Microcomputer control of liquid level

Abstract

Yi ÖZET Bu çalışmada, sıvı seviyesinin direk digital kontrolünün teorik ve deneysel olarak analizi incelendi. Sayısal simulasyonlar bölümünde, klasik digital kontrol stratejileri (P,PD,PI,PID) pozisyon ve hız algoritmaları kullanılarak karşılaştırıldı. Bu amaçla pol atama metodu formüle edildi ve simulasyonlarda kullanıldı. Beklenildiği gibi, PID kontrolün P kontrolünün beraberinde getirdiği hataları yok etttigi ve PI kontrole oranla daha hızlı bir sistem sağladığı görüldü. Çalışmanın deneysel bölümünü yapmak için, bilgisayarın A/D ve D/Â kartları için gerekli olan arayüz devreleri dizayn edildi. Deneysel pol atama tekniği, zaman sabiti 32 saniye ve statik kazancı 1 olarak bulunan sıvı 3eviye sistemine uygulandı. Sayısal simulasyonların ve deneysel sonuçların birbirlerini doğruladıkları görüldü. Yerleşme zamanı, t3, ve sönüm faktörü, önceden belirlenen herhangi bir sistemden deneysel olarak alınan sounçlar, simulasyonların öngördüğü gibi olmuştur. PID hız algoritması, PID pozisyon algoritmasının üstesinden gelemediği, integral sarılma problemini yenmeyi başarmıştır.vii Son olarak, Ziegler-Nichols'un sınır salınım metodu, sistem parametrilerinin önceden bilinmek sorunda olduğu pol atama metoduna bir alternatif yöntem olarak mevcut sisteme uyglandı. Sonuç tada, zaman sabi ti, t, ve kazancı, Kp, belli olan birinci dereceden sistemlere, PID kontrol hız algoritmasının pol atama tekniği ile kullanılması uygun görüldü. Bu amaçla yazılan programda, kapalı çevrim sistemin sönüm faktörü, Ç, ve yerleşme zamanı, ts, programa giriş olarak verildiğinde, PID katsayıları geliştirilen metotla ayarlanmakta ve otomatik digital kontrol gerçekleşmektedir.

iv ABSTRACT In this study, a theoretical and experimental analysis of direct digital control of liquid level is undertaken. In the numerical simulations, the classical digital control strategies (P, PD,PI,PID) have been compared with the position and velocity algorithms. To this end, the pole-assignment method has been formulated and implemented in the simulations, as it would be expected, it was shown that the PID control eliminates the steady-state error of P control only and it gives faster response than the PI control only. For the experimental part of the work, the necessary interfaces for the A/D and D/Â card of the computer have been designed. The experimental pole-assignment technique has been applied to the sytem whose time constant,!, and process gain,Kp were estimated to be 32 sec. and 1 respectively. The numerical simulations and experimental results have been found to be in good agreement. Any desired system defined by the overall damping ratio £ and the settling time t3 responded very well experimentally as predicted by the simulations. The PID velocity algorithm overcame the integral wind-up problem encountered in the PID position algorithm.Finally, the digital ultimative sensitivity method of Ziegler-Nichols has been applied to the system as an alternative to the pole-assignment tuning technique where the system parameters have to be known a priori. It is concluded that for first-order order systems with known parameters, the pole-assignment method is very good for automatic tuning to tune the system described by the damping ratio, Ç, and the settling time,t3.