Design and tuning of PID override control system based on signal filtering
Download as PPTX, PDF0 likes503 views
This document describes a proposed override control system that uses two anti-reset windup controllers, a common actuator, and pre-filter and post-filter to limit an override variable without overshoot. The standard override control system uses a min/max selector that can cause overshoot. The proposed system instead uses a post-filter and limiter to define the desired limit and set-point for the override variable. Simulation results demonstrate that the proposed system can limit the override variable without overshoot, which is an improvement over the standard approach. An experiment on a laboratory thermal plant confirms the effectiveness of the proposed solution.
Design and tuning of PID override control system based on signal filtering
- 1. PROCESS CONTROL Subject: TRAN MINH CHIEN
- 3. Design and Tuning of PID Override Control System Based on Signal Filtering ABSTRACT: The proposed override control system consists of two anti-reset windup controllers, common actuator and a limiter, surrounded by pre and post biproper filters. Prefilter is inverse of the post-filter. The desired limit on the override variable and its set-point are defined by output of the limiter. Signal selector is not applied in the proposed structure. Other characteristic feature of the proposed solution, compared to standard one, is that the override variable response is obtained practically without overshoot. Procedure for adjusting parameters of the postfilter are defined and illustrated in detail. Simulation results are used to demonstrate the basic ideas. Experiment on a laboratory thermal plant with noisy measurements is used to confirm validity of the proposed solution. Keywords: PID control; Override control; Constraints; Dead-time compensation; Tuning
- 4. I. INTRODUCTION Figure 1. Block diagram of a standard override control system: primary controller Cp and override controller Co connected to the common actuator AC trough the min/max selector. 𝑮 𝒑 𝒔 = 𝒆−𝟎.𝟐𝒔 𝒔 𝑮 𝒐 𝒔 = 𝟏𝟎𝒆−𝒔 𝟏𝟎𝒔 + 𝟏
- 5. I. INTRODUCTION Figure 1. Block diagram of a standard override control system: primary controller Cp and override controller Co connected to the common actuator AC trough the min/max selector. 𝑮 𝒑 𝒔 = 𝒆−𝟎.𝟐𝒔 𝒔 𝑮 𝒐 𝒔 = 𝟏𝟎𝒆−𝒔 𝟏𝟎𝒔 + 𝟏
- 6. I. INTRODUCTION Figure 2. Control signals up (dashed), uo (dotted) and resulting u (solid) of override control system in Fig. 1, with selector of a min type.
- 7. I. INTRODUCTION Figure 3. Set-point (dashed) and process output (solid) responses of override control system in Fig. 1. Standard override controller Co can not prevent appearance of overshoot in the override variable yo.
- 8. II. PROPOSED STRUCTURE Figure 4. Proposed override control system: primary controller Cp and override controller Co connected to the common actuator AC. Inside limits u(t)≡up(t) and override controller Co is inactive. Fr(s) is a biproper post-filter with Fr(0)=1.
- 9. II. PROPOSED STRUCTURE Figure 4. Proposed override control system: primary controller Cp and override controller Co connected to the common actuator AC. Inside limits u(t)≡up(t) and override controller Co is inactive. Fr(s) is a biproper post-filter with Fr(0)=1.
- 10. II. PROPOSED STRUCTURE Figure 5. Set-point (dashed) and process output (solid) responses of the proposed override control system in Fig. 4. Dot line presents the desired limit for yo.
- 11. Reference • Design and Tuning of PID Override Control SystemBased on Signal Filtering, Aleksandar I. Ribić, Miroslav R. Mataušek, International Symposiumon Industrial Electronics INDEL 2014, Banja Luka, November 06-08,2014
- 12. The End Thank for Watching
Editor's Notes
- #4: anti-reset windup controllers: Chống bão hoà tích phần thiết bị truyền động chừng and a limiter, biproper filters trước & sau (hàm truyền có tử số mẫu số cũng bậc) HIỆN TƯỢNG BÃO HÒA TÍCH PHÂN : P là đáp ứng giá trị đặt. PI/PID: hiện tượng giá trị vượt quá, và không thể đạt được ổn định (do vi phân đòi hỏi phải được xấp xỉ theo một số cách khác nhau bởi vì thành phần vi phân TdS là một khâu không có tính nhân quả)
- #5: Trong nhiều trường hợp, số lượng biến được kiểm soát nhiều hơn số lượng các biến thao tác. Override & Cascade control được áp dụng để giải quyết điều khiển này vấn đề ở cấp độ kiểm soát quy định. Trong bài báo giải pháp hiệu quả để thiết kế và hiệu chỉnh điều chỉnh được đề xuất và xác minh bằng thực nghiệm. Trong Override ctrl một biến là điều khiển chính biến yp và phải được duy trì tại một tham chiếu nhất định giá trị rp (càng gần càng tốt), nhưng theo cách đóbiến ghi đè yo phải được giới hạn ở giá trị ro, được xác định trong [1] là ràng buộc mềm. Sơ đồ khối của bộ điều khiển ghi đè tiêu chuẩn được trình bày trong hình 1. Đầu ra của bộ truyền động w được sử dụng làm phản hồi thiết lập lại bên ngoài, chung cho cả bộ điều khiển Windup chống thiết lập lại Cp và Co. Two đầu ra bộ điều khiển được kết nối với bộ chọn tín hiệu (tối thiểu hoặc tối đa). Bộ điều khiển yêu cầu bộ truyền động cao hơn hoặc thấp hơn đầu ra w sẽ ghi đè lên cái khác. Trong hoạt động bình thường chế độ, bộ điều khiển này là chính, Cp. Sự ổn định của điều này hệ thống kiểm soát ghi đè tiêu chuẩn được xem xét trong [2].
