POLITECHNIKA POZNACSKA
INSTYTUT AUTOMATYKI I INŻYNIERII INFORMATYCZNEJ
Zakład Automatyki i Robotyki
Laboratorium podstaw automatyki
Ćwiczenie nr 9
Temat: Regulacja trójpołożeniowa
Rok akad. 2007/2008
Wykonanie ćwiczenia Oddanie sprawozdania
Wydział Elektryczny
Michał Kaczmarek
Studia dzienne
17.12.2007r. 07.01.2008r.
Michał Fularz
Automatyka i robotyka
Grupa A1 Ocena:
UWAGI:
1. CEL ĆWICZENIA
Ćwiczenie ma na celu zapoznanie się z zagadnieniem regulacji trój stawnej na przykładzie układu
regulacji temperatury i serwomechanizmu przekaznikowego. Przedstawia ono problem dynamicznej korekcji
działania regulatora będącego trójpołożeniowym przekaznikiem histerezą i strefą martwą.
2. PRZEBIEG ĆWICZENIA
2.1. Regulacja trójpołożeniowa bez korekcji
Dla zadanych parametrów obiektu regulacji określić wpływ szerokości strefy histerezy, strefy
nieczułości i wartości temperatury zadanej na oscyloskopie wielkości regulowanej.
" Wpływ strefy histerezy H
Badanie przeprowadziliśmy zmieniając strefę histerezy dla temperatury 150C.
Odpowiedzi skokowe Uchyb regulacji
1
Odpowiedz skokowa I Odpowiedz skokowa II
Odpowiedz skokowa III Sygnał sterujący obiektem
Zmiana szerokości strefy histerezy H przekaznika trójpołożeniowego ma duży wpływ na odpowiedz skokową.
Wraz ze wzrostem strefy rośnie amplituda oscylacji oraz maleje częstotliwość. Wraz ze wzrostem amplitudy oscylacji
rośnie wartość uchybu. Wartości dla poszczególnych szerokości stref histerezy H:
- H=10C: A=70C, f=0.0033 Hz, yśr=150C,
- H=40C: A=80C, f=0.0028 Hz, yśr=150C,
- H=80C: A=100C, f=0.0023 Hz, yśr=150C
Oscylacje mają większą częstotliwość, a wartość międzyszczytowa odpowiedzi maleje.
Wykresy poszczególnych odpowiedzi skokowych przedstawiają również momenty przełączania się przekaznika.
Widoczny jest efekt zwiększenia strefy histerezy- dłuższy czas przełączania, więcej schodków . Czas sygnału
sterującego obiektem wraz ze wzrostem H ulega zwiększeniu. Czym większa histereza tym proces załączenia trwa
dłużej.
W stanie ustalonym sygnał uchybu ma charakter oscylacyjny. Widoczne jest na wykresie, że uchyb oscyluje
wokół zera. Regulator nie jest w stanie utrzymać stałej wartości na swoim wyjściu. Sygnał jest albo zwiększany albo
zmniejszany- oscylacje zawsze występują.
2
" Wpływ strefy nieczułości B
Badanie przeprowadzone dla temperatury 150C.
Odpowiedzi skokowe Uchyb regulacji
Odpowiedz skokowa I Odpowiedz skokowa II
Odpowiedz skokowa III Sygnał sterujący obiektem
Zmiana szerokości strefy nieczułości B ma wpływ podobnie jak poprzednio na częstotliwość oraz amplitudę.
Gdy zwiększamy szerokość strefy nieczułości B, to maleje częstotliwość przełączeń i amplituda oscylacji.
Dla mniejszych wartości B częstotliwość sygnału uchybu jest duża, natomiast wartość uchybu maleje. Uchyb również
oscyluje w pobliżu zera. Wartości dla poszczególnych szerokości strefy nieczułości:
- B=10C: A=60C, f=0.004 Hz, yśr=150C,
- B=20C: A=70C, f=0.0033 Hz, yśr=150C,
- B=50C: A=7.50C, f=0.0031 Hz, yśr=150C.
3
" Wpływ temperatury zadanej 70C
Odpowiedzi skokowe Uchyb regulacji
Sygnał sterujący siłownikiem i zaworem Sygnał sterujący obiektem
Analizując wpływ temperatury zadanej dla 70C łatwo można dostrzec na wykresie odpowiedzi skokowej
oscylacyjny charakter przebiegu odpowiedzi. Oscylacje rosną powyżej wartości zadanej aż do temperatury 180C,
natomiast poniżej zaledwie do 30C. Wynika z tego, że oscylacje nie są symetryczne względem wartości zadanej.
