Cel ćwiczenia

Przeprowadzenie doświadczenia z zakresu identyfikacji obiektu sterowania, a także pogłębienie wiedzy na temat syntezy i własności układów regulacji.

Stanowisko laboratoryjne

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

-Terminal PCLD 8115 z kablem połączeniowym,

-Regulator cyfrowy SIPART DR22 lub wirtualny PID programu ADAQVIEW,

-Model laboratoryjny oświetlenia.

Rys. 1. Górna płyta modelu laboratoryjnego oświetlenia

Opis wyprowadzeń:

A: Niewykorzystywane wyprowadzenie źródła zasilania15V.

B: Miejsce podłączenia generatora zewnętrznego do automatycznej generacji zakłóceń.

C: Rezystor zwieranie którego stanowi źródło zakłóceń.

D, E: Wyjście wzmacniacza, potencjał w punkcie E wynosi 0V.

F: Punkt o potencjale -15V.

G: Połączenie przewodu zerowego sieci do lampy.

H: Okienko kontroli wizualnej oświetlenia.

I: Wyjście czujnika pomiarowego.

Przebieg ćwiczenia

1. Należy zarejestrować charakterystykę skokową badanego układu oświetlenia (tj. kaskadowego połączenia wzmacniacza mocy ze źródłem światła i czujnikiem pomiarowym). Następnie przeprowadzamy identyfikację modelu jego dynamiki. Przyjmujemy przy tym założenie, że własności dynamiczne: wejście - wyjście tego zestawu, odpowiadają inercji z opóźnieniem (patrz ćw. 2).

2. Po przeniesieniu danych z zarejestrowanej charakterystyki do przestrzeni roboczej MATLABA weryfikujemy i (ewentualnie) poprawiamy wyniki identyfikacji graficznej.

Proces ten może być przeprowadzany przy pomocy programu, dopasowującego zarejestrowaną charakterystykę do charakterystyki teoretycznej wirtualnego obiektu o hipotetycznych parametrach (k - wzmocnienie, T1 - stała czasowa inercji, τ - opóźnienie). Wskaźnikiem odległości obu charakterystyk jest suma kwadratów ich różnic w analogicznych momentach czasowych. Przykład programu obliczeń minimalizujących ten wskaźnik i metodę najmniejszych kwadratów przedstawiono w dalszej części instrukcji.

3. Na podstawie wyników identyfikacji wyznaczamy nastawy regulatorów PI oraz PID. Należy skorzystać przy tym z załączonej w Dodatku B, tabeli nastaw regulatorów dla obiektów dynamicznych pierwszego rzędu z opóźnieniem.

4. W wyniku porównania zarejestrowanych (przy obu strukturach regulatora) przebiegów odpracowania zakłóceń, związanych ze zmianą warunków zasilania źródła światła wybieramy jedną strukturę regulatora. Następnie, orientując się także na subiektywną ocenę jakości odpracowywania zakłócenia, przeprowadzamy eksperymentalnie korektę nastaw wybranego regulatora.

5. Badamy własności (czas regulacji, przeregulowanie) uzyskanego układu regulacji poziomu oświetlenia. Oceniamy (przez pryzmat wybranego wskaźnika jakości) jego wrażliwość na zmianę nastaw regulatora.

Pierwszym etapem było zbadanie charakterystyki skokowej badanego układu oświetlenia. Następnie na podstawie wyznaczonych parametrów układu zostały obliczone nastawy regulatorów o strukturze PI oraz PID. Następnie zbadany został wpływ zmiany poszczególnych nastaw regulatora PID na jego odpowiedź na sygnał skokowy.

Rysunek 2. Odpowiedź skokowa badanego obiektu oświetlenia.

Parametry układu otwartego:

k=0,73

T₀=1,9s

T₁=1,7s

Tabela 1. Nastawy regulatorów PI oraz PID wynikające z parametrów układu dla przeregulowania wynoszącego 0%.

Regulator Nastawa	PI	PID
P	0,7354	1,164
I	25,316	13,1578
D	-	0,011333

Rysunek 3. Układ zamknięty regulatora PI.

Rysunek 4. Układ zamknięty regulatora PID - nastawy regulatora wynikające z tabel.

Rysunek 5. Układ zamknięty regulatora PID - nastawa P=0,5.

Rysunek 6. Układ zamknięty regulatora PID - nastawa P=2.

Rysunek 7. Układ zamknięty regulatora PID - nastawa I=6.

Rysunek 8. Układ zamknięty regulatora PID - nastawa I=17.

Rysunek 9. Układ zamknięty regulatora PID - nastawa D=0,005566.

Rysunek 10. Układ zamknięty regulatora PID - nastawa D=0,022666.

Tabela 2. Wpływ zmiany nastaw regulatora na jego własności (przeregulowanie i czas regulacji).

Parametr Nastawa	[%]	tr [s]
P=1,164, I=13,1578, D=0,011333	0	11,5
P=0,5; I=13,1578; D=0,011333	0	20
P=2; I=13;1578; D=0,011333	0	5
P=1,164; I=6; D=0,011333	1,2	24
P=1,164; I=17; D=0,011333	0	10
P=1,164; I=13,1578; D=0,005566	0	10
P=1,164; I=13,1578; D=0,022666	5,25	10

Zwiększenie nastawy członu proporcjonalnego powoduje, że czas regulacji maleje. Zmiana nastawy P wpływa proporcjonalnie na czas regulacji.

Zmniejszenie nastawy członu całkującego spowodowało, że pojawiło się przeregulowanie, rzędu 1%. Jednocześnie czas regulacji wzrósł ponad dwukrotnie. Zwiększenie nastawy I o blisko 30% spowodowało skrócenie czasu regulacji o około 11%.

Zmiana nastawy członu różniczkującego praktycznie nie wpływa na czas regulacji. Zwiększenie nastawy D powoduje, że pojawia się przeregulowanie regulatora.

Wnioski

W celu skrócenia czasu regulacji badanego układu oświetlenia sterowanego regulatorem PID, należy zwiększyć wartość nastawy P, ponieważ zmieniając tę nastawę można łatwo oszacować jej wpływ na czas regulacji oraz fakt, że nie wpływa na przeregulowanie badanego układu regulacji poziomu oświetlenia. Zmiana pozostałych nastaw również może pomóc w skróceniu czasu regulacji, ale wtedy może pojawić się także przeregulowanie układu regulacji.

---