Snabb processreglering med transient börvärde

Abstract

Syftet med detta arbete var att minimera insvängningstiden av en temperaturreglering. Det görs genom att påbörja regleringen medan börvärdet fortfarande är i den transienta delen av insvängningen. Detta innebär att börvärdet skall filtreras med ett digitalt lågpass filter för att ta bort mätbrus. Filtreringen i sin tur orsakar en fördröjning till den transienta delen av insvängningen. Därmed skall lågpass filtret vara grovt i början av processen för att inte någon märkbar fördröjning skall ske och sedan ändras filtret linjärt sådant att filtreringen blir fin mot slutet. Detta minimerar filtrets fördröjning till insvängningen. Genom att mäta derivatan för bör- och ärvärdet och sedan styra ärvärdets derivata mot börvärdet kan en optimal insvängning åstadkommas. Slutligen skall regulatorn vara adaptiv eftersom tidskonstanten för processen är okänd.

The goal of this thesis is lower the settling time of a temperature control process. The process consists of a transient phase and a stable phase. Currently the controller doesn't react until the stable phase is reached. The improved controller will start controlling the process during the transient phase. This is made possible by implementing a digital low pass filter that linearly increases the smoothing of the measured setpoint. A digital low pass filter that applies excessive smoothing during the transient phase would cause a delay that would ultimately increase the settling time. As an additional control parameter the derivative of the setpoint is used to control the temperature during the transient phase. During the transient phase the controller relies on the derivative to controll the process while the error is used more during the stable phase. The controller can only apply heating not cooling.

Tämän työn tavoitteena on lyhentää lämpöohjausprosessin asettumisaikaa. Prosessi koostuu kahdesta eri vaiheesta, ohimenevästä ja stabiilista. Lyhenetty asettumisaika saavutetaan aloittamalla säätäminen transientin vaiheen aikana. Alkuperäinen ohjain odottaa asetusarvon stabilisoitumista ennen kuin säätäminen aloitetaan. Uudella ohjaimella pyritään aloittamaan säätäminen transientin vaiheen aikana. Tämän mahdollistaa digitaalinen matalapäästösuodatin, jonka vahvuus muuttuu linearisesti prosessin aikana. Liiallinen suodattaminen prosessin alussa johtaa viiveeseen, joka pidentää asettumisaikaa. Transientin aikana käytetään erosuureen lisäksi asetusarvon sekä prosessin todellisen arvon derivaattaa. Näin pystytään ohjaamaan todellinen arvo seuraamaan asetusarvon käyttäytmistä transientin vaiheen aikana. Prosessiin voidaan ainoastaan vaikuttaa säätämällä lämpöä.