Cel ćwiczenia

Eksperymentalne zbadanie własności dwupołożeniowego oraz trójpołożeniowego układu regulacji temperatury.

Porównanie własności tego typu regulacji z własnościami badanej wcześniej regulacji ciągłej tej wielkości fizycznej.

Stanowisko laboratoryjne

Komputer PC z zainstalowaną kartą akwizycji danych PCI-1711oraz oprogramowaniem

ADAQVIEW i MATLAB

Terminal PCLD 8115 z kablem połączeniowym,

Model laboratoryjny układu sterowania temperatura powietrza przepływającego w tunelu.

Przebieg ćwiczenia

1. Posługując się systemem akwizycji danych pomiarowych stosowanym w ćwiczeniach poprzednich należy zarejestrować przebiegi procesu nagrzewania powietrza w tunelu z lampą halogenową, a następnie procesów chłodzenia:

a) naturalnego,

b) z udziałem nawiewnika powietrza z otoczenia.

Poziom strumienia nawiewu powietrza określa (za pośrednictwem warunków zasilania nawiewnika i przekroju tunelu) prowadzący zajęcia.

Rysunek 1. Górna płyta układu sterowania temperaturą powietrza przepływającego w tunelu

Opis wyprowadzeń:

A: Wyprowadzenie źródła zasilania +15V .

B, C: Miejsce podłączenia zasilania lampy ogrzewania

D: Potencjometr dla ustalenia mocy nawiewnika.

E: Gniazdo do podłączenia zasilania do nawiewnika.

F: Potencjał tego punktu wynosi 0V .

G: Punkt o potencjale -15V.

H: Przesłona ustalająca przepływ powietrza w tunelu.

I: Wyjście przetwornika pomiarowego.

2. W ramach systemu ADAQVIEW, należy zaprogramować układ realizujący przekaźnikowe sterowanie dwupołożeniowe temperatury powietrza w tunelu i rejestrację kluczowych wielkości (tj. wielkości zadanej, sygnału sterującego i temperaturę powietrza w tunelu) w otrzymanym układzie regulacji, w którym rolę sterownika pełni komputer PC Schemat blokowy tego układu przedstawia rys.2. Parametry przekaźnika sterującego podaje prowadzący zajęcia. Zasilanie lampy grzewczej włączane jest za pomocą karty przetworników PCI-1711.

Rysunek 2. Przekaźnikowy układ regulacji dwupołożeniowej

3. Należy zarejestrować i zapamiętać w pliku przebiegi wielkości regulowanej przekaźnikowego układu regulacji temperatury przy trzech poziomach temperatury zadanej:

a) nieznacznie wyższej od temperatury otoczenia τm ,

b) zbliżonej do temperatury τM maksymalnej do osiągnięcia przy stosowanej mocy sterowania przekaźnikowego,

c) w sytuacji z temperaturą: τs = (τm + τM )/2,

mierząc jednocześnie za każdym razem częstotliwość i amplitudę drgań ustalonych. Po przeniesieniu wyników rejestracji do środowiska MATLAB, przedstawiamy je na wspólnym wykresie.

Czy parametry cyklu granicznego w badanych sytuacjach różnią się istotnie? Czy istnieje (jaki?) poziom temperatury zadanej przy której procesy ogrzewania i chłodzenia powietrza w cyklu granicznym będą zajmowały, w przybliżeniu, jednakowe przedziały czasowe?

4. Należy zarejestrować przebieg odpracowania zakłócenia związanego ze zmianą warunków ogrzewania lub (i) chłodzenia w systemie (np. poprzez zmianę przekroju tunelu lub uruchomienie wentylatora).

Czy na przebieg tego typu znaczny wpływ wywiera poziom histerezy przekaźnika?

5. Należy zaprogramować i połączyć układ regulacji trójpołożeniowej temperatury powietrza w tunelu, w którym rolę sterownika pełni komputer PC. Ideowy układ połączeń przedstawiono na rys. 3. Zarówno zasilanie lampy grzewczej, jak i zasilanie nawiewnika powietrza włączane są za pomocą kart przetworników PCI-1711. Własności sterownika powinny odpowiadać przekaźnikowi trójpołożeniowemu o własnościach określonych przez prowadzącego zajęcia.

6. W połączonym układzie regulacji należy zarejestrować przebieg czasowy cyklu granicznego przy określonym poziomie temperatury zadanej.

