Laboratorium

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza

przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza

przepływajacego przez rurociąg

Celem ćwiczenia jest określenie na podstawie wyznaczonych doświadczalnie

charakterystyk  statycznych  i  dynamicznych  rzeczywistego  obiektu  regulacji,  którym  jest
proces.  zmiany  temperatury  powietrza  przepływającego  przez  rurociąg,  modelu
matematycznego tego procesu. Proces pozyskiwania modelu matematycznego nazywany  jest
identyfikacją  obiektu.  Na  podstawie  zdjętych  doświadczalnie  charakterystyk  statycznych  i
odpowiedzi  skokowych  wyznaczony  zostanie  model  matematyczny  w  postaci  transmitancji
operatorowych.

WPROWADZENIE

Obiektem regulacji nazywamy zachodzący w urządzeniu proces

technologiczny podlegający oddziaływaniu zakłóceń, którego pożądany przebieg uzyskuje się
przez zewnętrzne oddziaływanie sterujące (sterowanie).

Przebiegi zautomatyzowanych procesów technologicznych są oceniane

(kontrolowane) na podstawie pomiarów wielkości charakteryzujących dany proces, a których
pożądany przebieg jest określony w zadaniu regulacji. Są to najczęściej wielkości fizyczne
takie jak np. temperatura, ciśnienie, lepkość, zawartość składników. Mówi się, że wielkości te
są wielkościami wyjściowymi obiektu regulacji (procesu) – wielkościami
regulowanymi oznaczanymi umownie symbolami – y

, y

, .... y

Aby dany proces technologiczny mógł być realizowany, muszą być do niego

doprowadzone odpowiednie strumienie materiałów (np. odpowiednie ilości reagujących ze
sobą składników) lub strumienie energii (np. paliwa, energii elektrycznej). Od wielkości tych
strumieni i od ich parametrów zależeć będzie pożądany przebieg wielkości regulowanych.

Zatem ilości dostarczanej energii lub materii są wielkościami wejściowymi x

,...x

obiektu regulacji (procesu). Innymi wielkościami wejściowymi są wielkości

wpływające niekorzystnie na przebieg wielkości regulowanych. Są to różnego rodzaju
zakłócenia (umownie oznaczane symbolami z

, z

... z

). Zakłócenia te mogą bezpośrednio

oddziaływać na proces, np. w układzie regulacji temperatury takimi zakłóceniami są zmiany
temperatury  otoczenia,  lub  zniekształcać  doprowadzone  do  obiektu  strumienie  energii  lub
materii,  np.  w  układzie  regulacji  temperatury  takimi  zakłóceniami  są  zmiany  wartości
opałowej  paliwa.  Związek  między  wielkościami  regulowanymi  a  wejściowymi  tworzy  opis
obiektu w sensie procesowym (rys. 1a).

Urządzenia, w których realizowane są procesy technologiczne wyposażone są

w  zespoły  wykonawcze  (ZW),  którymi  są  np.  zawory  regulacyjne,  pompy  o  zmiennej
wydajności,  silniki,  styczniki  itp.,  umożliwiające  dostarczanie  strumieni  energii  lub
materiałów  do  procesu  oraz    w  przetworniki  pomiarowe  (PP),  dostarczające  informacje  o
przebiegu zmian wielkości regulowanych. Zespoły wykonawcze, w wyniku oddziaływania na
nie  sygnałów  sterujących  oznaczanych  stosując  terminologię  techniczną  symbolami  CV

, ... CV

, i wytwarzanych przez regulatory (sterowniki), kształtują natężenie strumieni

materiałów lub energii. Sygnały te są wielkościami wejściowymi obiektu regulacji w sensie

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury

powietrza przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

aparaturowym jako elementu składowego układu regulacji. Wielkościami wyjściowymi tak
rozumianego obiektu regulacji są sygnały wyjściowe przetworników pomiarowych PV

, PV

... PV

, nazywane zmiennymi procesowymi. Zależność zachodząca pomiędzy sygnałami

wyjściowymi obiektu (zmiennymi procesowymi) a jego sygnałami wejściowymi (sygnały
sterujące i zakłócenia) stanowi opis obiektu w sensie aparaturowym (rys.1b).

a) b)

Rys. 1. Schemat ideowy obiektu regulacji o jednej wielkości regulowanej : a) - obiekt

regulacji w sensie procesowym, b) – obiekt regulacji w sensie aparaturowym; oznaczenia: x, y
- wielkość wejściowa, wyjściowa obiektu w sensie procesowym, CV - sygnał sterujący, PV
- sygnał wyjściowy przetwornika pomiarowego (zmienna procesowa), z

, z

,….. z

–

zakłócenia

W najprostszych przypadkach, obiekt regulacji może mieć jeden sygnał wyjściowy

(jedną wielkość regulowaną) , jeden sygnał sterujący i wiele wielkości zakłócających (rys.
1a). Jego matematycznym opisem jest zależność sygnału wyjściowego od sygnałów
wejściowych

,….

