P O L I T E C H N I K A Ś W I Ę T O K R Z Y S K A LABORATORIUM AUTOMATYKI
Ćwiczenie nr: 5		Temat : Identyfikacja obiektu regulacji
1999/2000 Rok akadem.	V Semestr.		32B Grupa.	Mariusz Tarłowski Arkadiusz Wójcikiewicz Nazwisko i imię studenta	99-12-21 Data.	Ocena.

1. Wstęp.

Pojęcie „obiekt regulacji ” (obiekt sterowania) używane jest w dwojakim sensie. W przypadku gdy mówimy o własnościach statycznych i dynamicznych, obiekt regulacji (sterowania) należy rozumieć jako jeden z elementów układu mający wielkość wejściową i wyjściową, określony swym równaniem różniczkowym, transmitancją lub współrzędnymi stanu. Obiektem jest wówczas proces, którego przebieg podlega regulacji lub sterowaniu, np. proces zmiany poziomu wody w kotle, proces obróbki skrawaniem danego przedmiotu, proces zmiany temperatury w piecu.

W drugim przypadku pojecie obiektu ma sens aparaturowy. Oznacza ono wówczas aparaturę technologiczną, w której zachodzi proces regulowany lub sterowany, np. kocioł, obrabiarkę piec. Dla uniknięcia nieporozumień i rozróżnienia obu znaczeń, w tym przypadku używane będzie dalej pojęcie „ obiekt automatyzowany ”.

Rys.1. Schemat blokowy kanoniczny układu regulacji automatycznej.

Identyfikacja własności obiektów regulacji jest podstawowym warunkiem zaprojektowania poprawnych układów regulacji.

Obiekty, podobnie jak inne elementy automatyki, klasyfikuje się zwykle ze względu na ich własności dynamiczne. Wiele obiektów ma jednak bardziej złożone właściwości dynamiczne niż własności elementów podstawowych. Dlatego spotyka się często klasyfikację bardziej ogólną, wyróżniającą jedynie cechę samodzielnego osiągania lub nie osiągania stanu równowagi po wprowadzeniu wymuszenia skokowego.

Z tego punktu widzenia obiekty dzieli się na :

a) statyczne zwane obiektami z wyrównaniem (bez działania całkującego), dla których

b) astatyczne zwane obiektami bez wyrównania (z działaniem całkującym), dla

Przykładowe charakterystyki skokowe obu grup obiektów przedstawiono na rys.2.

Przykładowe charakterystyki skokowe : a) obiekty statyczne, b) obiekty astatyczne.

Krzywe 1,2 i 3 reprezentują następujące własności dynamiczne:

1. obiekt inercyjny pierwszego rzędu,

2. obieg inercyjny wyższego rzędu,

3. obieg inercyjny wyższego rzędu z opóźnieniem.

Często równania opisujące własności obiektów nie są dostatecznie znane i analityczne wyznaczenie transmitancji jest niemożliwe. Ponadto, niektóre rodzaje obiektów charakteryzują się inercyjnością wysokiego rzędu (np. procesy cieplne lub dyfuzyjne) i analityczne wyznaczenie ich transmitancji ma małe znaczenie praktyczne, gdyż jest bardzo pracochłonne i prowadzi często do wyników nieścisłych lub trudnych do wykorzystania ze względu na złożoną formę matematyczną. W takich przypadkach opieramy się na doświadczalnie wyznaczonych charakterystykach skokowych.

Dla obiektów statycznych, których charakterystyki skokowe mają przebieg aperiodyczny, jak na rys 2a ogólna postać charakterystyki odpowiada krzywej 3 (krzywe 1 i 2 mogą być traktowane jako jej przypadki szczególne). Wyznaczoną doświadczalnie charakterystykę aproksymuje się wówczas graficznie za pomocą opóźnienia i inercyjności pierwszego rzędu, zgodnie z rys.3.