- #6: Giả sử rằng các biến yp chính và ghi đè yo là được định nghĩa bởi yp = Gpw và yo = Gow, trong đó Gp và Go là một số quy trình chuyển chức năng. Nó được thông qua rằng bộ chọn trong Hình 1 là loại tối thiểu. Trong trường hợp này, khi ghi đè biến yo tiếp cận gần với giới hạn ro của nó, sau đó tín hiệu đầu ra uo giảm. Khi nó giảm xuống dưới bộ điều khiển chính đầu ra lên, nó được chọn làm đầu vào chấp hành u. Điều này có nghĩa là bộ điều khiển Co ghi đè lên bộ điều khiển chính Cp, như thể hiện trong hình 2 cho ví dụ với chuyển giao quy trình chức năng Gp và Go bộ điều khiển PI khởi động lại được sử dụng cho chính bộ điều khiển Cp và bộ điều khiển ghi đè Co, được định nghĩa trong Phần 2.
- #7: Vấn đề cơ bản với điều khiển ghi đè trong Hình 1 là overshoot trong phản ứng yo sau khi thay đổi rp điểm đặt. Điều này được thể hiện trong hình 3, cho ví dụ trên được xác định bởi (1) và Hình 1. Sự xuất hiện của phần vượt quá trong Hình 3 làm giảm hiệu suất của kiểm soát ghi đè. Kết luận này xuất phát từ thực tế là ro điểm đặt ghi đè (ràng buộc mềm) phải được đặt đủ xa điểm hành trình khóa liên động, ký hiệu trong [1] là các ràng buộc cứng. Trong bài báo hiện tại một cấu trúc mới của điều khiển ghi đè hệ thống được đề xuất trong Phần II. Nó cho phép giải quyết hiệu quả vấn đề vượt quá ở trên trong trường hợp thay đổi điểm rp điểm đặt cũng như trong sự hiện diện của sự xáo trộn.
- #8: Vấn đề cơ bản với điều khiển ghi đè trong Hình 1 là overshoot trong phản ứng yo sau khi thay đổi rp điểm đặt. Điều này được thể hiện trong hình 3, cho ví dụ trên được xác định bởi (1) và Hình 1. Sự xuất hiện của phần vượt quá trong Hình 3 làm giảm hiệu suất của kiểm soát ghi đè. Kết luận này xuất phát từ thực tế là ro điểm đặt ghi đè (ràng buộc mềm) phải được đặt đủ xa điểm hành trình khóa liên động, ký hiệu trong [1] là các ràng buộc cứng. Trong bài báo hiện tại một cấu trúc mới của điều khiển ghi đè hệ thống được đề xuất trong Phần II. Nó cho phép giải quyết hiệu quả vấn đề vượt quá ở trên trong trường hợp thay đổi điểm rp điểm đặt cũng như trong sự hiện diện của sự xáo trộn.
- #9: Hệ thống kiểm soát ghi đè được đề xuất được trình bày trong Hình 4. Các tính năng đặc trưng của cấu trúc đề xuất là bộ giới hạn được bao quanh với bộ lọc hậu biproper và nghịch đảo của nó, một bộ lọc trước. Đa thức A2 (s) được cho bởi A2 (s) = a2s2 + a1s + a0, Fn(s) = 1 / (Tis + 1) n là bộ lọc thông thấp thứ n, n≥1 và L là a tham số thiết kế [3,4]. Cấu trúc tương tự được sử dụng cho bộ điều khiển chính, với Fr (s) Fn (s). Rõ ràng, đặt hàng đầu tiên bộ lọc Fn (s) có thể được áp dụng cho a2 = 0, như trong Bảng I
- #10: Cơ cấu đề xuất là đơn giản và rõ ràng. Vì bộ lọc sơ bộ được sử dụng để đảo ngược bộ lọc hậu biproper, bên trong các giới hạn người ta có được u (t) ≡up (t) kể từ khi hành động ghi đè bộ điều khiển Co trong hình 4 bị hủy bỏ. Khi điểm đặt ro (t) đạt đến giới hạn, kết nối liên quan đến bộ điều khiển chính bộ chấp hành bị hỏng và bộ điều khiển ghi đè Co đang hoạt động với điểm đặt được xác định bởi một giới hạn mong muốn. Cấu trúc đề xuất được áp dụng cho ví dụ trên (1). Để chứng minh lợi thế của kiểm soát ghi đè được đề xuất hệ thống, cùng bộ điều khiển PI (a2 = 0, L = 0, n = 1) được sử dụng trong hệ thống kiểm soát ghi đè tiêu chuẩn, với kết quả được trình bày trong H. 2-3, và trong cấu trúc đề xuất, được sử dụng để thu được kết quả trong hình 5. Các thông số của bộ điều khiển PI được nêu trong Bảng I
- #11: Kết quả được trình bày trong Hình 5 xác nhận rằng giới hạn mong muốn là hầu như hoàn toàn hài lòng, bằng cách sử dụng điều khiển ghi đè được đề xuất hệ thống và điều chỉnh hậu lọc có nguồn gốc trong phần tiếp theo.
- #12: After consulting a variety of sources, you will need to narrow your topic. For example, the topic of internet safety is huge, but you could narrow that topic to include internet safety in regards to social media apps that teenagers are using heavily. A topic like that is more specific and will be relevant to your peers. Some questions to think about to help you narrow your topic: What topics of the research interest me the most? What topics of the research will interest my audience the most? What topics will the audience find more engaging? Shocking? Inspiring?