(1)

która, w zależności od właściwości obiektu, może być równaniem algebraicznym albo

liniowym lub nieliniowym równaniem różniczkowym o stałych lub zmiennych
współczynnikach.

Poprawna ocena właściwości obiektów regulacji jest podstawowym

warunkiem  umożliwiającym  projektowanie  układów  regulacji.  Na  ogół  analiza  właściwości
obiektu  przebiega  dwuetapowo.  Pierwszy  etap  jest  analizą  procesową,  której  efektem  jest
ustalenie  związków  procesowych  między  wielkościami  regulowanymi  jako  zmiennymi
fizycznymi a wielkościami wejściowymi procesu, którymi są najczęściej parametry strumieni
energii  lub  materiałów  dostarczanych  do  procesu.  Wyniki  tej  analizy  są  podstawą  do
właściwego  doboru  przetwornika  pomiarowego  oraz  zespołu  wykonawczego,  czyli  do
poprawnego  zaprojektowania  obiektu  regulacji  w  sensie  aparaturowym.  Ogólne  związki
procesowe  powinny  zostać  określone  przez  technologa,  który  najlepiej  rozumie  fizyczną
stronę  procesu.  Często  jednak  konieczna  jest  przy  tym  pomoc  automatyka,  aby  opis
właściwości obiektu podany był w formie użytecznej dla celów regulacji.

Drugim etapem analizy jest określenie modelu matematycznego

zaprojektowanego w sensie aparaturowym obiektu jako związku między sygnałami
(zmiennymi procesowymi) PV a sygnałami sterowania CV i zakłóceniami. Tworzone modele
ze względu na ich cechy aplikacyjne mogą być modelami: globalnymi lub lokalnymi
(parametrycznymi).

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza

przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

Modele globalne ( bilansowe) tworzone dla celów analizy procesu technologicznego, jego

optymalizacji  i  prowadzenia  rozruchu  określane  są  na  podstawie  zależności  między
zmiennymi  procesowymi  wiążącymi  np.  energię,  masę,  położenie    i  stan  poszczególnych
elementów tworzących proces w pełnym zakresie ich zmienności oraz na podstawie bilansów
tych wielkości dla całego obiektu. Model taki ma najczęściej postać nieliniowych zależności
różniczkowo-całkowych.  Można  go  wykorzystać  zarówno  przy  projektowaniu  układu
regulacji jak i optymalizacji punktu pracy.

Modele lokalne (parametryczne) opisują właściwości obiektu w otoczeniu danego punktu

pracy  co  na  ogół  jest  wystarczające  do  doboru  parametrów  zainstalowanych  w  układzie
regulacji  elementów,  do  analizy  stabilności  układu  z  regulatorem  oraz  doboru  algorytmu
sterowania  i struktury układu regulacji. Model taki  ma zazwyczaj postać założonego z góry
opisu matematycznego np. w postaci transmitancji operatorowych : obiektu oraz transmitancji
zakłóceniowych.  których  nieznane  parametry  określane  są  w  procesie  identyfikacji.  Model
matematyczny obiektu może być także przedstawiony w postaci schematu blokowego , który
dostarcza  informacji  o  strukturze  obiektu,  co  jest  pomocne  przy  projektowaniu  struktury
układu  regulacji.    Przykładowy  schemat  blokowy  obiektu  o  jednej  wielkości  regulowanej  i
dwu działających zakłóceniach z

, z

opracowany dla zmiennych przyrostowych przedstawia

rys.2.

