εξέταση είναι ατομική και υποχρεωτική.
 Όλες οι εργαστηριακές ασκήσεις καλύπτονται σε ικανοποιητικό
βαθμό από τις σημειώσεις του εργαστηρίου κα το βιβλίο θεωρίας.
 Στο εργαστήριο εγγράφονται περίπου 150 φοιτητές κάθε εξάμηνο
και έχουμε ποσοστό επιτυχίας περίπου 70%.
4

5. ΤΡΟΠΟΣ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ
• Κάθε εργαστηριακή άσκηση αποτελείται από πειραματικό μέρος, και μέρος
επεξεργασίας – αξιολόγησης των αποτελεσμάτων.
• Η συμμετοχή του πειραματικού μέρους είναι 50% στη συνολική βαθμολογία
της άσκησης.
• Η συμμετοχή του μέρους επεξεργασίας – αξιολόγησης των αποτελεσμάτων
είναι 50% στη συνολική βαθμολογία της άσκησης.
• Οι εργαστηριακές αναφορές (πειραματικό μέρος, μέρος επεξεργασίας -
αξιολόγησης) παραδίδονται, ηλεκτρονικά, στις προθεσμίες που ορίζονται.
• το τέλος του εξαμήνου γίνεται γραπτή εξέταση του εργαστηρίου. Η
συμμετοχή της εξέτασης στο τελικό βαθμό του εργαστηρίου είναι 40%.
5

6. 16/09/1230/05 66
Θεωρία και Εφαρμογές
Αυτομάτου Ελέγχου (Θ.Ε.Α.Ε.)
• Εισαγωγική Παρουσίαση θεωρίας (στο εργαστηριο)
• 1η άσκηση: Σχεδίαση και έλεγχος συστημάτων σέρβο (Έλεγχος γωνιακής θέσης
κινητήρα συνεχούς ρεύματος, DC Servo). DC Servo with tachogenerator (DC
Servo)
• 2η άσκηση: Έλεγχος της τάσης εξόδου μιας DC γεννήτριας. Έλεγχος της
ταχύτητας (στροφών) ενός DC κινητήρα. (Motor – Generator)
• 3η άσκηση: Αναλογικός & Ψηφιακός Έλεγχος θερμικών συστημάτων.
(Temperature controlled system)
• 4η άσκηση: Διάγνωση Λάθους. (Fault Monitoring)
• 5η άσκηση: Έλεγχος φωτεινότητας (Brightness Control)
• 6η άσκηση: Εξοικείωση με Touch Panel
• Οι ασκήσεις 1,2 και 3 εκτελούνται κυκλικά (ρολόι).
• Οι ασκήσεις 4, 5 και 6 δεν εκτελούνται, προσωρινά, λόγω έλλειψης
προσωπικού.
6

7. ΣΥΣΤΑΣΗ – “ΡΟΛΟΙ”
ΣΥΣΤΑΣΗ
Συνιστάται, από
εκπαιδευτική άποψη, στους
φοιτητές να
παρακολουθούν το
εργαστήριο του μαθήματος
ΣΥΣ402, μόνο, εάν, έχουν
παρακολουθήσει το
εργαστήριο του μαθήματος
ΣΥ401.
“ΡΟΛΟΙ”
• Για λόγους οικονομίας υλικού, οι
φοιτητές δεν πραγματοποιούν
ταυτόχρονα την ίδια άσκηση, σε
όλους τους πάγκους
• Ταυτόχρονα γίνονται όλες οι
ασκήσεις, δηλαδή:
1. Δυο (2) ομάδες την άσκηση servo
2. Δυο (2) ομάδες την άσκηση motor
3. Δυο (2) ομάδες την άσκηση
temperature
4. Τέσσερις ομάδες (4) έχουν κενό
7

8. ΄ΦΕΤΕΙΝΗ΄ ΙΔΙΑΙΤΕΡΟΤΗΤΑ
8

9. ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ
• Στο εργαστήριο, θα μελετήσουμε, τη συμπεριφορά και
τον έλεγχο πραγματικών συστημάτων, με χρήση PID
ελεγκτή.
• Στο εργαστήριο, θα κατανοήσουμε, «απτά», κλασσικά
προβλήματα αυτομάτου έλεγχου, όπως έλεγχο στρόφων
κινητήρα ή έλεγχο τάσης γεννήτριας
• Στο εργαστήριο, θα διαπιστώσουμε, «απτά», τη
καταλληλόλητα ή μη ενός ελεγκτή, στο πρόβλημα που
εξετάζουμε
•
9

