Politechnika Rzeszowska

Im. Ignacego Łukasiewicza

Katedra Awioniki i Sterowania

Podstawy Elektroniki - Laboratorium

Sprawozdanie nr 7

Temat: Regulator temperatury.

Wykonała:

Sośnicka Monika

Stefański Michał

Syryło Mateusz

1. WSTĘP

Termopary - Termopara składa się z dwóch drutów (różne metale) spojonych na końcu pomiarowym. Pod wpływem różnicy temperatur powstaje różnica potencjałów (zjawisko Seebecka). Główną zaletą termopar jest przetwarzanie wielkości nieelektrycznej jaką jest temperatura na wielkość elektryczną - napięcie. Ważnymi atutami są prostota, niezawodność i niska cena. Z tego względu jednak termopary są znormalizowane i oznaczone symbolami literowymi.

PT100 to opornik składający się korpusu (w zależności od zastosowania mogą być np.: kwasoodporne itp.) w którym umieszczony jest opornik (zwoje oporowe) z wyprowadzeniami na zewnątrz. Czujniki te przekształcają wartość temperatury na wartość rezystancji zgodnie ze swoją charakterystyką termometryczna,. Opór znamionowy w temperaturze 0 ⁰C wynosi 100 Ω.

Pirometr to przyrząd do bezdotykowego pomiaru temperatury, jego działanie opiera się o analizę promieniowania cieplnego. Wszystkie obiekty emitują promieniowanie podczerwone - im temperatura ciała jest wyższa, tym jego cząstki są bardziej aktywne i tym wyższy jest poziom emitowanej energii podczerwonej. Integralną częścią pirometru jest układ optyczny, który gromadzi energię promieniowania podczerwonego mierzonego obiektu i ogniskuje ją na detektorze. Detektor zamienia energię podczerwoną na sygnał elektryczny, który jest wzmacniany, zamieniany na postać cyfrową, a następnie wyświetlany na wskaźniku pirometru

Ogniwo Peltiera. Peltier odkrył, że na złączu dwóch różnych metali przy przepływie prądu w odpowiednim kierunku złącze pochłania ciepło. Ilość wydzielanego lub pochłanianego ciepła jest proporcjonalna do natężenia prądu, zależy także od zastosowanych materiałów. Ogniwo Peltiera zbudowane jest z dwóch okładzin pomiędzy którymi są naprzemiennie rozmieszczone kostki półprzewodników typu „n” i „p”. kostki te łączą się ze sobą za pomocą miedzianych mostków, tak aby stały prąd płynął przez wszystkie półprzewodniki. Dzięki zjawisku Peltiera prąd elektryczny powoduje ochładzanie jednej z okładzin i ogrzewanie drugiej.

Regulator P -regulator składający się z jednego członu typu P (proporcjonalnego), którego transmitancję określa wzmocnienie:
. Na podstawie sygnału podawanego na wejście regulatora, wytwarza on proporcjonalny sygnał sterujący, przy czym celem jest utrzymanie wartości wyjściowej układu na pewnym z góry zadanym poziomie, który jest zwany wartością zadaną (dążenie do eliminacji uchybu regulacji).

Regulator PI -regulator składający się z członu proporcjonalnego P o wzmocnieniu K_p oraz całkującego I o czasie całkowania T_i. Transmitancję regulatora PI określa się wzorem:
. Regulatory typu PI pozwalają na eliminację wolnozmiennych zakłóceń, co przekłada się na zerowy uchyb ustalony, niemożliwy do osiągnięcia w regulatorach typu P lub typu PD. Wzmocnienie członu całkującego musi być jednak ograniczone, ponieważ wprowadza on ujemne przesunięcie fazowe, które osłabia tłumienie uchybu regulacji.

Regulator PD- w automatyce, regulator składający się z członu proporcjonalnego P o wzmocnieniu K_p oraz różniczkującego D (fizycznie nierealizowalnego) o czasie różniczkowania T_d. Transmitancję idealnego regulatora PD określa się wzorem:
. Działanie członu różniczkującego przeciwdziała szybkim zmianom sygnału błędu, co wpływa stabilizująco na działanie układu regulacji. Pozwala to w pewnej mierze na zwiększenie intensywności działania pozostałych parametrów regulatora.

