Laborator 1

Sisteme de reglare automat n industria alimentar

1. Scopul lucrrii

n acesta lucrare de laborator se urmrete cunoaterea structurii de baz a mediului de simulare Matlab, identificarea elementelor componente ale blocurilor i legturile dintre acestea.

2. Consideraii teoretice

Sistem - un ansamblu de obiecte naturale sau artificiale care acioneaz concomitent pentru realizarea unui obiectiv comun, considerat de dou tipuri de mrimi: cauza i efect.

Sistem automat cuprinde procesul supus automatizrii ct i mijloace tehnice ce asigur automatizarea acestuia.

Sistem de reglare automat - sunt sisteme cu conexiune invers (cu bucla de reacie sau cu circuit nchis) care i decid comportamentul fa de mrimile externe pe baza mrimii de eroare generate n mod automat, cu scopul expres al anularii acesteia. Prin intermediul reaciei negative este posibil pe lng stabilizarea unor sisteme natural instabile, mbuntirea performantelor sistemului n circuit nchis i atenuarea perturbaiilor externe nemsurabile.

Componentele Sistemului Automat: R=regulator automat; EE=element de execuie; T=traductor;

Mrimi: y=msura; u=comanda; yr=referin; m= execuie; = eroare; z= calitate; v=perturbaie;

Regulatorul automat (R) prelucreaz mrimea de referin yr (msurat sau reglat) genernd comanda u cu scopul asigurrii evoluiei ieirii procesului z, n conformitate cu programul impus prin mrimea de referin, indiferent de acionarea perturbaiei v.

Perturbaiile pot fi aditive (aciunea se acumuleaz la ieire cu comanda) sau parametrice (produc modificri structurale ale procesului)

Cu ajutorul R, EE, i T se asigura evoluia procesului propriu-zis n conformitate cu programul impus prin referina yr.

R prelucreaz mrimea de referin yr ieirea msurat y i/sau eroarea dup legi de reglare bine definite. Eroarea este bine generat automat la nivelul R.

Un sistem automat ndeplinete sarcina de reglare dac, indiferent de aciunea mrimilor exogene ce acioneaz asupra procesului, este ndeplinit condiia de reglare: = 0

3. Descrierea mediului de simulare

Numele MATLAB provine de la Matrix laboratory. MATLAB este un limbaj de nalt performan pentru proiectarea asistat de calculator

MATLAB este n acelai timp un limbaj de programare i un sistem de dezvoltare care integreaz calculul, vizualizarea i programarea ntr-un mediu uor de utilizat (easy-to-use), problemele i soluiile acestor probleme fiind exprimate ntr-un limbaj matematic accesibil.

Domenii de utilizare:

Matematic i calcul numeric

Dezvoltarea algoritmilor

Modelare, simulare i testarea prototipurilor

Analiza i vizualizarea datelor

Grafica inginereasc i din tiinele aplicate

Dezvoltarea de aplicaii, inclusiv GUI

MATLAB - sistem interactiv care are ca element de baz tabloul, matricea, ceea ce permite rezolvarea problemelor de calcul numeric, n special cele care necesita prelucrarea de vectori sau mtrici.

Sistemul MATLAB const n cinci prti principale:

Limbajul MATLAB

Mediul de lucru MATLAB

Handle Graphics

Biblioteca de funcii matematice a MATLAB-ului

Interfaa de aplicaii program a MATLAB-ului (API)

MATLAB este un pachet de programe dedicat calcului numeric ireprezentrilor grafice. Elementul de baz cu care opereaz este matricea, de aici provenind i numele su: MATrix LABoratory. Resursele sale de calcul i reprezentare grafic sunt bogate, permind operaii matematice fundamentale, analiza datelor, programare, reprezentri grafice 2D i 3D, realizarea de interfee grafice etc.

Din punct de vedere al construciei sale, MATLAB este alctuit dintr-un nucleu de baz n jurul cruia sunt grupate TOOLBOX-urile. Acestea reprezint nite aplicaii specifice, fiind de fapt colecii extinse de funcii MATLAB care dezvolt mediul de programare de la o versiune la alta, pentru a rezolva probleme din diverse domenii.

n prelucrarea numeric a semnalelor cel mai des utilizat este toolbox-ul SIGNAL PROCESSING.

SIMULINK este un mediu pentru modelarea, analiza i simularea unui mare

Numr de sisteme fizice i matematice.

