02.04.2012

Sprawozdanie

Cykl 2 temat 2

„Badanie układu regulacji dwupołożeniowej”

Grupa C5

Grupa ćwiczeniowa C2

Drzewiecki Dominik

Gembicki Jacek

Kozak Marta

Słabik Ewa

Walczak Justyna

Warda Paulina

Celiński Patryk

Wprowadzenie

Układ regulacji dwupołożeniowej jest to układ, w którym wielkość wyjściowa
wytwarzana przez regulator przyjmuje 2 wartości (stabilne) sygnału. Układy te
wyróżniają się tym, iż wielkość regulowana wykazuje w stanie ustalonym ciągłe
oscylacje o określonej amplitudzie i częstotliwości. Parametry tych oscylacji
informują o jakości przeprowadzanej regulacji, i zależą od własności
dynamicznych obiektu regulacji, wartości sygnału przekaźnika i jego pętli
histerezy.

Układy te charakteryzują się mało skomplikowaną budową, niskim kosztem i
opierają działanie na prostym algorytmie. Wykorzystywane są zwykle do
regulacji temperatury lub ciśnienia wody.

Celem ćwiczenia było zbadanie układu dwupołożeniowej regulacji temperatury.
Korzystano z zbiornika z grzałką wypełnionego wodą (obiekt badań), zespołu
termometr kontaktowy- przekaźnik R15. Podłączono termometr elektryczny w
celu efektywniejszego odczytu temperatury i wentylator który miał zapewniać
szybsze zmiany temperatury (szybsze chłodzenie wody).

Schemat układu

Przebieg pomiarów

Wartość zadana y

0

= 80

o

C

Badanie rozpoczęto przy temperaturze t=21

0

C. Pomiar temperatury

przeprowadzany był co minutę. Rejestrowano przebieg do osiągnięcia 3 cykli
„włącz-wyłącz” wentylatora.

Czas [min] Temperatura [

0

C]

Praca wentylatora

0:00

21,0

1:00

21,0

2:00

22,4

3:00

25,0

4:00

28,3

5:00

33,0

6:00

37,5

7:00

43,5

8:00

50,0

9:00

56,2

10:00

62,3

11:00

67,5

ON (11:20)

12:00

72,5

13:00

74,5

14:00

76,5

15:00

77,0

16:00

76,9

17:00

77,0

18:00

76,0

19:00

75,5

20:00

74,8

21:00

73,5

22:00

72,5

23:00

71,4

24:00

70,1

25:00

68,5

26:00

67,5

27:00

66,2

OFF (27:04)

28:00

65,5

29:00

68,0

ON (29:11)

30:00

68,1

31:00

69,0

32:00

69,0

33:00

68,8

34:00

68,5

35:00

67,5

36:00

67,0

OFF (36:48)

37:00

66,0

38:00

66,0

ON (38:39)

39:00

67,0

40:00

68,7

41:00

68,5

42:00

68,0

43:00

67,5

44:00

66,0

45:00

65,5

OFF (45:10)

46:00

65,5

W punkcie A po raz pierwszy następuje wyłączenie grzałki, temperatura jednak
wzrasta aż do punktu B, ponieważ działa tu opóźnienie związane z transportem
ciepła od źródła do punktu pomiarowego. W punkcie C (przekroczenie strefy
niejednoznaczności) grzałka ponownie włącza się i po czasie zbliżonym do T

0

temperatura wody wzrasta.

Na podstawie wykresu można określić, że T

0

≈1 min, T≈10,5 min, średnia wartość

oscylacji ustalonych ≈65

0

C, przedział wahań oscylacji≈5

0

C.

Odchyłka regulacji E

E= (y

0

– 0,5y

m

) (1- e^-T

0

/T

m

) = (80 – 0,5*100) (1 – 2,718^-0,1) = 2,85

Wnioski:

- wartość zadana nie została osiągnięta ani razu, najprawdopodobniej wynika to
ze błędu pomiaru, charakteru układu regulacji (wielkość regulowana waha się
wokół wartości zadanej) i faktu, iż urządzenia, z których korzystano były w
użyciu przez wiele lat.

- Znaczny błąd pomiaru, prosty algorytm na którym urządzenie opiera działanie,
nieskomplikowana budowa i własności dynamiczne układu wpływają na to, że
układ ten ma niezbyt dobrą jakość i może być stosowany wtedy, gdy nie
wymagana jest dobra dokładność regulacji i odczytu parametrów podczas pracy.

- Rzeczywisty przebieg temperatury najbardziej odbiega od ideowego dla
pierwszego cyklu „ON-OFF”. Związane jest to z bezwładnością układu i jego
stanem nieustalonym.

- Regulacja dwupołożeniowa analizowana w ćwiczeniu odpowiednia jest przede
wszystkim do obiektów o małym stosunku czasu opóźnienia do stałej czasowej
(T

o

/T<0,2) Dla tego konkretnego przypadku wartość ta wynosi 1min/10,5min

≈0,1.

- Istnieją sposoby poprawy jakości takiego typu regulacji. Można zastosować
zmniejszenie zakresu zmian wielkości regulowanej dzięki podziałowi mocy
grzejnej na moc stale dostarczaną i moc regulowaną. Wykorzystuje się też człon
proporcjonalno-różniczkujący wpinany do obwodu przed przekaźnik co
podwyższa częstotliwość przełączeń i w konsekwencji zmniejsza przedział
wahań. Najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie korekcyjnego sprzężenia
zwrotnego wokół przekaźnika, co linearyzuje regulator.

Zastosowanie:

Układy regulacji dwupołożeniowej stosuje się w m.in. żelazkach, czajnikach
elektrycznych, suszarniach, lutownicach, świecach żarowych, termostatach,
lodówkach, zgrzewarkach, piecach elektrycznych, grzejnikach.