LABORATORIUM – AUTOMATYKA i ROBOTYKA 

Regulacja dwustanowa na przykładzie dwupołożeniowej regulacji temperatury 

 

1. 

Wstęp 

Układem regulacji dwupołożeniowej nazywa się taki układ automatycznej regulacji w którym możliwe są dokładnie 

dwa  stany  wielkości  regulującej,  nastawiane  przez  regulator.  Rolę  regulatora  pełni  w  tego  typu  układach  przekaźnik 

dwupołożeniowy.  Ze  względu  na  prosty  algorytm  działania,  nieskomplikowaną  budowę  i  niski  koszt  regulacja  ta  znajduje 

powszechne  zastosowanie  w  urządzeniach  przemysłowych,  laboratoryjnych  czy  gospodarstwa  domowego,  mimo  swoich 

wad.  Najczęściej  jest  stosowana  w  układach  regulacji  temperatury  i  ciśnienia,  czyli  w  układach  o  dużej  inercji. 

Charakterystyczną cechą układów regulacji dwupołożeniowej jest fakt, że wielkość regulowana wykazuje ciągłe oscylacje o 

określonej amplitudzie i częstotliwości, zależnej m.in. od właściwości obiektu regulacji, ale też od samego regulatora oraz od 

wielkości sygnału sterującego. 

 

2. 

Przebieg ćwiczenia. Cześć pierwsza. 

2.1. 

Uruchomić program Scilab. 

2.2. 

Uruchomić moduł Scicos (Applications->Scicos). 

2.3. 

Stworzyć model symulujący układ automatycznej dwupołożeniowej regulacji temperatury (Rysunek 1). 

 

 

Rysunek 1. Model układu dwupołożeniowej regulacji temperatury 

 

Model układu tworzy się poprzez wybór bloków modelu z odpowiednich palet (Palette->Palettes) i odpowiednie ich 

połączenie. Potrzebne w tym modelu bloki są dostępne w paletach Sources, Sinks, Linear i Others. 

Bloki użyte w tym modelu symulują odpowiednio: 

 

blok Multi display scope – służy do obserwacji sygnałów pojawiających się w układzie (trzecie wejście pojawi się 

po odpowiednim skonfigurowaniu tego bloku – opis niżej), 

 

blok Step function generator – zadajnik żądanej temperatury, 

 

blok Summation – na bieżąco oblicza różnicę temperatury (uchyb) między temperaturą zadaną a temperaturą na 

wyjściu układu regulowanego, 

 

blok Hystheresis – regulator dwupołożeniowy, 

 

blok Continous transfer function – obiekt regulacji. 

 

2.4. 

Skonfigurować bloki modelu: 

 

Step  function  generator:  Step  time=0,  Final  value=50.  Takie  ustawienia  oznaczają  że  od  początku  chcemy 

osiągnąć temperaturę obiektu równą 50

 

st. C. 

 

Hystheresis:  Output  when  on=50,  Switch  on  at=1.  Takie  ustawienia  oznaczają  że  regulator  działa  na  obiekt 

regulowany  temperaturą  równą  50

 

st.  C.  i  włącza  się  wtedy  gdy  uchyb  (różnica  miedzy  temperaturą  zadaną  a 

mierzoną) przekracza 1

 

st. C. 

 

Continous  transfer  function:  Num=1,  Den=1+4*s.  Tutaj  określamy  własności  obiektu  regulacji,  w  postaci  jego 

transmitancji. W tym przypadku stwierdzamy, że obiekt, którego temperaturę regulujemy jest obiektem inercyjnym 

rzędu I, o transmitancji: 

 

s

T

k

s

G







1

, ze stałą czasową T=4. 

 

Multi display scope: Input port sizes=[1 1 1] (ilość wejść), Y min vector=[-5 -5 -5] (minima osi y wykresów), Y max 

Victor=[50 100 60] (maksima osi y wykresów),, Refresh period=[20 20 20] (określa długość osi x wykresów). 

2.5. 

Ustawić odpowiednie parametry symulacji (Simulate->Setup): Final integration time=20, pozostałe bez zmian. 

2.6. 

Uruchomić symulację (Simulate->Run), wyniki symulacji ukażą się automatycznie. Uzupełnić protokół ćwiczenia. 

2.7. 

Zmienić temperaturę zadawaną przez regulator na 60 st. C. Wykonać symulację, uzupełnić protokół ćwiczenia. 

2.8. 

Zmienić uchyb dopuszczany przez regulator na 4 st. C. Wykonać symulację, uzupełnić protokół ćwiczenia. 

2.9. 

Zmienić temperaturę zadawaną przez regulator na 90 st. C. Wykonać symulację, uzupełnić protokół ćwiczenia. 

2.10. 

Zmienić stałą czasową regulowanego układu na 9s. Wykonać symulację, uzupełnić protokół ćwiczenia. 

2.11. 

Wypisać wnioski z uzyskanych wykresów. Szczególnie uwzględnić odpowiedzi na następujące pytania: 

 

Jak  ustawienia  regulatora  (dopuszczalny  uchyb,  temperatura  narzucana  przez  regulator)  wpływają  na  przebieg 

temperatury układu i częstość przełączania regulatora? 

 

Jaki wpływ na ten przebieg ma stała czasowa kontrolowanego układu? 

 

Mile widziane własne wnioski i przemyślenia. 

 

3. 

Przebieg ćwiczenia. Cześć druga. 

3.1. 

Załóżmy teraz że sterujemy dwupołożeniowo obiektem inercyjnym drugiego rzędu. Przykładem może być tu układ: 

zawór-kaloryfer-powietrze. Model takiego układu pokazano na Rysunku 2. 

3.2. 

Zbuduj taki model układu korzystając z doświadczenia zdobytego w poprzednim punkcie ćwiczenia. Założenia są 

następujące: 

 

powietrze chcemy nagrzać do temperatury 22 st. C., z dokładnością do ±1 st.C. 

 

stała czasowa charakteryzująca kaloryfer: T=1, 

 

kaloryfer nagrzewa się do temperatury 50 st. C. 

 

stała czasowa charakteryzująca powietrze: T=5. 

 

Rysunek 2. Model układu dwupołożeniowej regulacji temperatury w obiekcie inercyjnym rzędu II 

 

3.3. 

Wykonać symulację, uzupełnić protokół ćwiczenia. 

 

4. 

Literatura 

1)  Chocholski A., Cieślak H., Laskowski P., Mirski T., „Laboratorium automatyki”, Wydawnictwo SGGW, Warszawa 1999 

2)  Kiczkowiak  T.,  Ociepa  Z.,  Tarnowski  W.,  Wachowicz  E.,  Wachowicz  M.,  „Laboratorium  z  podstaw  automatyki”, 

Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Koszalin 1999 

3)  Siemieniako F., Żdanuk W., „Laboratorium podstaw automatyki”, Dział Wydawnictw i Poligrafii Politechniki Białostockiej, 

Białystok 1999 

4)  zbiorowa  pod  red.  Cupiał  K.,  „Laboratorium  automatyki”,  Wydawnictwo  Politechniki  Częstochowskiej,  Częstochowa 

1999 

5)  zbiorowa pod red. Hejmo W., „Laboratorium podstaw automatyki”, Wydawnictwa Politechniki Krakowskiej, Kraków 1988 

6)  zbiorowa pod red. Zakrzewski J., „Laboratorium podstaw automatyki”, Wydawnictwa Politechniki Śląskiej, Gliwice 2001 

Opracowanie ćwiczenia: Seweryn Lipiński