Politechnika Poznańska

Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Podstawy Automatyki – laboratorium

Ćw. 6:

Badanie regulatora PID w układzie sterowania prędkością obrotową silnika prądu

stałego

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest:
a) poznanie budowy układu regulacji prędkości obrotowej silnika prądu stałego oraz wpływu

regulatorów: proporcjonalnego P i proporcjonalno-całkującego PI na pracę silnika,

b) wyznaczenie podstawowych parametrów (współczynników wzmocnienia) głównych członów

układu,

c) wykreślenie charakterystyk mechanicznych napędu w układzie otwartej oraz zamkniętej pętli

sprzężenia zwrotnego.

Zakres niezbędnych wiadomości teoretycznych:

Obejmuje on:

- znajomość regulatorów liniowych (P,PI,PID),
- znajomość zależności statycznych i umiejętność analizy dynamicznej, tj. zmian prędkości

obrotowej spowodowanej zmianą napięcia na szczotkach komutatora, silnika bocznikowego jako
elementu automatyki,

- metody oceny jakości regulacji
- znajomość zagadnień sterowania z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego

Opis stanowiska lab:

W celu lepszego poznania oraz przeprowadzenia analizy działania układu regulacji prędkości

obrotowej, utworzony został model silnika DC 28DT12 o parametrach: 24V, 27W, prędkości biegu
jałowego 6900obr/min, którego specyfikację umieszczono w załączniku.

Model znajduje się w pliku PI silnikDC.cos3 na pulpicie. Po jego uruchomieniu pojawia się

okno środowiska SciLab (czyt. sajlab) oraz symulator Scicos. W oknie symulatora widoczne jest
menu, gdzie najbardziej przydatną funkcją jest >Simulate/Run. Na schemacie blokowym można
odnaleźć następujące elementy:

- Zadana prędkość: w którą po dwukrotnym kliknięciu możemy wpisać wymaganą wartość w

pole Final Value w obr/min.

- Regulator PI: składający się z dwóch członów: P oraz I. Wartości wzmocnień K

i

oraz K

p

wpisujemy w pole gain. Wprowadzenie wartości 0 oznacza wyłączenie danego członu regulatora.

- Silnik DC: blok zawierający model silnika

- Obciążenie: tu w polu Final Value możemy ustawić wartość obciążenia, które wystąpi po

pierwszej sekundzie ruchu w postaci wymuszenia skokowego.

- MScope: rejestrator sygnałów aktualnej wartości prędkości (obr/min) oraz prądu (mA)

płynącego w uzwojeniach. Po otwarciu tego bloku możemy zmienić ustawienia prezentacji wyników
takie jak: rozdzielczość, pozycja, zakresy w obu osiach itp. Zarejestrowane wykresy pojawiają się po
uruchomieniu symulacji automatycznie. Możliwe jest podglądanie szczegółów wykorzystując opcję
powiększenia. Również przydatną funkcją jest możliwość zapisywania rezultatów w plików
graficznych poprzez użycie >File/Export w menu okna wykresu.

- Switch: przełącznik dający nam możliwość włączania i wyłączania pętli sprzężenia

zwrotnego. Wpisywanie wartości 1 w polu connected input oznacza wybranie pierwszego wejścia, a
więc włączenie pętli. Wpisanie wartości 2 spowoduje wysyłanie do węzła sumacyjnego sygnału
zerowego, równoznacznego z otwarciem pętli.

Politechnika Poznańska

Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Podstawy Automatyki – laboratorium

Ćw. 6:

Badanie regulatora PID w układzie sterowania prędkością obrotową silnika prądu

stałego

Przebieg ćwiczenia:

a)

sterowanie silnikiem w układzie otwartym

studenci mają za zadanie sprawdzić:

- Jak wpływa na pracę silnika zmiana nastaw regulatorów (P, I oraz PI) dla prędkości obrotowej

(n

p

) oraz obciążenia (M

p

) podanych przez prowadzącego zajęcia.

- Jak na pracę silnika wpływa zmiana wartości obciążania (przy n

zad

=7000 obr/min, K

p

=1 i K

i

=0).

- Jaką prędkość rozwija silnik pod nominalnym obciążeniem i jaki w ten czas płynie przez niego

prąd (przy n

zad

=7000 obr/min K

p

=1 i K

i

=0). Odczyt porównać ze specyfikacją silnika.

- Dla układu otwartego z regulatorem P należy sporządzić charakterystykę mechaniczną

(zależność ustalonej prędkości obrotowej od obciążenia) na podstawie czterech różnych punktów
odpowiadających następującym wartościom obciążenia: M

1

=0, M

2

=20, M

3

=40, M

4

=60 mNm dla

n = n

p

.

b)

Sterowanie silnikiem z ujemną pętlą sprzężenia zwrotnego

studenci mają za zadanie przeanalizować:

- działanie układu dla różnych nastaw i konfiguracji regulatorów (regulatorów, I oraz PI) dla

zadanej prędkości obrotowej (n

p

) oraz obciążenia (M

p

). Należy zwrócić uwagę na wartość

uchybu maksymalnego i ustalonego.

- wpływ zmiany obciążenia na chwilową wartość maksymalną uchybu oraz na uchyb ustalony

(zwrócić uwagę na prąd).

- Należy sporządzić charakterystyki mechaniczne (dla różnych konfiguracji regulatorów) podobnie

jak to miało miejsce w poprzednim przypadku.

Sprawozdanie:

- przebieg wykonywanego ćwiczenia
- wykresy prędkości zadanej, prędkości aktualnej i uchybu oraz wykres prądu i przyspieszenia w

funkcji czasu dla regulatora P, I oraz PI z otwartą i zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego.

- wyznaczyć charakterystykę i sporządzić wykres prędkości ustalonej w funkcji zadanego

obciążenia dla regulatora P oraz PI z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego oraz dla regulatora P
z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego.

- interpretację i wnioski sporządzić indywidualnie dla każdego wykresu
- Osiągnięte wnioski należy odpowiednio udokumentować. W tym celu można skorzystać z

wcześniej opisanej opcji eksportu wykresu do pliku graficznego.