Cel ćwiczenia

Przeprowadzenie eksperymentu umożliwiającego dobór nastaw ciągłego regulatora temperatury radiatora, na podstawie parametrów cyklu granicznego w układzie z przekaźnikiem dwupołożeniowym.

Zbadanie własności wynikowego układu regulacji.

Stanowisko laboratoryjne

Komputer PC z zainstalowaną kartą akwizycji danychPCI-1711oraz oprogramowaniem ADAQVIEW i MATLAB,

Terminal PCLD 8115 z kablem połączeniowym,

Regulator cyfrowy SIPART DR22 lub wirtualny PID programu ADAQVIEW

Model laboratoryjny układu z radiatorem o sterowanej temperaturze

Przebieg ćwiczenia

1. Posługując się systemem akwizycji danych pomiarowych ADAQVIEW, należy zarejestrować przebiegi czasowe procesu ogrzewania i schładzania radiatora do temperatury otoczenia. Przebiegi te zapamiętujemy w plikach i (po przeniesieniu wyników rejestracji do środowiska MATLAB) przedstawiamy na wspólnym wykresie.

2. Przeprowadzamy proces sterowania badanego obiektu przy pomocy przekaźnika dwupołożeniowego z szerokością strefy histerezy określoną przez prowadzącego zajęcia, odnotowując amplitudę i okres uzyskanych drgań ustalonych. Ustawiamy przy tym taki poziom temperatury zadanej, by procesy ogrzewania i stygnięcia trwały w przybliżeniu jednakowy czas. Rejestrujemy także przebieg odpracowania zakłócenia powstałego w wyniku skokowej zmiany warunków chłodzenia sterowanego obiektu.

3. Na podstawie parametrów cyklu granicznego wyznaczamy nastawy regulatorów P, PI oraz PID orientując się na zalecenia Zieglera - Nicholsa.

4. Przeprowadzamy badania układów regulacji z zastosowanym regulatorem SIPART DR22 zaprogramowanym na regulację stałowartościową w strukturach P, PI i PID. We wszystkich sytuacjach należy zarejestrować przebieg odpracowania zakłócenia w postaci skokowej zmiany warunków chłodzenia sterowanego obiektu.

5. Należy wybrać, na podstawie wyników dotychczasowych badań, najbardziej racjonalną strukturę regulatora.

6. Należy podjąć eksperymentalne próby korekcji nastaw wybranego regulatora. Orientujemy się przy tym na podany przez prowadzącego ćwiczenia wskaźnik jakości procesu stabilizacji temperatury. Jak oceniłbyś uzyskane efekty?

7. Należy także doświadczalnie zbadać odporność otrzymanego w ten sposób układu regulacji temperatury na zmianę nastaw regulatora w granicach ±10% nastaw

nominalnych.

Rysunek 1. Schemat połączeń badanego układu.

Rysunek 2. Schemat blokowy układu w programie ADAQView.

Rysunek 3. Przebieg ogrzewania i schładzania radiatora do temperatury otoczenia.

U=9V

Amplituda i okres drgań ustalonych sinusoidalnych

A=6,5 V

Tdr=14s

Kkr=28,66

Tabela 1. Parametry regulatorów.

	Kp	Ti	Td
P	14,33	-	-
PI	12,897	11,62	-
PID	17,196	7	1,75

P=Kp

I=60/Ti

D=Td/60

Tabela 2. Nastawy regulatorów PI oraz PID.

	PI	PID
P	12,897	17,196
I	5,16	8,57
D	-	0,029

Rysunek 4. Przebieg czasowy nagrzewania radiatora i jego stygnięcia sterowanego regulatorem PI, nastawy z tabeli.

Rysunek 5. Przebieg czasowy nagrzewania radiatora i jego stygnięcia sterowanego regulatorem PI, nastawa P=8.897, nastawa I=8.15.

Rysunek 6. Przebieg czasowy nagrzewania radiatora i jego stygnięcia sterowanego regulatorem PI, nastawa P=12,897 nastawa I=10.15.

Próba ręcznego poprawienia zachowania się układu poprzez dobór nastaw regulatora PI nie spowodowała znaczących zmian. Jedynie spowodowało to dłuższe ustalanie się sygnału. Nastawy regulatora wyznaczone wg metody Zieglera-Nicholsa w przypadku badanego układu okazały się najlepsze.

Rysunek 7. Rysunek 5. Przebieg czasowy nagrzewania radiatora i jego stygnięcia sterowanego regulatorem PID, nastawy z tabeli.

Rysunek 8. Rysunek 5. Przebieg czasowy nagrzewania radiatora i jego stygnięcia sterowanego regulatorem PID, nastawy:P=17.169, I=10, D=0.029.

Rysunek 9. Rysunek 5. Przebieg czasowy nagrzewania radiatora i jego stygnięcia sterowanego regulatorem PID, nastawy: P oraz I z tabeli, D=0.06.

Wprowadzone zmiany nastaw regulatora PID nie spowodowały widocznej poprawy wskaźników regulacji. Zarówno przeregulowanie jak i czas regulacji były podobne jak w przypadku nastaw regulatora wyznaczonych z wg metody Zeiglera-Nicholsa.

Wnioski:

W przypadku sterowania regulatorem PI zmiana nastaw regulatora nie spowodowała poprawy jakości stabilizacji temperatury. Najlepszy efekt przyniosło ustawienie parametrów regulatora zgonie z zaleceniami Zieglera-Nicholsa. Zmiana nastaw regulatora sprawiła, że wydłuża się czas ustalania się.

PC

AO

AI

---