Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania
Podstawy Automatyki – laboratorium
Ćw. 6: Badanie regulatora PID w układzie sterowania prędkością obrotową silnika prądu
stałego
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest:
a) poznanie budowy układu regulacji prędkości obrotowej silnika prądu stałego oraz wpływu
regulatorów: proporcjonalnego P i proporcjonalno-całkującego PI na pracę silnika,
b) wyznaczenie podstawowych parametrów (współczynników wzmocnienia) głównych członów
układu,
c) wykreślenie charakterystyk mechanicznych napędu w układzie otwartej oraz zamkniętej pętli
sprzężenia zwrotnego.
Zakres niezbędnych wiadomości teoretycznych:
Obejmuje on:
- znajomość regulatorów liniowych ( P,PI,PID),
- znajomość zależności statycznych i umiejętność analizy dynamicznej, tj. zmian prędkości
obrotowej spowodowanej zmianą napięcia na szczotkach komutatora, silnika bocznikowego jako
elementu automatyki,
- metody oceny jakości regulacji
- znajomość zagadnień sterowania z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego
Opis stanowiska lab:
W celu lepszego poznania oraz przeprowadzenia analizy działania układu regulacji prędkości
obrotowej, utworzony został model silnika DC 28DT12 o parametrach: 24V, 27W, prędkości biegu
jałowego 6900obr/min, którego specyfikację umieszczono w załączniku.
Model znajduje się w pliku PI silnikDC.cos3 na pulpicie. Po jego uruchomieniu pojawia się
okno środowiska SciLab (czyt. sajlab) oraz symulator Scicos. W oknie symulatora widoczne jest
menu, gdzie najbardziej przydatną funkcją jest >Simulate/Run. Na schemacie blokowym można
odnaleźć następujące elementy:
- Zadana prędkość: w którą po dwukrotnym kliknięciu możemy wpisać wymaganą wartość w
pole Final Value w obr/min.
- Regulator PI: składający się z dwóch członów: P oraz I. Wartości wzmocnień Ki oraz Kp
wpisujemy w pole gain. Wprowadzenie wartości 0 oznacza wyłączenie danego członu regulatora.
- Silnik DC: blok zawierający model silnika
- Obciążenie: tu w polu Final Value możemy ustawić wartość obciążenia, które wystąpi po pierwszej sekundzie ruchu w postaci wymuszenia skokowego.
- MScope: rejestrator sygnałów aktualnej wartości prędkości (obr/min) oraz prądu (mA)
płynącego w uzwojeniach. Po otwarciu tego bloku możemy zmienić ustawienia prezentacji wyników
takie jak: rozdzielczość, pozycja, zakresy w obu osiach itp. Zarejestrowane wykresy pojawiają się po
uruchomieniu symulacji automatycznie. Możliwe jest podglądanie szczegółów wykorzystując opcję
powiększenia. Również przydatną funkcją jest możliwość zapisywania rezultatów w plików
graficznych poprzez użycie >File/Export w menu okna wykresu.
- Switch: przełącznik dający nam możliwość włączania i wyłączania pętli sprzężenia
zwrotnego. Wpisywanie wartości 1 w polu connected input oznacza wybranie pierwszego wejścia, a
więc włączenie pętli. Wpisanie wartości 2 spowoduje wysyłanie do węzła sumacyjnego sygnału zerowego, równoznacznego z otwarciem pętli.
Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania
Podstawy Automatyki – laboratorium
Ćw. 6: Badanie regulatora PID w układzie sterowania prędkością obrotową silnika prądu
stałego
Przebieg ćwiczenia:
a) sterowanie silnikiem w układzie otwartym
studenci mają za zadanie sprawdzić:
- Jak wpływa na pracę silnika zmiana nastaw regulatorów (P, I oraz PI) dla prędkości obrotowej
(np) oraz obciążenia (Mp) podanych przez prowadzącego zajęcia.
- Jak na pracę silnika wpływa zmiana wartości obciążania (przy nzad=7000 obr/min, Kp=1 i Ki=0).
- Jaką prędkość rozwija silnik pod nominalnym obciążeniem i jaki w ten czas płynie przez niego
prąd (przy nzad=7000 obr/min Kp=1 i Ki=0). Odczyt porównać ze specyfikacją silnika.
- Dla układu otwartego z regulatorem P należy sporządzić charakterystykę mechaniczną
(zależność ustalonej prędkości obrotowej od obciążenia) na podstawie czterech różnych punktów
odpowiadających następującym wartościom obciążenia: M1=0, M2=20, M3=40, M4=60 mNm dla
n = np.
b) Sterowanie silnikiem z ujemną pętlą sprzężenia zwrotnego
studenci mają za zadanie przeanalizować:
- działanie układu dla różnych nastaw i konfiguracji regulatorów (regulatorów, I oraz PI) dla
zadanej prędkości obrotowej (np) oraz obciążenia (Mp). Należy zwrócić uwagę na wartość
uchybu maksymalnego i ustalonego.
- wpływ zmiany obciążenia na chwilową wartość maksymalną uchybu oraz na uchyb ustalony
(zwrócić uwagę na prąd).
- Należy sporządzić charakterystyki mechaniczne (dla różnych konfiguracji regulatorów) podobnie
jak to miało miejsce w poprzednim przypadku.
Sprawozdanie:
- przebieg wykonywanego ćwiczenia
- wykresy prędkości zadanej, prędkości aktualnej i uchybu oraz wykres prądu i przyspieszenia w
funkcji czasu dla regulatora P, I oraz PI z otwartą i zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego.
- wyznaczyć charakterystykę i sporządzić wykres prędkości ustalonej w funkcji zadanego
obciążenia dla regulatora P oraz PI z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego oraz dla regulatora P
z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego.
- interpretację i wnioski sporządzić indywidualnie dla każdego wykresu
- Osiągnięte wnioski należy odpowiednio udokumentować. W tym celu można skorzystać z
wcześniej opisanej opcji eksportu wykresu do pliku graficznego.