7. Należy zarejestrować także przebieg czasowy procesu odpracowania zakłócenia powstałego w wyniku skokowej zmiany przekroju tunelu wywołującej zmianę warunków chłodzenia sterowanego obiektu.

Rysunek 3. Układ regulacji trójpołożeniowej temperatury

8. Przeprowadzamy badania wpływu szerokości strefy niewrażliwości przekaźnika trójpołożeniowego z zerową strefą histerezy na proces sterowania temperaturą powietrza przy pomocy przekaźnika trójpołożeniowego z zerową strefą histerezy rejestrując (przy trzech różnych szerokościach tej strefy) na amplitudę i okres uzyskiwanych drgań granicznych. Czy możesz wyjaśnić postać uzyskanych zmian przebiegów trajektorii fazowej cyklu granicznego przy zmianach szerokości strefy niewrażliwości? Jakich zmian należałoby natomiast oczekiwać przy wzroście szerokości histerezy przekaźników?

Regulacja dwupołożeniowa:

Zmierzony został poziom maksymalnego wysterowania. Napięcie wynosiło około 9 V. Następnie zostały zarejestrowane przebiegi napięcia odpowiadającego zmianie temperatury w tunelu. Przesłona tunelu była ustawiona mniej więcej w połowie. Sprawdzony został przebieg temperatury (napięcia) dla trzech przypadków wysterowania.

Rysunek 4. Regulacja dwupołożeniowa. Napięcie stanowiące około 80 % maksymalnego wysterowania.

Po osiągnięciu temperatury zadanej, czas pracy gdy żarówka jest włączona jest dłuższy od tego, gdy żarówka jest wyłączona.

Rysunek 5. Regulacja dwupołożeniowa. Napięcie stanowiące około 50 % maksymalnego wysterowania.

Przy wysterowaniu stanowiącym około 50% wartości maksymalnego wysterowania, wydłuża się czas kiedy żarówka nie świeci, skraca się czas świecenia żarówki.

Rysunek 6. Regulacja dwupołożeniowa. Napięcie stanowiące około 33% maksymalnego wysterowania.

Na rysunku 6. można zauważyć, że mierzona temperatura w tunelu po przekroczeniu wartości zadanej jest cały czas wyższa od niej. Niemożliwe jest wtedy poprawne sterowanie.

Regulacja trójpołożeniowa:

Podobnie jak w przypadku regulacji dwupołożeniowej rejestrowany był przebieg temperatury powietrza, nagrzewanego lampą halogenowa, w tunelu. Przesłona tunelu została ustawiona w położeniu, w jakim zasłaniała około 25% pola przekroju poprzecznego tunelu. Zarejestrowane zostały przebiegi dla trzech temperatur zadanych (około 80, 50 i 33% temperatury maksymalnej).

Rysunek 7. Regulacja trójpołożeniowa. Napięcie stanowiące około 80% maksymalnego wysterowania.

Rysunek 8. Regulacja trójpołożeniowa. Napięcie stanowiące około 50% maksymalnego wysterowania.

Zarówno dla temperatury stanowiącej około 80% jak i 50 % maksymalnego wysterowania okres kiedy wentylator jest załączony trwa mniej więcej tyle samo czasu co okres gdy wentylator jest wyłączony. Różna jest długość tego okresu. W przypadku większej wartości wysterowania okres jest krótszy.

Rysunek 9. Regulacja trójpołożeniowa. Napięcie stanowiące około 33% maksymalnego wysterowania.

Czas gdy wiatraczek jest załączony jest dłuższy od czasu gdy nie pracuje. Można zauważyć również, że wydłużył się pojedynczy okres pracy.

Wnioski:

Ustawienie temperatury zbliżonej do temperatury maksymalnego wysterowania powoduje, że przeregulowanie układu regulacji jest mniejsze, ale powoduje to także częstsze załączanie i wyłączanie elementów układu regulacji. W przypadku regulacji dwupołożeniowej może okazać się, że dobierając zbyt niską temperaturę pracy układ nie jest w stanie poprawnie pracować, ponieważ nie jest w stanie naturalnie obniżyć swojej temperatury. Regulacja trójpołożeniowa pozwala na dobranie niższego poziomu temperatury (napięcia) pracy. Jednocześnie skraca czas trwania poszczególnych etapów pracy (nagrzewanie i chłodzenia), co powoduje konieczność częstszego przełączania

7

---