Rys. 2. Schemat blokowy obiektu regulacji : a) schemat szczegółowy, b) schemat

zastępczy

Jak już wcześniej wspomniano, obiekt regulacji w sensie aparaturowym to nie tylko

proces zachodzący w urządzeniu (transmitancja G

proc

(s)) ale także zespół wykonawczy ZW

(transmitancja G

(s)) sterowany sygnałem CV oraz przetwornik pomiarowy PP

(transmitancja G

(s)) generujący sygnał PV (rys. 2a). Iloczyn tych transmitancji przedstawia

sobą wyrażoną operatorowo zależność wielkości procesowej PV od sterowania CV i jest
transmitancją operatorową obiektu określoną symbolem

(rys.2 b). Charakter

zmian wielkości regulowanej wywołany zakłóceniami określają transmitancje zakłóceniowe

(transmitancje zakłóceniowe ze względu na niemierzalność

zakłóceń można określić w sposób przybliżony raczej jakościowo niż ilościowo). Schemat
blokowy z rys. 2a jest pozyskiwany i weryfikowany w fazie projektowania i doboru
poszczególnych zespołów instalacji obiektowej, natomiast schemat z rys. 2b jest pozyskiwany
w uruchomionym i działającym układzie regulacji .

Działające na obiekt zakłócenia, których jest najczęściej wiele są niemierzalne

i działają w sposób przypadkowy w różnych miejscach obiektu, w efekcie jednak zawsze

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury

powietrza przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

zaburzają pożądany przebieg procesu, a ich działanie ujawnia się poprzez zmiany wielkości
regulowanej  a  zatem  i  zmiennej  procesowej  powodując  jej  wzrost  wartości  lub  jej  spadek.
Również  zależnie  od  konstrukcji  zespołu  wykonawczego  ,  natury  fizycznej  i  właściwości
procesu  oraz  charakterystyki  statycznej  zastosowanego  przetwornika  pomiarowego,  wzrost
wartości  sygnału  wyjściowego  CV  regulatora  sterującego  procesem  ma  wywoływać  wzrost
lub  spadek  wartości  wielkości  regulowanej.  Oddziaływania  te  zostały  na  schemacie
blokowym    z  rys.  2  przedstawione  za  pośrednictwem  węzła  sumacyjnego.  Znaki  w  węźle
sumacyjnym pokazują możliwe kierunki oddziaływań sterowania i zakłóceń.

Pozyskiwanie modelu może być realizowane analitycznie na podstawie znajomości

równań opisujących zależności fizyko - chemicznych obiektu lub eksperymentalnie. Metoda
eksperymentalna może być eksperymentem czynnym lub biernym.

Eksperyment czynny polega na pobudzeniu obiektu zdeterminowanym wymuszeniem.

Jest to najczęściej wymuszenie skokowe, impulsowe  lub sinusoidalnie zmienne. Otrzymana
odpowiedź na to wymuszenie pozwala  na podstawie odpowiednich konstrukcji graficznych
określić parametry założonego modelu matematycznego , który ze względów praktycznych i
projektowych  ma  postać  niezbyt  złożonej  transmitancji  tzw.  transmitancji  zastępczej.
Transmitancja ta w sposób przybliżony oddaje właściwości rzeczywistego badanego obiektu
w  otoczeniu  wybranego  punktu  pracy.  Przed  rozpoczęciem  doświadczenia  obiekt  musi
znajdować  się  w  stanie  ustalonym.  Dokładność  identyfikacji  zależy  od  amplitudy
wymuszenia,  która  winna  być  na  tyle  duża  aby  zminimalizować  wpływ  zakłóceń  a  na  tyle
mała  aby  nie  wprowadzić  obiektu  w  nasycenie.  Czas  trwania  wymuszenia  powinien  być
dostatecznie długi aby możliwe było ujawnienie charakteru odpowiedzi.

Obiekty podobnie jak inne elementy automatyki, klasyfikuje się ze względu na ich

właściwości dynamiczne. Taką najbardziej ogólną klasyfikacją jest podział ze względu na
zdolność osiągania lub nie osiągania równowagi trwałej po wprowadzeniu wymuszenia
skokowego. Z tego punktu widzenia obiekty dzieli się na :



statyczne ,



astatyczne.

Przykładowe odpowiedzi obiektów statycznych i astatycznych na wymuszenie

skokowe sterowania CV wykonane we współrzędnych przyrostowych przedstawia rys.3.

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza

przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

Rys. 3. Przykładowe ogólne odpowiedzi na wymuszenie skokowe a) obiektu

statycznego, b) astatycznego.