Wartości dla zmiennej temperatury zadanej:
- f=0.0025 Hz, A=10.50C, yśr=100C
Sygnał sterujący siłownikiem i zaworem również nie jest symetryczny. Czas załączanie jest minimalnie dłuższy od
czasu wyłączania.
" Wpływ temperatury zadanej 150C
Odpowiedzi skokowe Uchyb regulacji
4
Sygnał sterujący siłownikiem i zaworem Sygnał sterujący obiektem
Badając wpływ temperatury zadanej przy 150C pozwala zauważyć, iż oscylacje przebiegają w zakresie plus-minus
80C. Wartości dla zmiennej wartości zadanej:
- f=0.0025 Hz, A=150C.
Oscylacje uchybu podobnie jak poprzednio oscylują w granicach zera. Sygnał sterujący siłownikiem
i zaworem jest symetryczny, tzn. czas załączenia i wyłączenia jest taki sam.
" Wpływ temperatury zadanej 270C
Odpowiedzi skokowe Uchyb regulacji
Sygnał sterujący siłownikiem i zaworem Sygnał sterujący obiektem
Ostatnią badaną temperaturą jest 270C. Wykres odpowiedzi skokowej ukazuje nam, iż temperatura wyjściowa jest
wyższa i osiąga wartość 300C. Jest to dokładnie widoczne na charakterystyce uchybu. Zarówno odpowiedz skokowa
jak i uchyb nie wpadają w oscylacje, ich wartość jest cały czas stała. Sterowanie siłownikiem i zaworem odbywa się
tylko jednokrotnie. Następuje załączenie przekaznika i działa on cały czas. Nie występuje sygnał wyłączający.
5
2.2. Układ z korekcją (PD)
Zbadać wpływ na jakość regulacji i charakter przebiegów przejściowych.:
- wzmocnienia k1,
- stałej czasowej T1,
- szerokości strefy histerezy H,
- szerokości strefy nieczułości B,
wybierając dla każdego ze zmienianych parametrów trzy wartości.
" Zmienne wzmocnienie k1 w torze sprzężenia zwrotnego
Odpowiedz skokowa Uchyb regulacji
Sygnał sterujący przekaznikiem Sygnał ze sprzężenia korekcyjnego
Odpowiedz skokowa I Odpowiedz skokowa II
6
Odpowiedz skokowa III Sygnał sterujący obiektem
Analizując wpływ zmiany wzmocnienia w torze sprzężenia zwrotnego można dostrzec, iż mniejsza wartość jest
dużo lepsza. Dla 10C wartość wyjściowa najszybciej zbliża się do wartości zadanej. Już po 1000s następuje ustalenie
się stałej temperatury delikatnie poniżej zadanej. Wzrost wzmocnienia powoduje wydłużenie się czasu ustalania
odpowiedzi. Dla 150C ustalenie temperatury trwa bardzo, bardzo długo. Wykres sygnału sterującego przekaznikiem
przedstawia moment przeczenia przekaznika dla 10C, natomiast dla 150Cwystępuje jednokrotne załączenie.
Sygnał ze sprężenia korekcyjnego podobnie jak w odpowiedzi skokowej m największą wartość dla dużego
wzmocnienia. Poszczególne odpowiedzi skokowe zawierają także charakterystyki łączeniowe przekaznika.
Dobrze widoczna jest zmiana ilości przełączeń wraz ze wzrostem wzmocnienia. Czym gorsze przeniesienie sygnału
wymuszającego tym następuje większa ilość łączeń.
" Zmienna stała czasowa T1 w torze sprzężenia
Odpowiedz skokowa Uchyb regulacji
Sygnał sterujący przekaznikiem Sygnał ze sprzężenia korekcyjnego
7
Odpowiedz skokowa I Odpowiedz skokowa II
Odpowiedz skokowa III Sygnał sterujący obiektem
Zmiana stałej czasowej T1 w torze sprzężenia ma decydujący wpływ na szybkość regulacji oraz wartość i czas
oscylacji sygnału wyjściowego. Mała stała czasowa wprowadza szybkie narastanie aż do przeregulowania wartości
zadanej. Duża stała powoduj początkowo niedoregulowanie wyjścia poprzez oscylacje i ustalenie się poziomu
przejściowego. Najlepszy efekt uzyskujemy przy stałej czasowej 150s, wtedy to występuje stopniowe narastanie
do wartości ustalonej, która jest troszkę poniżej wartości zadanej- nie występują oscylacje. Uchyb ma największa
wartość przy największej stałej czasowej.
Przekaznik jest najczęściej załączany przy małej stałej czasowej, jego zwłoka jest najmniejsza.
