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 K_i oraz K_p wpisujemy w pole gain. Wprowadzenie wartości 0 oznacza wyłączenie danego członu regulatora.

- Silnik DC: blok zawierajÄ…cy 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.

Przebieg ćwiczenia:

1. 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 (n_p) oraz obciążenia (M_p) podanych przez prowadzącego zajęcia.

- Jak na pracę silnika wpływa zmiana wartości obciążania (przy n_zad=7000 obr/min, K_p=1 i K_i=0).

- Jaką prędkość rozwija silnik pod nominalnym obciążeniem i jaki w ten czas płynie przez niego prąd (przy n_zad=7000 obr/min K_p=1 i K_i=0). Odczyt porównać ze specyfikacją silnika.

- Dla ukÅ‚adu otwartego z regulatorem P należy sporzÄ…dzić charakterystykÄ™ mechanicznÄ… (zależność ustalonej prÄ™dkoÅ›ci obrotowej od obciążenia) na podstawie czterech różnych punktów odpowiadajÄ…cych nastÄ™pujÄ…cym wartoÅ›ciom obciążenia: M₁=0, M₂=20, M₃=40, M₄=60 mNm dla n = n_p.

2. 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 (n_p) oraz obciążenia (M_p). 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.

Politechnika Poznańska

Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Podstawy Automatyki - laboratorium

Ćw. 6: Badanie regulatora PID w układzie sterowania prędkością obrotową silnika prądu stałego

---