Dla obiektów statycznych, których odpowiedź skokowa ma przebieg jak na rys.3a

przyjmuje się najczęściej następujące modele matematyczne przedstawione w postaci
transmitancji operatorowej:







)

(

)

(

)

(



(2)

lub









)

(

)

(

)

(

)

(



(3)

gdzie:

–wzmocnienie obiektu (w sensie aparaturowym wielkość niemianowana),

– zastępcza stała czasowa [min],

– zastępczy czas opóźnienia [min].

Parametry modelu obiektu regulacji określonego wzorem (2) można określić z

odpowiedzi na wymuszenie skokowe stosując metodę : stycznej (rys.3a) lub siecznej (rys.4).

Rys.4. Ilustracja metody siecznej wyznaczania stałych czasowych modelu (2) obiektu

regulacji

W przypadku metody stycznej parametry te określa się bezpośrednio z wykresu tak

jak to pokazuje rys.3a, natomiast stosując metodę siecznej (rys.4) przechodzącej przez punkty
P1, P2, wartości stałych czasowych T

, T

określa się z zależności









)

(4)

Parametry modelu określonego wzorem (3) zwanego modelem Strejca określa się z

wykresu i z tablic podanych w literaturze.

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury

powietrza przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

Dla obiektów astatycznych, których odpowiedź skokowa ma przebieg jak na rys.3b

przyjmuje się najczęściej model matematyczny przedstawiony w postaci transmitancji
operatorowej





)

(

)

(

)

(



(5)

Parametry modelu określonego wzorem (5) odczytuje się wprost z wykresu na rys.3b.

W eksperymencie biernym parametry modelu określa się na podstawie pomiaru

dostępnych  sygnałów  podczas  normalnej  pracy  układu  regulacji  bez  konieczności
przerywania  jego  pracy  i  naruszania  warunków  eksploatacji.  W  metodzie  tej  nie  mamy
wpływu na sygnały podawane na obiekt i identyfikacja obiektu jest w tej metodzie trudna ze
względu na często niską zdolność pobudzającą sygnałów. Analiza sygnałów pozwala określić
model tzw. stochastyczny, który ze względu na dokładność opisu właściwości obiektu może
być  wykorzystywany  w  systemach  diagnostycznych  lub  do  optymalizacji  procesu  regulacji
lub też opracowania innego od standardowego algorytmu regulacji.

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza

przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

2. OPIS INSTALACJI OBIEKTOWEJ

Obiektem regulacji jest proces zmiany temperatury powietrza przepływającego przez

rurociąg. Schemat instalacji obiektowej przedstawia rys.5.

Przepływ powietrza jest wymuszony przez wentylator (S). Regulację temperatury

można realizować w instalacji obiektowej z rys.4 sterując ilością ciepła wydzielanego przez
grzałkę (G) przy stałym przepływie powietrza dostarczanego przez wentylator lub sterując
ilością powietrza dostarczanego przez wentylator przy stałej ilości ciepła dostarczanego przez
grzałkę . Sygnały sterujący mocą grzałki Y

oraz obrotami silnika wentylatora Y

są

sygnałami standardowymi 4 - 20 mA i generowane są przez zastosowany w układzie regulacji
sterownik PLC.

Wielkościami zakłócającymi są :



skokowa zmiana przekroju wlotowego powietrza (przez przestawienie pozycji przesłony P
z zamknięte /otwarte co oznacza zmianę przekroju z 389 na 1661 mm



skokowa zmiana mocy grzejnej grzałki G przez dołączenie lub odłączenie dodatkowej
rezystancji ( pozycja przełącznika „0” lub „1” );powoduje to zmianę oporności grzałki z
100



na 75





skokowa zmiana prędkości obrotowej silnika wentylatora realizowana przez skokową
zmianę sygnału Y

podawanego do układu sterowania silnikiem S wentylatora dla

przypadku sterowania obiektu mocą grzejną Y

lub



skokowa zmiana mocy grzejnej przez skokową zmianę sygnału Y

podawanego do grzałki

dla przypadku sterowania prędkością obrotową silnika wentylatora Y

Do pomiaru temperatury zastosowano przetwornik pomiarowy T/I z czujnikiem oporowym

Pt100 ( wykonanie specjalne o małej bezwładności ) z linearyzacją i standardowym wyjściem
4 - 20 mA. Zakres pomiarowy przetwornika wynosi 25 - 75