Ca extensie opional a pachetului de programe MATLAB, SIMULINK ofer ointerfa grafic cu utilizatorul pentru realizarea modelelor sistemelor dinamice reprezentate n schema bloc. O bibliotec vast, cuprinznd cele mai diferite blocuri st la dispoziia utilizatorului. Aceasta permite modelarea rapid i clar a sistemelor, fr a fi necesar scrierea mcar a unui rnd de cod de simulare.

Modelele realizate sunt de natur grafic, iar pe lng numeroase alte avantaje SIMULINK ofer i posibilitatea de documentare i de tiprire a rezultatelor la imprimant. Rezultatele simulrii unui sistem pot fi urmrite chiar n timp ce se desfoar simularea, pe un osciloscop reprezentat ntr-o fereastr a ecranului.

SIMULINK dispune de algoritmi avansai de integrare i de funcii de analiz care furnizeaz rezultate rapide i precise ale simulrii:

apte metode de integrare

simulare interactiv cu afiare n timp real a rezultatelor

simulri de tip Monte-Carlo

calcul de stabilitate

liniarizri

Arhitectura deschis a SIMULINK-ului permite extinderea mediului de simulare:

construirea de blocuri speciale i biblioteci de blocuri cu icoane proprii cu interfa cu utilizatorul pentru MATLAB, Fortran sau C.

combinarea programelor Fortran i C disponibile pentru preluarea modelelor deja validate.

generarea de cod C din modele SIMULINK cu generatorul opional SIMULINK de cod.

Ghid de utilizare Simulink

SIMULINK este o colecie de funcii MATLAB, organizate ntr-un aa numit toolbox al sistemului de programare menionat. SIMULINK aduce n plus funcionaliti specifice analizei i sintezei sistemelor dinamice, pstrnd n acelai timp toate caracteristicile i funcionalitile sistemului MATLALB.

Exist dou faze logice de utilizare a toolboxului. ntr-o prim faz, se definete sau se apeleaz un model de sistem existent. Analiza acestui model face 2 obiectul fazei a doua. n general, strategia de lucru este iterativ, utilizatorul revenind la paii parcuri anterior i modificnd modelul, pe msur ce avanseaz n proiectare, n scopul obinerii indicilor de calitate dorii.

Toolboxul SIMULINK folosete o clas de ferestre denumite "diagrame". n astfel de ferestre este creat modelul sistemului, n principal prin folosirea mouse-lui. Aa cum am menionat, definirea modelului este urmat de analiza acestuia.

SIMULINK pune la dispoziia analistului opiuni proprii de analiz. n acelai timp utilizatorul este liber s opteze pentru comenzi MATLAB dedicate analizei sistemice.Tot SIMULINK face posibil linearizarea modelelor i determinarea punctelor de echilibru.

4. Schema aplicaiei de laborator

Componente Simulink

Dac se deschide biblioteca Simulink se observ urmtoarele categorii de blocuri:

Continuous - blocuri ce furnizeaz funcii specifice circuitelor analogice: derivare, integrare, funcie de transfer, ntrziere n domeniul timp, etc.;

Discrete - blocuri ce furnizeaz funcii specifice circuitelor discrete: funcie de transfer discret, filtru discret, ntrziere n domeniul timp cu un pas, integrator discret, etc.;

Function & Tables - blocuri care permit extinderea setului de blocuri existent cu blocuri create de utilizator;

Math - funcii matematice de ordin general: sum, produs, amplificare, modul, faz, funcii trigonometrice, etc.;

Nolinear - funcii specifice circuitelor neliniare;

Signals & Systems - blocuri necesare pentru definirea semnalelor: mas, multiplexor de mai multe semnale, funcii pentru preluarea i salvarea valorilor n spaiul Matlab, etc.;

Sinks - aparate de msur: multimetru, osciloscop, grafic XY, etc.;

Sources - surse de semnal: generatoare de semnal sinusoidal, triunghiular,

Dreptunghiular, zgomot, ramp, pulsuri, click, etc.

5. Rezultatele obinute

6. Concluzii

n concluzie n lucrarea de fa se observa c reglarea n cascad este optim pentru procesul nostru deoarece cei 2 parametri :debit i temperatura ncep s se stabilizeze ntr-un timp scurt de 15 secunde i continu s rmn constani pe toat durata procesului.