Analogicznie najmniejsza liczba przełączeń występuje przy dużej stałej czasowej. Najlepiej czasy przeczeń widać
na poszczególnych charakterystykach odpowiedzi skokowych.
" Zmienna szerokość strefy histerezy H
Odpowiedz skokowa Uchyb regulacji
8
Sygnał sterujący przekaznikiem Sygnał ze sprzężenia korekcyjnego
Odpowiedz skokowa I Odpowiedz skokowa II
Odpowiedz skokowa III Sygnał sterujący obiektem
Zmienna strefa histerezy wpływa na wartość wyjściową. Ustawiając w przekazniku mała stałą czasową 0.10C
szybko osiągamy wartość bliską zadanej. Delikatny wzrost powoduje spadek wartości wyjściowej.
Najbliżej z wartością wyjściową jesteśmy przy dużej strefie histerezy. Jednakże występuje pewien przeskok
poziomów , początkowy uchyb jest największy.
Sygnał ze sprzężenia korekcyjnego przy największej strefie histerezy wpada w większe oscylacje aniżeli
przy małej histerezie H.
Zwiększenie histerezy znacznie wpływa na ilość przełączeń przekaznika. Duża histereza pozwala na małą
liczbę przełączeń.
9
" Zmienna strefa nieczułości B
Odpowiedz skokowa Uchyb regulacji
Sygnał sterujący przekaznikiem Sygnał ze sprzężenia korekcyjnego
Odpowiedz skokowa I Odpowiedz skokowa II
10
Odpowiedz skokowa III Sygnał sterujący obiektem
Strefa nieczułości ma bardzo podobny wpływ jak histereza. Dla małej wartości osiągamy wartość wyjściową
najbliższą wejściowej. Zwiększenie powoduje łagodniejsze ustabilizowanie się temperatury. Ustawiając dużą wartość
strefy martwej osiągamy przeregulowanie powyżej temperatury zadanej
Najmniejszy uchyb występuje przy strefie nieczułości B=10C. Zwiększa się wraz ze wzrostem owej strefy.
Odwrotny efekt niż poprzednio uzyskuje się przy ilości przełączeń przekaznika. Czym mniejsza wartość tym
przełączeń jest mniej.
11
2.3. Wpływ wartości parametrów na odpowiedz skokową serwomechanizmu
przekaznikowego bez sprzężenia tachometrycznego
Określić wpływ wartości parametrów układu na odpowiedz skokową:
- szerokości strefy histerezy H,
wybierając dla każdego ze zmienianych parametrów trzy wartości.
" Zmienna szerokość strefy histerezy H
Odpowiedz skokowa Uchyb regulacji
Odpowiedz skokowa I Odpowiedz skokowa II
Zmiana szerokości strefy histerezy H ma znaczny
Odpowiedz skokowa III
wpływ na oscylacje odpowiedzi. Czym większa histereza
tym oscylacje są większe. Najkorzystniejszym jest
ustawienie małej wartości histerezy H, gdyż obiekt ulega
najszybszemu wyregulowaniu- oscylacje są najmocniej
tłumione.
Podobnie jest z uchybem, który osiąga wartości
najbliższe zeru przy małej histerezie.
Analizując poszczególne odpowiedzi skokowe łatwo
można zauważyć wpływ histerezy na moment przełączeń
przekaznika. Początkowo przekaznik załącza się na
dłuższy czas, lecz po około 50s, następuje wzrost
krótkich impulsowych załączeń, występujących co około
10s. Najkorzystniejsza dla przekaznika jest średnia
wartość histerezy, gdyż przełączenia są w miarę
jednolite.
12
2.4. Wpływ wartości parametrów na odpowiedz skokową serwomechanizmu
przekaznikowego ze sprzężeniem tachometrycznym
Określić wpływ wartości parametrów układu na odpowiedz skokową:
- szerokości strefy histerezy H,
- szerokości strefy nieczułości B,
- wzmocnienia prądnicy tachometrycznej kt,
wybierając dla każdego ze zmienianych parametrów trzy wartości.
" Zmienna szerokość strefy histerezy H
Odpowiedz skokowa Uchyb regulacji
Sygnał sterujący przekaznikiem Odpowiedz skokowa I
Odpowiedz skokowa II Odpowiedz skokowa III
13
Wprowadzenie dodatkowego sprzężenia tachometrycznego, czyli członu proporcjonalnego do prędkości ma
znaczący wpływ na odpowiedz skokową. Sprzężenie likwiduje oscylacje występujące w układzie bez korekcji.
Odwrotnie jak poprzednio działa zmiana strefy histerezy. Tym razem korzystniejsza jest większa histereza.
Wartość wyjściowa od razu jest zbliżona do wejściowej. Uchyb jest największy dla małej wartości histerezy.