Aproksymacja charakterystyki skokowej obiektu statycznego:

________ rzeczywista charakterystyka skokowa

- - - - - - - zastępcza (uproszczona) charakterystyka skokowa

Sposób aproksymacji jest umowny: prowadzi się styczną do charakterystyki rzeczywistej w punkcie przegięcia i styczna ta odcina na osi czasu zastępcze parametry obiektu - opóźnienie τ zwane czasem zwłoki i stałą czasową T zwaną czasem wyrównania. Współczynnik wzmocnienia jest zatem równy:

Ściśle biorąc zastępcze opóźnienie τ składa się z opóźnienia transportowego (odległościowego) τ_t oraz z opóźnienia bezwładnościowego (pojemnościowego) τ_b . Tylko dla t<τ_t rzeczywista wartość charakterystyki skokowej y(t) równa się zeru. W zagadnieniach praktycznych zwykle nie zachodzi potrzeba rozróżniania tych składników i wyznacza się jedynie wartość τ . Od punktu t =τ charakterystykę rzeczywistą zastępuje się charakterystyką skokową elementu inercyjnego pierwszego rzędu o stałej czasowej T (linia kreskowa na rys.3.)

2. Wykonanie ćwiczenia.

Rysunek przedstawia schemat stanowiska badawczego.

Stanowisko badawcze składa się z dwu butli stalowych i zaworu grzybkowego sterowanego siłownikiem pneumatycznym membranowym. Wylot lewej butli jest połączony z wejściem siłownika membranowego. Do butli prawej tłoczonej jest powietrze ze sprężarki przez zawór grzybkowy. Powietrze znajdujące się w tej butli jest zużywane w procesie technologicznym. Powoduje to ciągłą zmianę jego ciśnienia. Do pomiaru ciśnienia powietrza w prawej butli używamy czujnika indukcyjnego OT23A15 zasilanego z miernika wielkości mechanicznych N101. Napięcie odpowiadające ciśnieniu przesyłane jest do rejestratora x-t. Na rejestratorze zapisujemy wyjście y(t) czyli ciśnienie powietrza w butli. Na zasilaniu zaworu grzybkowego znajduje się reduktor. Za pomocą pokrętła tego reduktora ustawiamy na manometrze ciśnienie zasilania prawej butli 1,5 atm. Na wejściu lewej butli również znajduje się reduktor zasilany ze sprężarki ciśnieniem 1,5 atm. Pokrętłem reduktora ustawimy wartość ciśnienia równą u_st = 120kPa. Jest to sygnał wejściowy do obiektu regulacji. Sygnału tego nie rejestrujemy ponieważ nie zmienia się w trakcie pomiarów. Miedzy reduktorem a butlą umieszczony jest zawór odcinający ręczny. Powinien być zastosowany zawór odcinający sterowany elektrycznie. Przed wykonaniem ćwiczenia zawór ten jest zamknięty. Podczas rejestracji ciśnienia w prawej butli, pisak rejestratora przesuwa się z prędkością 1mm/s. Wielkością wejściową do identyfikowanego obiektu jest sygnał skokowy pneumatyczny ust=120 kPa, a wyjściową ciśnienie w prawej butli.

Po zarejestrowaniu na papierze lub dysku komputera wyjścia y(t) dokonujemy identyfikacji obiektu.

WNIOSKI.

Po zarejestrowaniu na papierze wyjścia y(t) dokonaliśmy identyfikacji obiektu. Na otrzymany z pomiarów wykres nanieśliśmy odpowiednie linie, które pozwoliły określić wartość stałej czasowej T (czasu wyrównania), opóźnienia transportowego (odległościowego) τ_t i opóźnienia bezwładnościowego (pojemnościowego)τ_b. Pozwoliło to scharakteryzować badany obiekt dokładniej. Dane te pozwoliły też uzyskać transmitancję zastępczą obiektu wg zależności;

możliwe było też wyznaczenie stałej czasowej z zależności;

w wyniku identyfikacji otrzymaliśmy następujące wartości

• T = 110s

• τ_t = 20s

• τ_b = 3s

• k = 23s

wygląd wykresu pozwala sądzić , że przedmiotem ćwiczenia był obiekt inercyjny wyższego rzędu z opóźnieniem.

---