Laboratorium automatyki i regulacji automatycznej				Rok akad. 2011/2012
Temat ćwiczenia: Regulacja w układzie sprzężonym od zakłócenia
Skład sekcji: 1.Bukała Tomasz 2.Kaniowski Krystian 3.Paluszek Mateusz			Kierunek: Elektrotechnika Semestr: VI Grupa: EE Sekcja: 5
						Prowadzący: Dr inż. Krzysztof Musioł
Data wykonania: 28/02/2012	Data oddania:	Ocena:	Podpis:

1.Cel ćwiczenia

Celem wykonywanego ćwiczenia było zbadanie układu stabilizacji prędkości obrotowej silnika prądu stałego w warunkach zmiennego obciążenia. Stabilizacja była realizowana w układzie regulacji ze sprzężeniem zwrotnym od zakłócenia i polegała na odpowiednim doborze współczynnika k_r, aby prędkość obrotowa silnika w funkcji prądu obciążenia była stała.

2.Przebieg ćwiczenia

Układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 2.1 był realizowany przez program komputerowy. Silnik był sprzężony (S) mechanicznie z prądnicą(P) i przetwornikiem obrotowo-impulsowym(n/f). Program pozwalał na rejestrację przebiegów czasowych prędkości obrotowej, napięcia na silniku i prądu w obwodzie prądnicy.

Rys. 2.1 Schemat układu pomiarowego.

a)

W pierwszym etapie ćwiczenia rejestrowaliśmy zmiany prędkości obrotowej od obciążenia dla trzech różnych napięć zasilania przy współczynnikach k_r=0 i k_w=1.

Obciążeniem silnika była sprzężona z nim mechanicznie prądnica, a więc prąd I₂ płynący w obwodzie prądnicy traktowany był jako zakłócenie, a jego nastawa dokonywała się za pomocą dekady rezystancyjnej.

Uzyskane wyniki przedstawiają poniższe tabele.

zasilanie Uz=4V				zasilanie Uz=4,5V				zasilanie Uz=5V
R	n [obr/min]	I2 [mV]		R	n [obr/min]	I2 [mV]		R	n [obr/min]	I2 [mV]
∞	461	5		∞	738	6		∞	1021	5
100	457	12		100	726	18		100	994	20
50	453	21		50	707	30		50	986	34
25	449	30		25	704	44		25	957	58
12	447	47		12	672	72		12	914	97
6	427	57		6	632	107		6	853	146
3	403	88		3	590	149		3	800	195
2	398	93		2	584	164		2	780	222
1	390	117		1	565	182		1	742	256

W drugim etapie ćwiczenia wyznaczaliśmy współczynnik k_r na podstawie obserwacji przebiegów prędkości obrotowej silnika oraz napięcia U_RN w obwodzie prądnicy. Stwierdziliśmy, że optymalna wartość wzmocnienia k_r aby n=const to k_r =3,5. Wspomniane przebiegi przedstawiają rysunki 2.2 2.3 i 2.4.

Rys. 2.2 Przebiegi przy k_r=0

Rys.2.3 Przebiegi przy k_r=7

Rys. 2.4 Przebieg n przy k_r=3.5

Przy tak dobranym współczynniku wykonaliśmy serię pomiarów przy takich samych parametrach zasilania i zmianach obciążenia.

Otrzymane wyniki przedstawiają poniższe tabele

zasilanie Uz=4V				zasilanie Uz=4,5V				zasilanie Uz=5V
R	n [obr/min]	I2 [mV]		R	n [obr/min]	I2 [mV]		R	n [obr/min]	I2 [mV]
∞	652	6		∞	839	5		∞	1053	6
100	651	16		100	839	17		100	1054	20
50	640	19		50	832	28		50	1053	37
25	632	32		25	823	45		25	1055	66
12	631	58		12	830	77		12	1069	114
6	631	88		6	833	128		6	1062	176
3	634	124		3	831	189		3	1056	252
2	630	145		2	834	229		2	1047	308
1	635	181		1	814	262		1	1043	404

Łatwo zauważyć, że prędkości obrotowe dla odpowiednich wartości zasilania były w przybliżeniu stałe.

Poniżej, na rysunku 2.5 zaprezentowane zostały przebiegi n=f(I₂) układu bez regulacji, a na rysunku 2.6 układu z regulacją ze współczynnikiem k_r=3,5.

Rys. 2.5

Rys. 2.6

Dla powyższych przebiegów zostały wyznaczone współczynniki kierunkowe prostych a. Zostały one zestawione w tabelach poniżej.

Uz	wartość współczynnika kierunkowego a		Zmniejszenie wahania prędkości o
		kr=0		kr=3,5
4V	-0,6921	-0,0819	88,20%
4,5V	-0,9772	-0,0438	95,50%
5V	-1,1050	-0,0244	97,80%

Widać więc, że wzmocnienie które wybraliśmy było niewystarczające gdyż aproksymacje charakterystyk nie są idealnie równoległe- prędkość obrotowa wciąż nieznacznie malała wraz z ze zwiększaniem obciążenia.

b)

Wymagane wzmocnienie k_r wyznaczyliśmy również na podstawie pomiarów z zależności:

Gdzie:

- wyznaczone graficznie z charakterystyk

- wyznaczone na podstawie pomiaru napięcia i prądu w obwodzie prądnicy

Ω

∆U [V]	∆ I [mA]
0,50	253,59
0,50	279,29
1,00	500,57

A więc:

k_1r=

k_2r=

k_3r=
2,45

Wnioski:

• Współczynnik k_r dobieraliśmy doświadczalnie przy napięciu Uz=4,5V - pozwoliło to na redukcje spadku prędkości w skutek obciążenia o 95%. Dla wyższego napięcia, przy tym samym współczynniku, redukcja zmiany prędkości była jeszcze większa: 97,8%. Widać, że dobrany idealnie współczynnik k_r powinien być nieznacznie większy od 3,5.

• Obliczenie współczynnika kr na podstawie charakterystyk silnika w układzie bez regulacji dało wynik = 2,4. Widać, że wystąpiła duża różnica pomiędzy współczynnikiem obliczonym, a tym dobranym doświadczalnie. Podejrzewamy, że na tak dużą różnicę mógł wpłynąć sposób przeprowadzenia pomiarów - zmiany napięcia zasilania były zbyt duże. Ilość punktów pomiarowych także jest zbyt mała i część obliczeń wykonywaliśmy, bazując na dalekich aproksymacjach, które jak wiadomo mogą skutkować błędem.

• Na podstawie przeprowadzonego ćwiczenia możemy stwierdzić, że graficzne wyznaczenie współczynnika k_r nie daje idealnego wyniku, jedynie pewną sugestię w jakim zakresie wzmocnień należy szukać. Ostateczne dobranie wartości k_r - tak żeby zmiany prędkości były jak najmniejsze - należy wykonać doświadczalnie.

• Ustawienie zbyt dużego współczynnika kr powoduje zwiększanie obrotów silnika na skutek obciążenia.

7

---