Wraz ze wzrostem histerezy maleje również częstotliwość przełączeń przekaznika, które to zjawisko jest bardzo
korzystne.
" Zmienna szerokość strefy nieczułości B
Odpowiedz skokowa Uchyb regulacji
Sygnał sterujący przekaznikiem Odpowiedz skokowa I
Odpowiedz skokowa II Odpowiedz skokowa III
Wpływ szerokości strefy martwej jest odwrotny aniżeli histerezy. Mała strefa martwa wprowadza znaczne
oscylacje wokół wartości zadanej. Duża znaczny wzrost, oraz wydłuża czas ustalania się odpowiedzi.
Najkorzystniejsza jest wartość pośrednia, dzięki, której przy małym początkowym przeregulowaniu osiągamy szybko
wartość pożądaną. Uchyb analogiczne do odpowiedzi skokowej jest największy dla dużej strefy nieczułości.
14
Podobnie sprawa się ma z częstotliwością przełączeń przekaznika. Dla małej wartości przekaznik przełącza się
dosyć często w dużych odstępach czasu. Duża wartość wprowadza częste przełączenia w początkowej fazie
odpowiedzi.
Korzystnie jest tak dobrać strefę nieczułości, aby osiągnąć wartość najbliższą oczekiwanej przy małej
częstotliwości łączeń przekaznika.
" Zmienne wzmocnienie prądnicy tachometrycznej kt
Odpowiedz skokowa Uchyb regulacji
Sygnał sterujący przekaznikiem Odpowiedz skokowa I
Odpowiedz skokowa II Odpowiedz skokowa III
Obserwując wykres odpowiedzi skokowej łatwo można dostrzec, iż najkorzystniejsze jest duże wzmocnienie
prądnicy tachometrycznej. Odpowiedz jest wtedy osiągnięta najszybciej z pominięciem oscylacji. Małe wzmocnienie
wprowadza do układu duże oscylacje i wydłuża czas ustalania się odpowiedzi. Pośrednia wartość posiada początkową
oscylację i ustalenie się odpowiedzi, lecz powyżej wartości oczekiwanej. Uchyb jest odwrotnie proporcjonalny do
wartości wzmocnienia. Czym mniejsze wzmocnienie tym większy uchyb.
15
Zmiana wzmocnienia wpływa również na częstość przełączeń przekaznika. Podobnie jak wartość uchybu
przełączenia są odwrotnie proporcjonalne do wartości wzmocnienia.
Korzystne jest ustawienie dużego wzmocnienia, gdyż wtedy najszybciej, przy małej liczbie przełączeń oraz
pomijając oscylacje dochodzimy do wartości zadanej, której oczekujemy na wyjściu układu.
3. WNIOSKI
Wnioski sprowadzę jedynie do krótkiego podsumowania, gdyż wszystkie wykresy były opisywane
na bieżąco.
Układ regulacji temperatury co było do przewidzenia działa lepiej z korekcją. Temperatura, którą
osiąga jest szybsza oraz stabilniejsza. Wyeliminowane są oscylacje sygnału wyjściowego.
Zmiana parametrów przekaznika, tj. szerokości histerezy H, szerokości strefy martwej B ma znaczny wpływ
na wyjście układu. Raz jest to zmniejszenie czasu ustalania się odpowiedzi innym razem zmniejszenie
oscylacji.
Regulacja prędkości w układzie ze sprzężeniem tachometrycznym jest dużo korzystniejsza, aniżeli
bez korekcji. Prędkość ustala się na jednym zadanym poziomie już po około 40s. Układ bez korekcji
wprowadza oscylacje wokół wartości oczekiwanej. Podobnie jak w układzie regulacji temperatury zmiana
parametrów przekaznika jak i wzmocnienia prądnicy tachometrycznej ma duży wpływ na prędkość
wyjściową. Korzystne jest zwiększenie wzmocnienia kt, histerezy H, oraz ustawienie strefy nieczułości
na wartość pośrednią, zależną od poprzednich czynników.
16
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
09 Regulacja w systemie elektroenergetycznymRegulamin Oferty Promocyjnej, Zmien na Play na Karte Rok Waznosci Konta 09 03 201509 Układy regulacjiregulamin studiow wyzszych 0909 Analizowanie struktury układu regulacjiLab Regulamin 0909 Uklady regulacjipref 09amd102 io pl092002 09 Creating Virtual Worlds with Pov Ray and the Right Front EndAnaliza?N Ocena dzialan na rzecz?zpieczenstwa energetycznego dostawy gazu listopad 092003 09 Genialne schematy09 islamwięcej podobnych podstron