Pomiar natężenia przepływu odbywa się przez pomiar spadku ciśnienia



p na zwężce

pomiarowej. Zakres przetwornika różnicy ciśnień



p / I z wyjściem 4 - 20 mA wynosi 0 - 50

mm H

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury

powietrza przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

4-2

44444

4-20
[mA]



p/I

T/I

Rys.5. Schemat części obiektowej stanowiska układu regulacji temperatury powietrza

Oznaczenia : P - przesłona dla skokowej zmiany przekroju wlotowego powietrza, S -

silnik o regulowanych obrotach napędzający wentylator, G - grzałka elektryczna, PV – sygnał
prądowy z przetwornika temperatury T/I , Q - sygnał prądowy z przepływomierza
zwężkowego,



p/I- przetwornik różnicy ciśnień , „0-1” pozycje przełącznika P1 do zmiany

oporności grzałki , Y

- sygnał sterujący obrotami silnika , Y

- sygnał sterujący mocą

grzałki.

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza

przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA

W ćwiczeniu identyfikacja obiektu przeprowadzona będzie na podstawie pomiaru

charakterystyki  statycznej  obiektu  w  pełnym  możliwym  zakresie  zmian  wielkości
regulowanej  wywołanej  zmianą  sterowania  i  zakłóceniami.  oraz  odpowiedzi  badanego
obiektu  na  celowo  wprowadzone  wymuszenie  skokowe  w  wybranym  z  charakterystyki
statycznej  punkcie  pracy.  Będzie  to  zatem  eksperyment  czynny,  w  którym  celowe
oddziaływanie  na  obiekt  odbywać  się  będzie  poprzez  sygnał  sterowania  zadawany  przez
operatora.

Pomiary właściwości statycznych i dynamicznych obiektu przeprowadza się wówczas gdy

regulator i inne elementy układu regulacji są już zainstalowane , ich funkcjonowanie jest
sprawdzone. Układ regulacji pracuje wówczas w trybie sterowania ręcznego.

Właściwości statyczne i dynamiczne będą reprezentowane poprzez związki między

wielkością regulowaną, którą jest temperatura powietrza T przetworzona na sygnał mierzony
PV

, a sygnałem Y

sterującym mocą grzałki oraz między wielkością regulowaną a

wielkościami zakłócającymi. Związki te reprezentować będą transmitancje :operatorowa
obiektu

)

oraz transmitancje zakłóceniowe

)

(

)

(

)

(

obiektu.

Schemat połączeń części obiektowej stanowiska z panelem sterowania przedstawia

rys.6.

Rys.6. Schemat połączeń elementów układu regulacji temperatury powietrza przepływającego
przez rurociąg

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury

powietrza przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

Stanowisko do identyfikacji obiektu składa się ze sterownika PLC (1), panelu HMI

(2),  komputera  PC  (3)  -  połączonych  w  sieć  ethernetową  (4),  rurociągu  (5)  i  zasilacza  (6).
Wyjścia analogowe sterownika połączone jest z wejściem sterującym obrotami wentylatora S
(AO1)  i  mocą  grzałki  G  (AO2)  zainstalowanych  w  rurociągu.  Do  wejść  cyfrowych
sterownika,  poprzez  zasilacz,  doprowadzone  są  sygnały  informujące  o  położeniu  przesłony
(DI1)  i  o  zmianie  rezystancji  grzałki  (DI2).  W  sterowniku  zaimplementowano  program
umożliwiający  sterowanie  obrotami  wentylatora  (%)  i  mocą  grzałki.  Panel  HMI  umożliwia
zadawanie  wielkości  sterujących.  Symulacja  na  monitorze  komputera  umożliwia
rejestrowanie przebiegów wymuszeń i odpowiedzi układu.

3.1. Wizualizacja

Przy identyfikacji obiektu wykorzystane zostaną dwie wizualizacje. Pierwsza,

zrealizowana  na  panelu  SIMATIC  KPT600,  umożliwia  sterowanie  mocą  grzałki  i  obrotami
wentylatora  (rys.7).  Wielkości  te  są  wprowadzane  w  procentach,  poprzez  pola  Input/Output
(1).  Wartości  są  dodatkowo  monitorowane  na  poziomych  wykresach  słupkowych  (2).  Na
panelu zrealizowano także monitorowanie temperatury (3).