10. 16/09/1230/05 10
MEASUREMENT & CONTROL TECHNOLOGY
Technical Details
CASSY-Interfaces and CASSY Lab 2
The CASSY family consists of various hardware components
and the dedicated software package CASSY Lab 2.
CASSY Lab 2
CASSY Lab 2 is a modern 32-bit software, applicable for Windows XP/Vista/7 with the following
features:
Data recording
Multimeter
Oscilloscope
XY-plotter
FFT-analysis
Variety of evaluation aids
Export of measurement data and diagrams.
LD Didactic Page 8 of 94 T8 T 8.2 10

11. Νέα Δομή Ασκήσεων
• Υλοποιούμε τη συνδεσμολογία
• Φορτώνουμε το αντίστοιχο «αρχείο» του
πειράματος
• Ρυθμίζουμε slider
• F9
• Zoom & Marker
11

12. Διαφορετική «λογική» σε
σχέση με ΣΥΣ401
• Λιγότερες μετρήσεις
• Στοχευμένες, μετρήσεις
• Έμφαση στην αξιολόγηση – κατανόηση
των αποτελεσμάτων - μετρήσεων
12

13. 13
Σύστημα Ελέγχου Διεργασίας
R(s) + C(s)
- A(s)
B(s)
 Σκοπός ενός συστήματος αυτόματου ελέγχου διεργασίας
είναι να διατηρεί σταθερή την έξοδό του σε επίδραση
διαταραχών (απορρίπτει τις διαταραχές που οφείλονται σε
μεταβολές του φορτίου κλπ.)
 Η συνολική συνάρτηση μεταφοράς με αρνητική ανάδραση
είναι:
G(s)
D(s)
)()(1
)(
)(
)(
sDsG
sG
sR
sC


13

14. 14
set point
R(s)
E(s)
D(s) G(s)
C(s)
 Ο ελεγκτής ενεργοποιείται σύμφωνα με την ύπαρξη ή όχι
σφάλματος: σφάλμα(e)= set point R(s) – B(s) μεταβλητή
διεργασίας.
 Συνάρτηση μεταφοράς
κλειστού βρόγχου:
Cs
Rs
GsDs
GsDs
()
()
() ()
() ()

1
B(s)
+
-
14

15. 15
Διαδικασία σχεδίασης
Μια προτεινόμενη μέθοδος σχεδίασης δίνεται ως ακολούθως:
 Προδιαγραφές καλής απόδοσης
 Εννοιολογικός σχεδιασμός
 Μαθηματική μοντελοποίηση
 Εγκυρότητα μοντέλου και αναγνώριση μοντέλων
 Ανάλυση του μαθηματικού μοντέλου
 Τροποποίηση και επαναλήψεις
 Κατασκευή και έλεγχος
15

16. 11/02/15 16
PID ελεγκτής (73406)
16

17. Digital PID ελεγκτής
(734064)
734 061 PID Controller is
also possible
17

18. Επιλογή είδους ελεγκτή
18

19. 19

20. Απλοποιημένο Δευτεροβάθμιο
Σύστημα
20

21. 21

22. Ενισχυτής Ισχύος
(Power Amplifier)
22

23. DC servo with Tachogenerator
23

24. Motor – Generator Set
24

25. Temperature Controled
System
25

26. 1. DC Servo
ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ
• Έλεγχος της γωνιακής θέσης με
χρήση ενός κινητήρα συνεχούς
ρεύματος με τη χρήση ενός ή δύο
κλάδων ανατροφοδότησης, της
θέσης και της ταχύτητας, με
χρήση μιας ταχογενήτριας.
• Υπολογισμός συχνότητας
αποκοπής
26

27. DC εντολές
β= f(α)
Έλεγχος της γωνιακής θέσης με χρήση ενός
κινητήρα συνεχούς ρεύματος
27

28. Βηματικη απόκριση ανοικτού
συστήματος
(I controlled system)
28

29. Βηματική απόκριση κλειστού
συστήματος
29

30. Βηματική απόκριση κλειστού
συστήματος with tacho
30

31. Βηματική απόκριση κλειστού
συστήματος with tacho (focus)
31

32. Βηματική απόκριση κλειστού
συστήματος without tacho
32

33. Βηματική απόκριση κλειστού
συστήματος without tacho (focus)
33

34. Υπολογισμός συχνότητας αποκοπής
Τα συστήματα Servo
ανταποκρίνονται και σε ac εντολές
(μέχρι μια ορισμένη συχνότητα).
Έτσι μπορούν να θεωρηθούν
ως ένα κατωδιαβατο φίλτρο που
έχει νόημα ο υπολογισμός της
συχνότητας αποκοπής.
Υπολογισμός συχνότητας
αποκοπής
Δφ=45 μοίρες ή V2= 0.707 V1
34

