INSTYTUT AUTOMATYKI i ROBOTYKI
WYDZIAA
MECHATRONIKI
PODSTAWY AUTOMATYKI
- laboratorium
Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury
powietrza przepływającego przez rurociąg
Instrukcja laboratoryjna
Opracowanie : dr inż. Danuta Holejko
dr inż. Jakub Możaryn
mgr inż. Rafał Kurtyka
Warszawa 2011
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza
przepływającego przez rurociąg
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.
1. WPROWADZENIE
Obiektem regulacji nazywamy zachodzÄ…cy w urzÄ…dzeniu 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  y1 , y2 , .... yn .
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 x1,
x2,...xm obiektu regulacji (procesu). Innymi wielkościami wejściowymi są wielkości
wpływające niekorzystnie na przebieg wielkości regulowanych. Są to różnego rodzaju
zakłócenia (umownie oznaczane symbolami z1, z2,... zk ). 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 CV1,
CV2, ... CVm, i wytwarzanych przez regulatory (sterowniki), kształtują natężenie strumieni
materiałów lub energii. Sygnały te są wielkościami wejściowymi obiektu regulacji w sensie
2
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury
powietrza przepływającego przez rurociąg
aparaturowym jako elementu składowego układu regulacji. Wielkościami wyjściowymi tak
rozumianego obiektu regulacji są sygnały wyjściowe przetworników pomiarowych PV1, PV2,
... PVn , 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), z1 , z2 ,& .. zk 
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).
3
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza
przepływającego przez rurociąg
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 z1, z2 opracowany dla zmiennych przyrostowych przedstawia
rys.2.
a) b)
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 Gproc(s)) ale także zespół wykonawczy ZW
(transmitancja GZW(s)) sterowany sygnałem CV oraz przetwornik pomiarowy PP
(transmitancja GPP(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
4
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury
powietrza przepływającego przez rurociąg
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 węz
le
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
odpowiedz
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 siÄ™ na :
·ð statyczne ,
·ð astatyczne.
Przykładowe odpowiedzi obiektów statycznych i astatycznych na wymuszenie
skokowe sterowania CV wykonane we współrzędnych przyrostowych przedstawia rys.3.
a) b)
5
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza
przepływającego przez rurociąg
Rys. 3. Przykładowe ogólne odpowiedzi na wymuszenie skokowe a) obiektu
statycznego, b) astatycznego.
Dla obiektów statycznych, których odpowiedz
skokowa ma przebieg jak na rys.3a
przyjmuje się najczęściej następujące modele matematyczne przedstawione w postaci
transmitancji operatorowej:
DðPV(s) kob
(2)
Gob(s) =ð =ð e-ðT0s
DðCV(s) Tzs +ð 1
lub
DðPV(s) kob
(3)
Gob(s) =ð =ð e-ðtðs
DðCV(s)
(Ts +ð 1)n
gdzie:
kob  wzmocnienie obiektu (w sensie aparaturowym wielkość niemianowana),
Tz  zastępcza stała czasowa [min],
T0  zastępczy czas opóz
nienia [min].
Parametry modelu obiektu regulacji określonego wzorem (2) można określić z
odpowiedzi na wymuszenie skokowe stosujÄ…c metodÄ™ : 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 stosujÄ…c metodÄ™ siecznej (rys.4) przechodzÄ…cej przez punkty
P1, P2, wartości stałych czasowych T0, Tz określa się z zależności
t1 -ð t2 ln2)
T0 =ð
(4)
1 -ð ln2
Tz =ð t2 -ð T0
Parametry modelu określonego wzorem (3) zwanego modelem Strejca określa się z
wykresu i z tablic podanych w literaturze.
6
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury
powietrza przepływającego przez rurociąg
Dla obiektów astatycznych, których odpowiedz
skokowa ma przebieg jak na rys.3b
przyjmuje się najczęściej model matematyczny przedstawiony w postaci transmitancji
operatorowej
DðPV(s) 1
(5)
Gob(s) =ð =ð e-ðT0 s
DðCV(s) Tzs
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.
7
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza
przepływającego przez rurociąg
2. OPIS INSTALACJI OBIEKTOWEJ
Obiektem regulacji jest proces zmiany temperatury powietrza przepływającego przez
rurociÄ…g. 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 YG oraz obrotami silnika wentylatora Yw są
sygnałami standardowymi 4 - 20 mA i generowane są przez zastosowany w układzie regulacji
sterownik PLC.
Wielkościami zakłócającymi są :
·ð skokowa zmiana przekroju wlotowego powietrza (przez przestawienie pozycji przesÅ‚ony P
z zamknięte /otwarte co oznacza zmianę przekroju z 389 na 1661 mm2 ),
·ð skokowa zmiana mocy grzejnej grzaÅ‚ki G przez doÅ‚Ä…czenie lub odÅ‚Ä…czenie dodatkowej
rezystancji ( pozycja przełącznika  0 lub  1 );powoduje to zmianę oporności grzałki z
100 Wð na 75 Wð .
·ð skokowa zmiana prÄ™dkoÅ›ci obrotowej silnika wentylatora realizowana przez skokowÄ…
zmianę sygnału YW podawanego do układu sterowania silnikiem S wentylatora dla
przypadku sterowania obiektu mocÄ… grzejnÄ… YG,
lub
·ð skokowa zmiana mocy grzejnej przez skokowÄ… zmianÄ™ sygnaÅ‚u YG podawanego do grzaÅ‚ki
dla przypadku sterowania prędkością obrotową silnika wentylatora Yw.