Rys.7 Wizualizacja na panelu SIMATIC KPT600

Drugą wizualizację, zrealizowano na komputerze PC, w którym korzystając z funkcji

oprogramowania  TIA  Portal  zasymulowano  panel  SIMATIC  TP1500.  Na  wizualizacji
monitorowane  są  przebiegi  wielkości  procesowej  PV  oraz  wymuszenia  (zakłócenia).  Na
ekranie głównym (rys.8) znajduje się Menu z przyciskami, włączającymi ekrany pomocnicze
przystosowane  do  identyfikacji  poszczególnych  parametrów  .  Na  dodatkowych  ekranach
(rys.9)  umieszczone  są  procentowe  wykresy  oraz  przyciski  umożliwiające  operowanie
wykresem:  przycisk  START/STOP  (1),  przyciski  zmniejszające  i  zwiększające  przedział
czasu  (2,3),  przyciski  przesuwające  wykres  wstecz  i  wprzód  (4),  przycisk  Aktualny  (5)
realizujący  szybki  powrót  do  aktualnego  przebiegu,  przycisk  Powrót  (6)  –  po  naciśnięciu
ukazuje się ekran główny.

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury

powietrza przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

3.2. Identyfikacja eksperymentalna właściwości statycznych obiektu regulacji

Własności statyczne obiektu regulacji przedstawia charakterystyka statyczna, czyli

zależność między sygnałem wyjściowym PV a sygnałem sterującym w stanie ustalonym. W
badanym rurociągu należy wyznaczyć zależność temperatury PV [%] od sygnału sterującego
mocą grzałki Y

[%] przy zadanych obrotach wentylatora Y

=40%, Y

=50% oraz Y

=60%.

W tym celu:



wybrać na wizualizacji komputerowej opcję Charakterystyka statyczną,



ustawić na panelu obroty wentylatora Y

= 40%,



zadawać moc grzałki Y



wartości temperatury odczytywać po ustaleniu przebiegu.



pomiary powtórzyć dla obrotów wentylatora Y

= 50% i Y

= 60%,



wyniki pomiarów umieścić w tablicy 1.

Tablica 1. Wyniki pomiarów charakterystyki statycznej obiektu regulacji

[%]

= 40%

PV [%]

= 50%

PV [%]

= 60%

PV [%]

3.3. Wyznaczenie transmitancji operatorowej G

(s) na podstawie

odpowiedzi skokowej

dla przypadku sterowania mocą grzejną

Właściwości dynamiczne obiektu określa transmitancja operatorowa, którą można

wyznaczyć na podstawie odpowiedzi skokowej. W tym celu należy:



wybrać na wizualizacji komputerowej opcję Identyfikacja obiektu ,



ustawić przedział czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 180
sekund,



ustawić na panelu obroty wentylatora Y

= 50%,



ustawić na panelu moc grzałki Y

= 50%,



odczekać na ustalenie temperatury,



zmienić moc grzałki na wartość Y

= 70%,



odczekać na ustalenie temperatury.

Zapisać cały przebieg przejściowy na komputerze dobierając odpowiedni przedział czasu.
Zaleca  się  przyjąć    ok.  100  sek.  Po  zatrzymaniu  przebiegu  na  monitorze  przyciskiem
STOP,  wcisnąć  na  klawiaturze  komputera  przycisk  prtsc  ,wkleić  zapamiętany  ekran  do
edytora  graficznego  i  wydrukować  dwie  kopie  przebiegu  przejściowego  (  do  obróbki
wykresu stosując metodę stycznej (rys.9) i siecznej rys.4).

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza

przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

Zgodnie z p.1. dla badanego obiektu można przyjąć model matematyczny opisany

transmitancją (6) :







)

(

)

(

)

(



(6)

Stosując konstrukcję graficzną opartą o metodę stycznej przedstawioną na rys. 10 z

zarejestrowanego przebiegu należy odczytać wartości parametrów zastępczej transmitancji
operatorowej obiektu :T

, k

Rys.10. Przykład konstrukcji graficznej do określania parametrów transmitancji operatorowej

obiektu regulacji metodą stycznej

Parametry transmitancji operatorowej obiektu określić także stosując metodę siecznej

przedstawioną w p.1 rys.4

Przedstawione transmitancje zostaną zastosowane do doboru nastaw regulatora w

układzie regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg.

