LABORATORIUM PODSTAW AUTOMATYKI
Ćw 1. Modelowanie układów automatyki w programie PSCAD

Wymagania:

1. Budowa układu regulacji

Przebieg ćwiczenia

1. Zbudować układ regulacji z obiektem regulacji o transmitancji G

o

(s),

serwomechanizmem o transmitancji G

s

(s) oraz regulatorem o transmitancji G

r

(s),

gdzie:

G

o

(

s )=

1

2s+1

e

−

0.5s

G

s



s=e

−

0,2 s

G

r

(

s)=3

Wartość zadana w(t)=1,5.

2. Zwizualizować przebiegi: wartości zadanej w(t), uchybu e(t), wyjścia regulatora y(t).

Informacje wstępne dotyczące oprogramowania PSCAD

PSCAD jest programem umożliwiającym modelowanie matematyczne układów

elektroenergetycznych, jak i układów automatyki. Pobrać można go ze strony:

www.pscad.com

po uprzednim założeniu konta. Do pracy programu wymagany jest

kompilator EGCS języka Fortran – również do pobrania ze strony.

Projekt

Nowy projekt tworzy się: File->New->

Case

. Po dokonaniu wyboru na polu „Workspace”

pojawia się nowy projekt o domyślnej nazwie „noname”, ikona obok nazwy ma kolor
niebieski co oznacza, że projekt jest aktywny (można dokonywać na nim symulacji). Po
dwukrotnym kliknięciu LPM pojawia się puste pole, gdzie tworzone będą modele.

Po kliknięciu PPM->Project settings na nazwie projektu pojawia się okno właściwości
symulacji. Tutaj dokonuje się zmiany czasu trwania symulacji (Runtime->Duration of run-
wartość domyślna to 0,5s). Czas symulacji należy dobrać wg. potrzeby.

Biblioteka

Po dwukrotnym kliknięciu LPM na „master (Master Library)” otwiera się okno głównej
biblioteki programu. Na potrzeby przedmiotu, wykorzystane zostaną tylko podbiblioteki:
MISCELLANEOUS, I/O DEVICES, CSMF i LOGICAL. Często używane bloki znaleźć
można również na pasku bocznym w głównym oknie programu. Do podbiblioteki wchodzi
się klikając na strzałce „More on...”, wychodzi przyciskiem „Backspace <-” na klawiaturze.

Ilustracja 1: Widok główny programu PSCAD

Tworzenie modelu

Projekt tworzy się metodą „CTRL-C + CTRL-V – po wejściu do biblioteki kopiujemy
interesujący na blok, przechodzimy do widoku projektu i wklejamy. Obrót bloku na pomocą
przycisku R na klawiaturze.

Elementy łączy się za pomocą „wire mode” (ikona na górnym pasku narzędzi) lub bloku
„Wire” (na pasku bocznym). Bloki muszą dokładnie się stykać, nie mogą na siebie
nachodzić. Niedokładne połączenie jest częstą przyczyną błędów. Po wykonaniu
połączenia warto odświeżyć ekran (F5).

Większość bloków posiada możliwość ustawienia pewnych właściwości – okno wywołuje
się przez dwukrotne kliknięcie LPM lub PPM->Edit parameters... Dla każdego bloku
dostępny jest plik pomocy, wywoływany klawiszem F1 po uprzednim zaznaczeniu bloku.

Separatorem dziesiętnym w programie PSCAD jest kropka!

Symulację uruchomia się za pomocą przycisku „Run”. Na dole ekranu pojawia się
informacja o statusie modelowania. Zielone flagi oznaczają powodzenie, czerwone błąd.
Aby znaleźć błąd, należy za pomocą „+” dotrzeć do najgłębiej zagnieżdżonej flagi, a
następnie dwukrotnie kliknąć LPM – wskazane zostanie miejsc wystąpienia błędu wraz z
opisem.

Jeśli przycisk „Run” jest nieaktywny oznacza to, że pracujemy na nieaktywnym projekcie
(ikona obok jego nazwy jest szara). Aby uczynić dany projekt aktywnym: PPM->Set as
active.

Wizualizacja wyników

Wyniki wizualizujemy za pomocą bloku „Output channel” (biblioteka I/O DEVICES lub
pasek boczny), przyłączając go w wybranym punkcie układu. W jego właściwościach
zmienić należy zawartość pola „title” - nazwa ta wyświetlona zostanie na wykresie.
Następnym krokiem jest stworzenie okna wykresu – blok „Graph frame”. Klikając PPM na
górnym pasku tego bloku, dodajemy nowy wykres poleceniem „Add overlay graph
(analog)” (skrót INSERT). Pojawia się puste, białe pole. Jedno okno wykresu zawierać
może wiele przebiegów.
Należy teraz połączyć logicznie bloki „Output channel” i „Graph frame”:

–

PPM na bloku Output channel->Graphs/Meters/Controls->Add as curve,

–

następnie LPM na pustm polu wykresu (zaznaczenie), następnie PPM (wywołanie
menu), „Graph frame->Paste curve”, powinna pojawić się zakładka z nadaną
uprzednio nazwą.

Przebiegi pojawią się dopiero po bezbłędnym zakończeniu symulacji.

Jeśli czas symulacji jest za krótki, uzyskane wyniki mogą różnić się od oczekiwanych.
Należy wtedy wydłużyć czas symulacji (we właściwościach projektu). Czas symulacji ok.
5s jest dobrym punktem wyjściowym. Po zmianie czasu symulacji należy ponownie ją
uruchomić (Run).

Możliwe, że mimo że symulacja wykonana zostanie poprawnie, w oknie wykresu nie
pojawi się nic. Najczęstszą tego przyczyną są złe ustawienia okna wykresu – należy
kliknąc LMP na środku okna wykresu (zaznaczyć go), a następnie wcisnąć przycisk R na

klawiaturze (lub PPM->Zoom->Reset all extents),następnie oddalić klawiszem „-”.

Przykład 1:
Zamodelowanie układu zadania wartości w(t) (niezbędne do wykonania ćwiczenia)

Wyjściem bloku TIME jest aktualny czas symulacji. Sygnał ten trafia na blok komparatora.
Domyślne parametry widoczne na rysunku oznaczają: „po czasie 1 sekundy (Threshold
Input Value), dokonaj zmiany wyjścia bloku z 0 (Low output level) na 1 (High output level)”.
Parametry należy zmodyfikować tak, by skok z 0 na 1,5 widoczny był po 0,1s. Należy
pamiętać także, że domyślny czas symulacji (obserwacji) to 0,5s, co widoczne będzie na
osi wykresu po wykonaniu symulacji.

Przykład 2
Sprzężenie zwrotne

Blok Summing/Differencing Junctions niezbędny jest do zamodelowania

ujemnego

sprzężenia zwrotnego

– sygnał z wyjścia układu odejmowany jest od sygnału

wejściowego do układu. Wyjściem bloku jest sygnał uchybu e(t).

Przykład 3
Tworzenie układu o zadanej transmitancji

Zamodelować w programie PSCAD układ o transmitancji G(s)=

2

s +1

e

−

2s

.

Zgodnie z własnościami schematów blokowych, transmitancję tą przedstawić można jako

połącznie szeregowe: G(s)=

2

s +1

oraz G(s)=e

−

2s

. Bloki modelujące te transmitancje

znaleźć można w bibliotece CSMF. Niezbędna jest zmiana parametrów każdego z modeli
(G = wzmocnienie, T=stała czasowa)

Rozwiązanie zadania nr 1 i 2:
Schemat i przebiegi powinny być zbliżone.