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 0C.
Pomiar natężenia przepÅ‚ywu odbywa siÄ™ przez pomiar spadku ciÅ›nienia Dðp na zwężce
pomiarowej. Zakres przetwornika różnicy ciÅ›nieÅ„ Dðp / I z wyjÅ›ciem 4 - 20 mA wynosi 0 - 50
mm H2O.
8
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury
powietrza przepływającego przez rurociąg
44444
4-2
P1 T/I Dðp/I
YG
PV
Yw
4-20 4-20
4-20
4-20
[mA] [mA]
[mA]
[mA]
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
P
zwężkowego, Dðp/I- przetwornik różnicy ciÅ›nieÅ„ ,  0-1 pozycje przeÅ‚Ä…cznika P1 do zmiany
V
oporności grzałki , Yw - sygnał sterujący obrotami silnika , YG - sygnał sterujący mocą
grzałki.
9
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza
przepływającego przez rurociąg
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 YG sterującym mocą grzałki oraz między wielkością regulowaną a
wielkościami zakłócającymi. Związki te reprezentować będą transmitancje :operatorowa
obiektu oraz transmitancje zakłóceniowe obiektu.
Gob(s) Gz1(s) , Gz2(s) , Gz3(s)
Schemat połączeń części obiektowej stanowiska z panelem sterowania przedstawia
rys.6.
Rys.6. Schemat połączeń elementów układu regulacji temperatury powietrza przepływającego
przez rurociÄ…g
10
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury
powietrza przepływającego przez rurociąg
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 zostanÄ… 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.
11
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza
przepływającego przez rurociąg
Rys.8. Ekran monitora komputera stacjonarnego
Rys.9. Ekran pomocniczy  identyfikacja obiektu.
12
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury
powietrza przepływającego przez rurociąg
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 YG [%] przy zadanych obrotach wentylatora YW=40%, YW=50% oraz YW=60%.
W tym celu:
·ð wybrać na wizualizacji komputerowej opcjÄ™ Charakterystyka statycznÄ…,
·ð ustawić na panelu obroty wentylatora YW = 40%,
·ð zadawać moc grzaÅ‚ki YG,
·ð wartoÅ›ci temperatury odczytywać po ustaleniu przebiegu.
·ð pomiary powtórzyć dla obrotów wentylatora YW = 50% i YW = 60%,
·ð wyniki pomiarów umieÅ›cić w tablicy 1.
Tablica 1. Wyniki pomiarów charakterystyki statycznej obiektu regulacji
1 3 4 5 6 7
YG[%]
10 30 40 50 60 70
YW = 40% PV [%]
YW = 50% PV [%]
YW = 60% PV [%]
3.3. Wyznaczenie transmitancji operatorowej Gob(s) na podstawie
odpowiedzi skokowej dla przypadku sterowania mocÄ… grzejnÄ…
Właściwości dynamiczne obiektu określa transmitancja operatorowa, którą można
wyznaczyć na podstawie odpowiedzi skokowej. W tym celu należy:
·ð wybrać na wizualizacji komputerowej opcjÄ™ Identyfikacja obiektu ,
·ð ustawić przedziaÅ‚ czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 180
sekund,
·ð ustawić na panelu obroty wentylatora YW = 50%,
·ð ustawić na panelu moc grzaÅ‚ki YG = 50%,
·ð odczekać na ustalenie temperatury,
·ð zmienić moc grzaÅ‚ki na wartość YG = 70%,
·ð 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 stosujÄ…c metodÄ™ stycznej (rys.9) i siecznej rys.4).
13
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza
przepływającego przez rurociąg
Zgodnie z p.1. dla badanego obiektu można przyjąć model matematyczny opisany
transmitancjÄ… (6) :
DðPV(s) kob
(6)
Gob(s) =ð =ð e-ðT0s
DðYG(s) Tzs+ð1
StosujÄ…c konstrukcjÄ™ graficznÄ… opartÄ… o metodÄ™ stycznej przedstawionÄ… na rys. 10 z
zarejestrowanego przebiegu należy odczytać wartości parametrów zastępczej transmitancji
operatorowej obiektu :T0 ,Tz, kob.
Rys.10. Przykład konstrukcji graficznej do określania parametrów transmitancji operatorowej
obiektu regulacji metodÄ… stycznej
Parametry transmitancji operatorowej obiektu określić także stosując metodę siecznej
przedstawionÄ… w p.1 rys.4
Przedstawione transmitancje zostanÄ… zastosowane do doboru nastaw regulatora w
układzie regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg.