3.4. Wyznaczanie transmitancji operatorowej obiektu G

(s) na podstawie

odpowiedzi skokowej dla przypadku sterowania prędkością obrotową
silnika wentylatora

Transmitancja zakłóceniowa G

pozwoli określić wpływ zmian obrotów wentylatora

na wartość temperatury powietrza w rurociągu. W celu wyznaczenia tej transmitancji należy:



wybrać na wizualizacji komputerowej opcję Skokowa zmiana obrotów wentylatora,



ustawić przedział czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 300sek,



ustawić na panelu obroty wentylatora Y

= 50%,



ustawić na panelu moc grzałki Y

= 50%,



odczekać na ustalenie temperatury,



zmienić obroty wentylatora na wartość Y

= 70%,

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury

powietrza przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI



odczekać na ustalenie temperatury,



zapisać przebieg na komputerze a następnie go wydrukować..

Wyznaczyć parametry transmitancji j obiektu regulacji o postaci







)

(

)

(

)

(



(7)

3.5. Wyznaczanie transmitancji operatorowej

zakłóceniowej G

(s) (zmiana

oporności grzałki) na podstawie odpowiedzi skokowej

Transmitancja zakłóceniowa G

pozwoli określić wpływ zmiany mocy grzałki na

wartość temperatury powietrza w rurociągu. W tym celu należy:



wybrać na wizualizacji komputerowej opcję Skokowa zmiana rezystancji grzałki,



ustawić przedział czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 300sek,



ustawić na panelu obroty wentylatora Y

= 50%,



ustawić na panelu moc grzałki Y

= 50%,



odczekać na ustalenie temperatury,



przestawić przełącznik P1 (rys.6) w pozycję 1,



odczekać na ustalenie temperatury,



zapisać przebieg na komputerze , a następnie go wydrukować.



przestawić przełącznik P1 (rys.6) w pozycję 0

Wyznaczyć parametry transmitancji zakłóceniowej obiektu regulacji o postaci









)

(

)

(

)

(



(7)

gdzie:



R – zmiana oporności grzałki.

3.6.

Wyznaczanie transmitancji operatorowej zakłóceniowej G

(s) (zmiana

otwarcia przesłony) na podstawie odpowiedzi skokowej

Transmitancja zakłóceniowa G

pozwoli określić wpływ zmiany przekroju wlotu

powietrza na wartość temperatury powietrza. W tym celu należy:



wybrać na wizualizacji komputerowej opcję Skokowa zmiana przekroju wlotu
powietrza,



ustawić przedział czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 300sek,



ustawić na panelu obroty wentylatora Y

= 50%,



ustawić na panelu moc grzałki Y

= 50%

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza

przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI



odczekać na ustalenie temperatury,



zamknąć przesłonę P (rys.6)



odczekać na ustalenie temperatury,



zapisać przebieg na komputerze, a następnie go wydrukować



otworzyć przesłonę P .

Wyznaczyć parametry transmitancji zakłóceniowej obiektu regulacji o postaci









)

(

)

(

)

(



(8)

gdzie:



f – zmiana przekroju przepływowego przesłony.

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury

powietrza przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

4. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA

Sprawozdanie winno zawierać takie elementy jak: opis przebiegu ćwiczenia ,

schematy, wykresy otrzymane z rejestratora z naniesioną obróbką danych, wykresy wykonane
na podstawie pomiarów itp. oraz odpowiedzi na pytania poniżej:

1) Określ parametry transmitancji obiektu stosując metodę siecznej oraz stycznej dla dwu

omówionych przypadków sterowania.

2) Określ przebieg odpowiedzi skokowej obiektu obliczony na podstawie przyjętych

transmitancji i dokonaj porównania z przebiegiem rzeczywistym.

3) Narysuj schemat blokowy badanego obiektu regulacji oraz przeprowadź jego analizę

dla dwu omówionych przypadków sterowania.

4) Narysuj charakterystykę statyczną obiektu i przeprowadź analizę właściwości

statycznych obiektu,

5) Określ na podstawie charakterystyki statycznej obiektu możliwe punkty pracy układu

regulacji

6) Porównaj wartość wzmocnienia obiektu k

otrzymaną z charakterystyki statycznej

obiektu oraz z charakterystyki skokowej. Skomentuj otrzymane wyniki.

7) Określ na podstawie schematu blokowego obiektu jaki winien być kierunek działania

regulatora w układzie zamkniętym.