Politechnika Łódzka

Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Laboratorium Pomiarów i Automatyki

Zadanie nr 6

PNEUMATYCZNY REGULATOR PID - WŁAŚCIWOŚCI STATYCZNE I DYNAMICZNE

Rocznik studiów: 2012/2013

Kierunek studiów: Technologia żywności i żywienie człowieka

Semestr: III

Nr grupy:

Wykonujący zadanie:

1. Borowiecka Dorota

2. Dziubałtowska Anna

3. Podgórska Katarzyna

Opracowująca sprawozdanie:

Podgórska Katarzyna

1. Cel zadania:

Zbadanie statycznych i dynamicznych właściwości przemysłowego,

pneumatycznego regulatora PID. Poznanie działania zadajnika pneumatycznego, stacyjki

operacyjnej i zaworu regulacyjnego z pneumatycznym siłownikiem membranowym.

2. Schemat układu pomiarowego:

R- regulator

y_1, y₂ - zadajniki ciśnienia

y- zawór elektromagnetyczny

w-drugie wejście regulatora

u- wielkość regulująca

T_D- czas wyprzedzenia

T_I- czas zdwojenia

Z- zawór

S- wskaźnik otwarcia zaworu

E_u- przełącznik

P_w - wielkość zadana

Py- wielkość regulowana

DS.- zespół dyszy

PS- zespół przesłony

Dł_u- dławik

ZZ- zawór odcinający

3. Wykonanie ćwiczenia

6.3. Ręczne sterowanie urządzeniem wykonawczym

S [%]	u [kPa]	M [Kg/cm^2]
0	40	0,38
10	34	0,28
25	30	0,25
50	25	0,20
90	20	0,15
100	18	0,10

Wykres 1 - wykres charakterystyki ręcznego sterowania zaworem S = f (u)

6.5. Właściwości statyczne regulatora proporcjonalnego (P)

~ Praca odwrotna x_p=100%

xp [%]	w [kPa]	y [kPa]	e [kPa]	u [kPa]	u0 [kPa]
100	60	20	40	20	20
100	60	28	32	28	28
100	60	40	20	40	40
100	60	50	10	50	50
100	60	60	0	60	60
100	60	70	-10	70	70
100	60	80	-20	80	80
100	60	90	-30	90	90
100	60	100	-40	100	100

~ Praca normalna x_p=100%

xp [%]	w [kPa]	y [kPa]	e [kPa]	u [kPa]	u0 [kPa]
100	60	20	40	100	60
100	60	30	30	89	60
100	60	40	20	79	60
100	60	50	10	69	60
100	60	60	0	60	60
100	60	69	-9	51	60
100	60	80	-20	41	60
100	60	90	-30	30	60
100	60	99	-39	20	60

~Praca normalna x_p=200%

xp [%]	w [kPa]	y [kPa]	e [kPa]	u [kPa]	u0 [kPa]
200	60	0	60	92	60
200	60	9	51	86	60
200	60	20	40	80	60
200	60	30	30	75	60
200	60	40	20	70	60
200	60	50	10	64	60
200	60	60	0	60	60
200	60	69	-9	54	60
200	60	79	-19	48	60
200	60	90	-30	43	60
200	60	99	-39	38	60
200	60	110	-50	32	60
200	60	120	-60	26	60

~Praca normalna x_p=50%

xp [%]	w [kPa]	y [kPa]	e [kPa]	u [kPa]	u0 [kPa]
50	60	30	30	118	60
50	60	39	21	98	60
50	60	50	10	77	60
50	60	59	1	57	60
50	60	69	-9	36	60
50	60	79	-19	13	60
50	60	90	-30	0	60

~ Przesuwanie punktu pracy

xp [%]	w [kPa]	y [kPa]	e [kPa]	u [kPa]	u0 [kPa]
100	60	19	41	81	40
100	60	30	30	68	40
100	60	39	21	59	40
100	60	50	10	48	40
100	60	59	1	40	40
100	60	69	-9	30	40
100	60	80	-20	20	40
100	60	90	-30	10	40
100	60	100	-40	0	40
xp [%]	w [kPa]	y [kPa]	e [kPa]	u [kPa]	u0 [kPa]
100	60	20	40	117	80
100	60	30	30	108	80
100	60	40	20	100	80
100	60	50	10	89	80
100	60	59	1	80	80
100	60	69	-9	70	80
100	60	79	-19	59	80
100	60	90	-30	48	80
100	60	100	-40	38	80

Wykres 2 - Wykresy charakterystyk statycznych u=f(e) regulatora proporcjonalnego (P) dla wszystkich badanych zakresów proporcjonalności, kierunków pracy i wartości u_0.