35. F= 2Hz (with tacho)
35

36. F= 2Hz (with tacho) (focus)
36

37. F= 5Hz
37

38. Βηματικη αποκριση κλειστου
συστηματος
38

39. ( Μόνο ανάδραση
potentiometer ) Kpmin
39

40. (Μόνο ανάδραση
potentiometer) Kp,middle
40

41. (Μόνο ανάδραση
potentiometer) Kp,max
41

42. ( Mε δυο αναδράσεις tacho +
potentiometer) Kpmin
42

43. ( Mε δυο αναδράσεις tacho +
potentiometer) Kpmiddle
43

44. ( Mε δυο αναδράσεις tacho +
potentiometer) Kpmax
44

45. 11/02/15 45
2. Motor – Generator
 Έλεγχος της τάσης
εξόδου μιας DC
γεννήτριας.
 Έλεγχος της ταχύτητας
(στροφών) ενός DC
κινητήρα.
45

46. Έλεγχος της ταχύτητας
(στροφών) ενός DC κινητήρα (1).
46

47. Έλεγχος της ταχύτητας
(στροφών) ενός DC κινητήρα (2)
47

48. Έλεγχος της ταχύτητας (στροφών)
ενός DC κινητήρα (3) (focus)
48

49. Βηματική απόκριση κλειστού
συστήματος με PI ελεγκτή (CHR)
49

50. Έλεγχος της τάσης εξόδου
μιας DC γεννήτριας (1)
50

51. Έλεγχος της τάσης εξόδου
μιας DC γεννήτριας (2)
51

52. Έλεγχος της τάσης εξόδου
μιας DC γεννήτριας (3) (focus)
52

53. Βηματική απόκριση κλειστού
συστήματος με PI ελεγκτή (CHR)
53

54. 11/02/15 54
3.Temperature controlled system
 Μελέτη συστημάτων
ΓΧΑ με πολύ μεγάλες
χρονικές σταθερές
 Εισαγωγή στο ψηφιακό
έλεγχο (digital PID)
54

55. Σύστημα θερμοκρασίας
Temperature Controlled System
• ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ
• Σύστημα με μεγάλη
χρονική σταθερά
• Μηχανικό ανάλογο (ΤΕΙ –
ΜΠΔ)
• Αρχικοποίηση –
«Κρύωμα»
55

56. ΑΝΟΙΚΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ – ΧΩΡΙΣ
ΑΝΑΔΡΑΣΗ
56

57. ΑΝΟΙΚΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ – ΧΩΡΙΣ
ΑΝΑΔΡΑΣΗ
57

58. Αναλογικός Έλεγχος
με PID ελεγκτή
58

59. PID, με CHR, για 0% overshoot και
reference aperiodic control
59

60. PID με CHR για 0% overshoot
και disturbance (1) (without)
60

61. PID με CHR για 0% overshoot
και disturbance (2 –with)
61

62. Ελεγκτής Δυο θέσεων
(Two position Controller)
62

63. Ψηφιακός έλεγχος (on-off)
63

64. (HYSTERESIS) : +/- 0 V
64

65. (HYSTERESIS) : +/- 0.5 V
65

66. (HYSTERESIS) : +/- 1 V .
66

67. Συμπέρασμα
Στο τέλος του εργαστηρίου, σε
συνδυασμό με το μάθημα, θα έχουμε
κατανοήσει, το τρόπο έλεγχου της
αποτελεσματικότητας ενός
οποιουδήποτε ελεγκτή, με μια
οποιαδήποτε μέθοδο, σε ένα
οποιοδήποτε σύστημα
67

68. Σχέση με την αγορά
Η ρύθμιση των ελεγκτών σε ένα Σύστημα
Αυτόματου Έλεγχου, αποτελεί το κύριο
ζητούμενο, στην ελληνική αγορά
(βιομηχανία), σήμερα
68