SISO-prosessin eksplisiittisen itsevirittyvän säädön Simulink-simulointi

Abstract

Työssä tutkitaan yhden sisäänmenon ja yhden ulostulon (engl. Single-Input, Single-Output, SISO) prosessin eksplisiittisen itsevirittyvän säädön Simulink-simulointia. Säätöpiiri mallinnetaan ja sen toiminnasta esitetään simulointiesimerkki käyttäen Matlab-ohjelmiston Simulink-laajennusta. Simulink-malli luodaan käyttäen alkeislohkoja, jotta esitettävät matemaattiset operaatiot ovat mahdollisimman helposti nähtävissä. Työn tavoitteena on yksinkertaisen mallin luonnin lisäksi havainnollistaa käytettyä menetelmää simuloinnin avulla. Työ on jaettu kirjallisuustutkimukseen ja käytännön osuuteen. Kirjallisuustutkimus koostuu luvuista 2, 3 ja 4. Luvussa 2 esitellään itsevirittyvän säädön yleistä teoriaa, sen eksplisiittinen toteutustapa ja työssä käytettävän prosessimallin rakenne. Luvuissa 3 ja 4 käydään läpi työssä toteutettavassa säädössä hyödynnettävät menetelmät. Käytännön osuuteen sisältyvät luvut 5 ja 6. Luvussa 5 esitetään Simulink-mallin arvot ja rakenne sekä simuloinnin asetukset. Luvussa 6 tarkastellaan simuloinnin tuloksia. Muodostetun mallin järkevyys tarkistetaan vertaamalla sitä Matlab-skriptinä luotuun yhtäpitävään toteutukseen. Tutkittavasta toisen kertaluokan SISO-prosessista muodostetaan malli sekä differenssiyhtälönä että z-siirtofunktiona. Prosessimallin polynomien kertoimet eli parametrit estimoidaan rekursiivisen identifioinnin avulla. Työssä käytetään rekursiivista pienimmän neliösumman menetelmää (engl. Recursive Least-Squares method, RLS). Prosessin parametriestimaatteja käytetään säätimen virittämiseen eksplisiittisessä itsevirittyvässä säädössä. Viritysalgoritmina toimii minimiasteinen napojen asettelumenetelmä (engl. Minimum-Degree Pole Placement method, MDPP). Sen pohjalta muodostuu myös käytettävä perussäätöalgoritmi. Säädön toimintaa tarkasteltiin simulointiesimerkin avulla, jonka perusteella toiminta vaikutti järkevältä. Säädön suorituskyky todettiin kokonaisuudessaan melko hyväksi ja alkuvaiheessa riippuvaksi valituista alkuarvoista. Simulink-mallin ja Matlab-skriptin vertailussa huomattiin eri toteutusten tulosten vastaavan toisiaan hyvin. Simulink-malli todettiin tämän perusteella järkeväksi. Työn jatkokehityskohteiksi esitettiin esimerkkeinä säädön toteuttaminen parametreiltaan muuttuvan, häiriötä sisältävän tai monen sisäänmenon ja ulostulon prosessille. Lisäksi ehdotettiin käytettyjen RLS- ja MDPP-menetelmien muokkaamista tai korvaamista vaihtoehtoisten toteutusten luomista varten.