AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA

W BIELSKU-BIAŁEJ

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN

Instrukcje laboratoryjne

Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych

6. Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych

Cel wiczenia:

Celem wiczenia jest poznanie własno ci statycznych i dynamicznych typowych regulatorów
ci głych na przykładzie regulatorów pneumatycznych produkcji PAP Falenica. W trakcie
zaj przewiduje si badanie własno ci statycznych i dynamicznych regulatora
proporcjonalnego P, oraz dynamicznych regulatorów: proporcjonalno-całkuj cego PI,
proporcjonalno-ró niczkuj cego PD i proporcjonalno-całkuj co-ró niczkuj cego PID.

Wst p

Powszechne zastosowanie regulacji automatycznej w przemy le przyczyniło si do

powstania systemów blokowych. Pozwalaj one na tworzenie dowolnych prostych

i zło onych układów regulacji automatycznej poprzez dobór typowych elementów [3]

(rys.6.1).

Zastosowanie

typowych

elementów

pozwala

na

unifikacj

sygnałów

po rednicz cych. Na przykład w pneumatycznym systemie blokowym PNEFAL zakres

sygnałów wynosi 20-100 [kPa], a ci nienie zasilania 140 [kPa].

R

S

N

O

PP

w + e

-
-

UW

y

Rys.6.1. Schemat blokowy układu regulacji: y – sygnał regulowany, w – sygnał zadaj cy, R – regulator,

UW- urz dzenie wykonawcze, N – nastawnik, S – siłownik, O – obiekt regulacji, PP – przetwornik pomiarowy.

Ze wzgl du na własno ci dynamiczne regulatory ci głe dzieli si na:

1. proporcjonalne P;

2. całkuj ce I;

3. proporcjonalno-całkuj ce PI;

4. proporcjonalno-ró niczkuj ce PD;

5. proporcjonalno-całkuj co-ró niczkuj ce PID;

Współczynnik wzmocnienia proporcjonalnego k

p

jest to iloraz przyrostu składowej

proporcjonalnej wielko ci wyj ciowej regulatora

∆

u do przyrostu odchyłki regulacji

∆

e.

Współczynnik ten mo na równie wyrazi przez zakres proporcjonalno ci X

p

, który jest

odwrotno ci współczynnika wzmocnienia.

e

u

k

p

∆

∆

=

,

p

u

AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA

W BIELSKU-BIAŁEJ

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN

Instrukcje laboratoryjne

Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych

Zakres proporcjonalno ci informuje jaki procent zmian sygnału wej ciowego

powoduje pełna zmian sygnału wyj ciowego.

%

100

1

⋅

=

p

p

k

X

Czas zdwojenia T

i

to czas, po którym składowa całkowa wielko ci wyj ciowej

regulatora PI, odpowiedzi na wymuszenie skokowe, przewy sza składow proporcjonaln tej

odpowiedzi (tab.1).

Czas wyprzedzenia T

d

to czas, po którym składowa proporcjonalna wielko ci

wyj ciowej regulatora PD, b d cej odpowiedzi na wymuszenie liniowo narastaj ce w czasie,

przewy sza składow ró niczkow tej odpowiedzi. Na rys. 6.2 przedstawiono sposób

wyznaczenia czasu wyprzedzenia na podstawie zarejestrowanej odpowiedzi regulatora PD na

wymuszenie liniowo narastaj ce.

Rys. 6.2. Charakterystyka liniowo narastaj ca regulatora PD

W tabeli 1. przedstawiono transmitancje oraz charakterystyki skokowe regulatorów ci głych

[1].

AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA

W BIELSKU-BIAŁEJ

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN

Instrukcje laboratoryjne

Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych

Tab.1. Transmitancje regulatorów ci głych [1]

Przebieg wiczenia

Zmontowa układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys 6.3.

Układ pomiarowy jest identyczny dla wszystkich regulatorów.

AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA

W BIELSKU-BIAŁEJ

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN

Instrukcje laboratoryjne

Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych

Rys. 6.3. Schemat układu pomiarowego do badania charakterystyk statycznych i skokowych regulatorów. R –

zawór odcinaj cy, S – stabilizator ci nienia, Z – zadajnik cisnienia, Rej. – rejestrator, M1 – M10 – manometry

Regulator P.

Wykona pomiary charakterystyk statycznych

( )

e

u

p

f

p

=

,

gdzie:

y

w

e

p

p

p

−

=

,

p

e

– ci nienie uchybu regulacji;

p

w

– warto zadana ci nienia (M7 rys.2);

p

y

– warto regulowana (M8 rys. 2),

dla podanych przez prowadz cego warto ci X

p

=const, p

p

=const, p

w

=const. Wyniki nale y

zestawi w tabeli 6.2.

Tab. 6.2.

X

p

[%]

p

p

[kPa]

p

w

[%]

p

e

[%]

p

u

[kPa]

Wł czy mierniki rejestratora. Sporz dzi charakterystyki skokowe regulatora, wprowadzaj c

skokowe zakłócenie poprzez szybki obrót pokr tła zadajnika warto ci regulowanej ci nienia.

Wył czy zapis rejestratora. Charakterystyki wykona dla wskazanych przez prowadz cego

warto ci X

p

=const, p

p

=const.

AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA

W BIELSKU-BIAŁEJ

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN

Instrukcje laboratoryjne

Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych

Regulator PI

Poł czy regulator PI z układem pomiarowym zgodnie z rys. 6.3. Wykona

charakterystyki skokowe przy wskazanych przez prowadz cego nastawach regulatora. Ka d

charakterystyk skokow mierzy od stanu ustalonego

0

=

=

−

e

y

w

p

p

p

. Sposób zmiany

warto ci ustalonego sygnału wyj ciowego regulatora PI przedstawiono na rys. 3.

Rys. 6.4. Sposób uzyskania ustalonego sygnału wyj ciowego regulatora PI w zakresie pomiarowym rejestratora

Regulator PD

Poł czy regulator PD z układem pomiarowym zgodnie z rys. 6.3. Wykona

charakterystyki skokowe przy wskazanych przez prowadz cego nastawach regulatora X

p

, p

p

,

T

i

.

Regulator PID

Poł czy regulator PID z układem pomiarowym zgodnie z rys. 6.3. Wykona

charakterystyki skokowe przy wskazanych przez prowadz cego nastawach regulatora X

p

, T

i

,

T

d

. Ka d charakterystyk skokow mierzy od stanu ustalonego

0

=

=

−

e

y

w

p

p

p

. Sposób

zmiany warto ci ustalonego sygnału wyj ciowego regulatora PID nale y wykona podobnie

jak w przypadku PI (rys.6.4). Nastawy regulatora powinny by tak dobrane, aby spełniły

warunek T

i

>4T

d

ze wzgl du na zjawisko interakcji [1], [3].

Uwagi o sprawozdaniu

•

Wykre li charakterystyki statyczne regulatora P na jednym wykresie.

•

Okre li rzeczywisty zakres proporcjonalno ci regulatora oraz punkt pracy i porówna

z nastawionymi.

AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA

W BIELSKU-BIAŁEJ

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN

Instrukcje laboratoryjne

Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych

•

Na podstawie charakterystyk skokowych regulatorów P, PI, PID wyznaczy

rzeczywiste parametry X

p

, T

i

, T

d

i porówna je z nastawionymi.

•

Wnioski i spostrze enia.

Literatura

[1]. Maczy ski K., Kłosi ski J., Piko S., Suwaj S.: Podstawy automatyki w przykładach i

wiczeniach laboratoryjnych. Skrypty dla szkół wy szych. Politechnika Łódzka, Łód

1989.

[2]. Awrajcewicz J., Wodzicki W.: Podstawy automatyki. Teoria i przykłady. Łód , 2001.
[3]. Bogumił T.: Elementy urz dze automatyki. PWSZ 1972.