3.4. Wyznaczanie transmitancji operatorowej obiektu Gob(s) na podstawie
odpowiedzi skokowej dla przypadku sterowania prędkością obrotową
silnika wentylatora
Transmitancja zakłóceniowa Gob pozwoli określić wpływ zmian obrotów wentylatora
na wartość temperatury powietrza w rurociągu. W celu wyznaczenia tej transmitancji należy:
·ð wybrać na wizualizacji komputerowej opcjÄ™ Skokowa zmiana obrotów wentylatora,
·ð ustawić przedziaÅ‚ czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 300sek,
·ð ustawić na panelu obroty wentylatora YW = 50%,
·ð ustawić na panelu moc grzaÅ‚ki YG = 50%,
·ð odczekać na ustalenie temperatury,
·ð zmienić obroty wentylatora na wartość YW = 70%,
14
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury
powietrza przepływającego przez rurociąg
·ð odczekać na ustalenie temperatury,
·ð zapisać przebieg na komputerze a nastÄ™pnie go wydrukować..
Wyznaczyć parametry transmitancji j obiektu regulacji o postaci
DðPV(s) kob
Gob(s) =ð =ð e-ðT0s (7)
DðYw(s) Tzs+ð1
3.5. Wyznaczanie transmitancji operatorowej zakłóceniowej Gz2(s) (zmiana
oporności grzałki) na podstawie odpowiedzi skokowej
Transmitancja zakłóceniowa Gz2 pozwoli określić wpływ zmiany mocy grzałki na
wartość temperatury powietrza w rurociągu. W tym celu należy:
·ð wybrać na wizualizacji komputerowej opcjÄ™ Skokowa zmiana rezystancji grzaÅ‚ki,
·ð ustawić przedziaÅ‚ czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 300sek,
·ð ustawić na panelu obroty wentylatora YW = 50%,
·ð ustawić na panelu moc grzaÅ‚ki YG = 50%,
·ð odczekać na ustalenie temperatury,
·ð przestawić przeÅ‚Ä…cznik P1 (rys.6) w pozycjÄ™ 1,
·ð odczekać na ustalenie temperatury,
·ð zapisać przebieg na komputerze , a nastÄ™pnie go wydrukować.
·ð przestawić przeÅ‚Ä…cznik P1 (rys.6) w pozycjÄ™ 0
Wyznaczyć parametry transmitancji zakłóceniowej obiektu regulacji o postaci
DðPV(s) k2
Gz2(s) =ð =ð e-ðtð2s (7)
DðR(s) T2s+ð1
gdzie: DðR  zmiana opornoÅ›ci grzaÅ‚ki.
3.6. Wyznaczanie transmitancji operatorowej zakłóceniowej Gz3(s) (zmiana
otwarcia przesłony) na podstawie odpowiedzi skokowej
Transmitancja zakłóceniowa Gz3 pozwoli określić wpływ zmiany przekroju wlotu
powietrza na wartość temperatury powietrza. W tym celu należy:
·ð wybrać na wizualizacji komputerowej opcjÄ™ Skokowa zmiana przekroju wlotu
powietrza,
·ð ustawić przedziaÅ‚ czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 300sek,
·ð ustawić na panelu obroty wentylatora YW = 50%,
·ð ustawić na panelu moc grzaÅ‚ki YG = 50%
15
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza
przepływającego przez rurociąg
·ð odczekać na ustalenie temperatury,
·ð zamknąć przesÅ‚onÄ™ P (rys.6)
·ð odczekać na ustalenie temperatury,
·ð zapisać przebieg na komputerze, a nastÄ™pnie go wydrukować
·ð otworzyć przesÅ‚onÄ™ P .
Wyznaczyć parametry transmitancji zakłóceniowej obiektu regulacji o postaci
DðPV(s) k3
Gz3(s) =ð =ð e-ðtð3s (8)
Dðf (s) T3s+ð1
gdzie: Dðf  zmiana przekroju przepÅ‚ywowego przesÅ‚ony.
16
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury
powietrza przepływającego przez rurociąg
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 przeprowadz
jego analizÄ™
dla dwu omówionych przypadków sterowania.
4) Narysuj charakterystykÄ™ statycznÄ… obiektu i przeprowadz
analizę właściwości
statycznych obiektu,
5) Określ na podstawie charakterystyki statycznej obiektu możliwe punkty pracy układu
regulacji
6) Porównaj wartość wzmocnienia obiektu kob 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.
17
PODSTAWY AUTOMATYKI
 Ćwiczenie PA7b
 Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza
przepływającego przez rurociąg
5. LITERATURA
1.Kościelny W.J.: Materiały pomocnicze do nauczania podstaw automatyki dla
studiów wieczorowych, WPW, 1997, 2001.
2. Węgrzyn S.: Podstawy automatyki. PWN 1980
3. Żelazny M.: Podstawy automatyki . PWN, 1976
18
PODSTAWY AUTOMATYKI