AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA
W BIELSKU-BIAA
EJ
KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN
6. Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest poznanie własności statycznych i dynamicznych typowych regulatorów
ciągłych na przykładzie regulatorów pneumatycznych produkcji PAP Falenica. W trakcie
zajęć przewiduje się badanie własności statycznych i dynamicznych regulatora
proporcjonalnego P, oraz dynamicznych regulatorów: proporcjonalno-całkującego PI,
proporcjonalno-różniczkującego PD i proporcjonalno-całkująco-różniczkującego PID.
Wstęp
Powszechne zastosowanie regulacji automatycznej w przemyśle przyczyniło się do
powstania systemów blokowych. Pozwalają one na tworzenie dowolnych prostych
i złożonych układów regulacji automatycznej poprzez dobór typowych elementów [3]
(rys.6.1). Zastosowanie typowych elementów pozwala na unifikację sygnałów
pośredniczących. Na przykład w pneumatycznym systemie blokowym PNEFAL zakres
sygnałów wynosi 20-100 [kPa], a ciśnienie zasilania 140 [kPa].
y
w + e
pu
R S N O
-
-
UW
PP
Rys.6.1. Schemat blokowy układu regulacji: y  sygnał regulowany, w  sygnał zadający, R  regulator,
UW- urządzenie wykonawcze, N  nastawnik, S  siłownik, O  obiekt regulacji, PP  przetwornik pomiarowy.
Ze względu na własności dynamiczne regulatory ciągłe dzieli się na:
1. proporcjonalne P;
2. całkujące I;
3. proporcjonalno-całkujące PI;
4. proporcjonalno-różniczkujące PD;
5. proporcjonalno-całkująco-różniczkujące PID;
Współczynnik wzmocnienia proporcjonalnego kp jest to iloraz przyrostu składowej
proporcjonalnej wielkości wyjściowej regulatora "u do przyrostu odchyłki regulacji "e.
Współczynnik ten można również wyrazić przez zakres proporcjonalności Xp, który jest
odwrotnością współczynnika wzmocnienia.
"u
k = ,
p
"e
Instrukcje laboratoryjne
Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych
 AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA
W BIELSKU-BIAA
EJ
KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN
Zakres proporcjonalności informuje jaki procent zmian sygnału wejściowego
powoduje pełna zmianę sygnału wyjściowego.
1
X = Å"100%
p
kp
Czas zdwojenia Ti to czas, po którym składowa całkowa wielkości wyjściowej
regulatora PI, odpowiedzi na wymuszenie skokowe, przewyższa składową proporcjonalną tej
odpowiedzi (tab.1).
Czas wyprzedzenia Td to czas, po którym składowa proporcjonalna wielkości
wyjściowej regulatora PD, będącej odpowiedzią na wymuszenie liniowo narastające w czasie,
przewyższa składową różniczkową tej odpowiedzi. Na rys. 6.2 przedstawiono sposób
wyznaczenia czasu wyprzedzenia na podstawie zarejestrowanej odpowiedzi regulatora PD na
wymuszenie liniowo narastajÄ…ce.
Rys. 6.2. Charakterystyka liniowo narastajÄ…ca regulatora PD
W tabeli 1. przedstawiono transmitancje oraz charakterystyki skokowe regulatorów ciągłych
[1].
Instrukcje laboratoryjne
Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych
 AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA
W BIELSKU-BIAA
EJ
KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN
Tab.1. Transmitancje regulatorów ciągłych [1]
Przebieg ćwiczenia
Zmontować układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys 6.3.
Układ pomiarowy jest identyczny dla wszystkich regulatorów.
Instrukcje laboratoryjne
Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych
 AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA
W BIELSKU-BIAA
EJ
KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN
Rys. 6.3. Schemat układu pomiarowego do badania charakterystyk statycznych i skokowych regulatorów. R 
zawór odcinający, S  stabilizator ciśnienia, Z  zadajnik cisnienia, Rej.  rejestrator, M1  M10  manometry
Regulator P.
Wykonać pomiary charakterystyk statycznych pu = f (pe ),
gdzie: pe = pw - py ,
pe  ciśnienie uchybu regulacji;
pw  wartość zadana ciśnienia (M7 rys.2);
py  wartość regulowana (M8 rys. 2),
dla podanych przez prowadzącego wartości Xp=const, pp=const, pw=const. Wyniki należy
zestawić w tabeli 6.2.
Tab. 6.2.
Xp [%] pp [kPa] pw [%]
pe [%]
pu [kPa]
Włączyć mierniki rejestratora. Sporządzić charakterystyki skokowe regulatora, wprowadzając
skokowe zakłócenie poprzez szybki obrót pokrętła zadajnika wartości regulowanej ciśnienia.
Wyłączyć zapis rejestratora. Charakterystyki wykonać dla wskazanych przez prowadzącego
wartości Xp=const, pp=const.
Instrukcje laboratoryjne
Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych
 AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA
W BIELSKU-BIAA
EJ
KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN
Regulator PI
Połączyć regulator PI z układem pomiarowym zgodnie z rys. 6.3. Wykonać
charakterystyki skokowe przy wskazanych przez prowadzącego nastawach regulatora. Każdą
charakterystykę skokową mierzyć od stanu ustalonego pw - py = pe = 0. Sposób zmiany
wartości ustalonego sygnału wyjściowego regulatora PI przedstawiono na rys. 3.
Rys. 6.4. Sposób uzyskania ustalonego sygnału wyjściowego regulatora PI w zakresie pomiarowym rejestratora
Regulator PD
Połączyć regulator PD z układem pomiarowym zgodnie z rys. 6.3. Wykonać
charakterystyki skokowe przy wskazanych przez prowadzÄ…cego nastawach regulatora Xp, pp,
Ti.
Regulator PID
Połączyć regulator PID z układem pomiarowym zgodnie z rys. 6.3. Wykonać
charakterystyki skokowe przy wskazanych przez prowadzÄ…cego nastawach regulatora Xp, Ti,
Td. Każdą charakterystykę skokową mierzyć od stanu ustalonego pw - py = pe = 0. Sposób
zmiany wartości ustalonego sygnału wyjściowego regulatora PID należy wykonać podobnie
jak w przypadku PI (rys.6.4). Nastawy regulatora powinny być tak dobrane, aby spełniły
warunek Ti>4Td ze względu na zjawisko interakcji [1], [3].
Uwagi o sprawozdaniu
" Wykreślić charakterystyki statyczne regulatora P na jednym wykresie.
" Określić rzeczywisty zakres proporcjonalności regulatora oraz punkt pracy i porównać
z nastawionymi.
Instrukcje laboratoryjne
Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych
 AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA
W BIELSKU-BIAA
EJ
KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN
" Na podstawie charakterystyk skokowych regulatorów P, PI, PID wyznaczyć
rzeczywiste parametry Xp, Ti, Td i porównać je z nastawionymi.
" Wnioski i spostrzeżenia.
Literatura
[1]. Maczyński K., Kłosiński J., Pikoń S., Suwaj S.: Podstawy automatyki w przykładach i
ćwiczeniach laboratoryjnych. Skrypty dla szkół wyższych. Politechnika A
ódzka, A
ódz

1989.
[2]. Awrajcewicz J., Wodzicki W.: Podstawy automatyki. Teoria i przykłady. A
ódz
, 2001.
[3]. Bogumił T.: Elementy urządzeń automatyki. PWSZ 1972.
Instrukcje laboratoryjne
Charakterystyki statyczne i skokowe regulatorów pneumatycznych