Porównując równania prostych w poszczególnych przypadkach do równania:

u=K_p*e+u_o

możemy łatwo wyznaczyć K_p i u_o :

• Wykres funkcji u=f(e) dla pracy odwrotnej, x­_p=100% o równaniu y = -1x + 60

K_p=-1 ; u_o=60

• Wykres funkcji u=f(e) dla pracy normalnej, x­_p=100% o równaniu y = 0,9932x + 59,668

K_p=0,9932 ; u_o=59,668

• Wykres funkcji u=f(e) dla pracy normalnej, x­_p=200% o równaniu y = 0,5412x + 58,91

K_p=0,5412; u_o=58,91

• Wykres funkcji u=f(e) dla pracy normalnej, x­_p=50% o równaniu y = 2,0569x + 54,396

K_p=2,0569 ; u_o=54,396

• Wykres funkcji u=f(e) dla pracy normalnej, u_o=40 kPa o równaniu y = 0,9819x + 39,12

K_p=0,9819 ; u_o=39,12

• Wykres funkcji u=f(e) dla pracy normalnej, u_o=80 kPa o równaniu y = 1,0001x + 78,444

K_p=1,0001 ; u_o=78,444

6.6.1. Regulator proporcjonalno całkujący PI

w [kPa]	y [kPa]	e [kPa]	τ [s]	u [kPa]
60	58	0	0	0
60	58	0	10	0
60	58	0	20	0
60	40	20	30	18
60	40	20	40	22
60	40	20	50	29
60	40	20	60	35
60	40	20	70	44
60	40	20	80	51
60	40	20	90	58
60	40	20	100	69
60	40	20	110	78
60	40	20	120	86
60	40	20	130	92
60	60	20	140	102
60	60	0	150	82
60	60	0	160	82
60	60	0	170	81
60	80	-20	180	50
60	80	-20	190	35
60	80	-20	200	24
60	80	-20	210	14
60	80	-20	220	7
60	80	-20	230	0

Wykres 3 - Wykres charakterystyk dynamicznych u=f(Ԏ) regulatora PI oraz wykres e=f(Ԏ)

6.6.2. Regulator proporcjonalno - różniczkujący PD

w[kPa]	y [kPa]	e [kPa]	[s]	u [kPa]
80	70	10	0	11
80	70	10	10	11
80	70	10	20	12
80	70	10	30	12
80	50	30	40	92
80	50	30	50	74
80	50	30	60	64
80	50	30	70	55
80	50	30	80	48
80	50	30	90	44
80	50	30	100	42
80	50	30	110	39
80	50	30	120	37
80	50	30	130	36
80	50	30	140	35
80	50	30	150	35
80	50	30	160	34
80	50	30	170	34
80	50	30	180	33
80	50	30	190	33
80	50	30	200	33

Czas osiągnięcia maksimum: t=31 s

Osiągnięte maksimum: u=98 kPa

Wykres 4 - Wykres charakterystyk dynamicznych u=f(
) regulatora PD i wykres e=f(
):

6.6.3. Regulator PID

w [kPa]	y [kPa]	e [kPa]	[s]	u [kPa]
60	60	0	0	0
60	60	0	10	0
60	60	0	20	0
60	40	0	30	0
60	40	20	40	76
60	40	20	50	75
60	40	20	60	75
60	40	20	70	76
60	40	20	80	77
60	40	20	90	78
60	40	20	100	80
60	40	20	110	82
60	40	20	120	83
60	40	20	130	84
60	40	20	140	86
60	40	20	150	88
60	40	20	160	89
60	40	20	170	90
60	40	20	180	92
60	40	20	190	93
60	40	20	200	94
60	40	20	210	96
60	40	20	220	97
60	40	20	230	98
60	40	20	240	100

Czas osiągnięcia maksimum: t=32s

Osiągnięte maksimum: u=82kPa

Wykres 5 - Wykres charakterystyk dynamicznych u=f(
) regulatora PID i wykres e=f(
)

6.7. Wpływ ciśnienia powietrza zasilającego

P0 [kPa]	U [kPa]
100	58
110	60
120	60
130	60
140	60
150	60
160	60

Wykres 6 - wykres zależności u=f(P₀)

Współczynnik stabilizacji wewnętrznej regulatora:

,

2,5 %

γ= 0,0417 [% /Kpa]

WNIOSKI:

• W przypadku ręcznego sterowania urządzeniem wykonawczym, ciśnienie u zmniejszało się podczas zwiększania stopnia otwarcia zaworu S. Największą wartość przyjęło gdy wskaźnik stopnia otwarcia zaworu regulacyjnego był równy zero. Wykres charakterystyki ręcznego sterowania S=f(u) jest funkcją nieliniową.

• Od wartości x_p zależy kąt nachylenia prostej w układzie współrzędnych. Dla x_p = 200 % jest on najmniejszy względem osi X zaś dla x_p = 50% jest największy. W przypadku zmiany u₀ następuje przesunięcie wykresu funkcji równoległe w dół lub w górę w stosunku do wykresu pierwotnego. Praca normalna x_p=100%). Wykres pracy odwrotnej dla x_p=100% jest lustrzanym odbiciem pracy nor lanej o tym samym parametrze x_p. Wszystkie wykresy charakterystyk statycznych u=f(e) regulatora proporcjonalnego P są liniowe (niewielkie odchylenia od normy są spowodowane drobnymi niedokładnościami pomiarów).

• Wartość K_p dla pracy odwrotnej jest ujemna. Największą wartość K_p ma wykres funkcji u=f(e) dla pracy normalnej x_p=50% (zbliżoną do 2). Wartości K_p dla pracy normalnej z x_p=100% zbliżone są do jedynki.

• Na podstawie badania dynamicznej charakterystyki pracy regulatora PI można zauważyć, iż wraz z upływem czasu dla e=0 ciśnienie u praktycznie nie ulegało zmianie. Jednak w przypadku e>0 można było zaobserwować jego stosunkowo szybki wzrost a dla e<0 spadek.

• Podczas zmian punktu pracy w regulatorach PD i PID następuje skokowy wzrost wartości ciśnienia u.

• Zwiększanie wartości ciśnienia powietrza zasilającego w niewielkim stopniu wpływa na wartość ciśnienia u.

5

1

---