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.