Regulator PID( regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący) - w automatyce, regulator składający się z członu proporcjonalnego P o wzmocnieniu kp, całkującego I o czasie zdwojenia Ti oraz różniczkującego D o czasie wyprzedzenia Td. Jego celem jest utrzymanie wartości wyjściowej na określonym poziomie, zwanym wartością zadaną. Regulatora PID używa się np. do sterowania temperaturą procesu, w tym wypadku działa on jak bardzo dokładny termostat. Może również sterować ciśnieniem, natężeniem przepływu, składem chemicznym, siłą, prędkością i innymi sygnałami.

2. CEL I PRZEBIEG ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z zasadą działania regulatora temperatury oraz praktyczne ćwiczenie polegające na programowaniu pracy regulatora w różnych wariantach regulacji temperatury.

Zadanie rozpoczęliśmy od podłączenia elementów wg schematu

Następnie zaprogramowaliśmy regulator na stabilizację temperatury regulatorem dwupołożeniowym (temperatura początkowa 30^oC, temperatura końcowa 53^oC). Pomiaru dokonywaliśmy co 3 sekund. Wyniki pomiarów umieszczono w tabeli pierwszej.

Drugim etapem ćwiczenia było zaprogramowanie regulatora na stabilizację temperatury regulatorem PID (temp. początkowa i końcowa - takiej jak poprzednio). Tak jak poprzednio wyniki zapisywano co 3 s. Wyniki pomiarów umieszczono w pozostałych tabelach.

3. TEBELE Z WYNIKAMI POMIARÓW

1. regulatorem dwupołożeniowym PID ON/OFF

2. PID PD o parametrach P5 D10

3. PID PI o parametrach P5 I10

4. PID PID o parametrach P2 I10 D5

5. Dwie próby szybkiej stabilizacji temperatury

Pierwsza próba: parametry: P1 I15 D5

Druga próba: parametry: P1 I10 D15

6. Autotuning - regulator ustawił parametry: P0,1 I6 D2

4. WYKRESY

T(t)

5. WNIOSKI

Przykładowe wnioski od innych grup

1) Po wykresach (a także po długości tabel) widać, iż PID jest metodą o wiele wydajniejszą.
Pierwszy sposób wykonania przez nas ćwiczenia, przypominał bardziej pracę termostatu. Uzyskanie żądanej temperatury po zaprogramowaniu na on/off było dużo bardziej czasochłonne. Temperatura rosła o wiele wolniej. W chwili, gdy termoregulator zaprogramowany został jako proporcjonalno- całkująco - różniczkujący uzyskanie żądanej temperatury było o wiele szybsze. Różnica ta wynika z tego, że w pierwszej metodzie termoregulator załączał się aby po chwili wyłączyć. Ponownie załączał się dopiero wówczas, gdy temperatura spadała poniżej pewnej granicy.

2) Wykonane doświadczenie przedstawia sposób działania zjawiska Poltiera. Na podstawie tabeli i wykresów zamieszczonych powyżej widzimy iż pomimo zadanej na regulatorze temperatury 55^oC temperatura rośnie z czasem do 55,4^oC podczas pomiaru I. Jest to efekt nagrzewania w trybie on/off który działa na zasadzie, że przepływ prądu trwa aż zostanie osiągnięta temperatura 55^oC i dopiero wtedy załącza wentylator, z tego względu temperatura przekracza temperaturę zadaną. Wykres w końcowej fazie ma kształt sinusoidy spowodowane jest to działaniem wentylatora. W pomiarze regulatorem PID temperatura nie przekracza zadanej wielkości z tego względu, że przepływ prądu jest przerwany przed osiągnięciem oczekiwanej temperatury i jej dalszy wzrost jest niemożliwy. Początkowo przyrosty temperatury w obu pomiarach są duże a następnie się stabilizują.

Literatura:

• http://www.asimo.pl/teoria/regulatory_dzialanie_ciagle.php

• Instrukcje do ćwiczeń

---