LABORATORIUM TEORII STEROWANIA.
III Mgr A i M	Jankowski Radosław, Gruszka Tomasz,	ćw.nr 5
DATA: 11.03.1998 r.	TEMAT: Stabilizacja napięcia prądnicy prądu stałego.	OCENA

Cel ćwiczenia.

Praktyczne poznanie zależności występujacych między parametrami i sruktura układu stabilizaji , a jakoscią stabilizowanego sygnału wyjsciowego. Obserwacja i analiza odpowiedzi układu stabilizacji na wymuszenie skokowe.

Wstęp teoretyczny.

Uklady sterowania w zależności od ich struktury dzielimy na otwarte i zamknięte. W otwartych układach sterowania sygnały działają jednokierunkowo- od ”wejscia” układu do jego „wyjścia”. W przpadku zamknietych układów sterowania sygnały wyjsciowe oddziaływuja zwrotnie na wejście układu - tzw. układy ze sprzężeniemzwrotnym. Jezeli sygnał przekazywany zwrotnie z wyjścia układu na jego wejście stara się zmiejszyć wartość sygnału wejściowego, to takie sprzężenie zwrotne jest sorzeżeniem ujemnym. Układy sterowania mające postać układów z ujemnym sptrzęzeniem zwrotnym są układami regulacji.

Układ stabilizacji napiecia prądnicy prądu stałego jest zlinearyzowany w punkcie pracy układem regulacji stałowartościowej, jego zadaniem jest utrzymanie stałej wartości napięcia na zaciskach wyjściowej prądnicy mimo działania zakłócen. Obiektem serowania( regulacji) jest prądnica prądu stałego obciążona nastawnym opornikiem o rezystancji R_o. Od R_o zależy prąd wyjściowy I_o prądnicy, którego zmiany są zakłóceniem. Do zacisków wyjściowych prądnicy dołączony jest filtr typu Rc, którego zadaniem jest wygładzenie napięcia wyjściowego U_o w stanie ustalonym. Wprowadzenie filtru powiększa rząd inercji układu co może powodować jego destabilizację.

Zdjęcie charakterystyki statycznej układu otwartego Y= f(W) z regulatorem P.

rys. 3.1 Schemat blokowy układu sterowania : G_f(S)- transmitancja obiektu nieobciążonego, G_z(S) transmitancja zakłóceniowa, Gr(S) - transmitancja regulatora, Gf(S)- transmitancja filtru.

Rys. 3.2 Schemat blokowy układu pomiarowego.

Tabela pomiarowa:

L.p	W	Y	W	Y	W	Y	W	Y
	mA	V	mA	V	mA	V	mA	V
1.	0	1.00	0	1.00	0	1.00	0	1.30
2.	50	2.50	50	2.75	50	1.50	50	2.00
3.	100	4.75	100	4.50	100	2.00	100	2.50
4.	150	7.00	150	6.00	150	3.00	150	4.00
5.	200	9.00	200	8.00	200	4.00	200	5.00
6.	250	11.00	250	10.00	250	5.00	250	6.00
7.	300	13.00	300	12.00	300	6.00	300	7.00
	k=42.5 V/A		k=35 V/A		k=20V/A		k=25V/A
	F min R min		F max R min		F max R max		F min R max

F min,max: minimalna i maksymalna liczba ogniw filtru.

R min,max: minimalne i maksymalne obciazenie.

Przyrostowe wzmocnienie dla liniowego zakresu charakterystyki Y= f(W) układu otwartego:

Przykład obliczeń:

Wykresy charakterystyk zilustrowano na rys.3.3

Badanie odpowiedzi układu otwartego z regulatorem P. na wymuszenie skokowe.

Schemat ukladu analogiczny jak na rys.3.2.

Wykresy przebiegów odpowiedzi Y=f(t) zilustrowano na rys.4.1.

1).

2).

3).

4).

5).

Rys.4.1 Wykresy przebiegów czasowych odpowiedzi Y=f(t) układu otwartego na wymuszenie skokowe W=f(t) przy K_r=45

1). F min, R min

2). F max, R min

3). F max, Rmin, K_r=12.5

4). F max, R max

5). F min, R max

Rys.3.3. Wykresy charakterystyk statycznych Y=f(W) układu otwartego przy:

1-Fmin,Rmin; 2-Fmax,Rmin; 3-Fmin,Rmax; 4-Fmax,Rmax.

Rys 5.2 Wykresy charakterystyk statycznych Y=f(W) ukladu zamknietego przy:

1-Fmin,Rmin; 2-Fmin,Rmax. K_r=25

7.Uwagi i wnioski

Analizując wykresy charakterystyk przejściowych Y=f(W) układu stabilizacji napięcia prądnicy pradu stałego można zauwazc, iz zwiększenie liczby obniw F dołaczonych do zacisków wyjsciowych prądnicy, przy stałej rezystancji obciażenia, R₀=const, powoduje rozszerzenie zakresu regulowanego napiecia wyjsciowego pradnicy. Zwiększenie rezystancji obciażenia R₀, przy stałej ilości ogniw filtru F=const, daje w efekcie zmiejszenie zakresu regulowanego napiecia wyjsciowegopradnicy. Zjawisko to można obserwować dla układu otwartego i zamknietego, rys. 3.3 . Charakterystyka Y=f(W) układu zamknietego jest liniowa, czego nie można powiedzieć o układzie otwartym. Sygnałowi W odpowiada prąd wzbudzenia.

Zwiększając liczbę ogniw filtru powodujemy wzrost stałej czasowej układu ( powiększamy rząd inercji) ,a to powoduje w układzie otwartym wydłuzenie czasu ustalania sygnału wyjsciowego. Pobudzajac układ skokiem sygnału wejściowego W na poziom sygnału wyjsciowego, do którego sygnał ten daży, mają wpływ rezystanvja obciażenia R₀ i wzmocnienie regulatora P., K_r, rys 4.1.

Minimalna wartość wzmocnienia regulatora proporcjonalnego zastosowanego w badanym układzie, przy której można juz obserwować wyraznie odpowiedż układu na wymuszenie skokowe , to K_r=12.5

W układzie zamkniętym przy F min oscylacje napięcia wyjściowego nie występują, natomiast odpowiedz na pobudzenie skokowe jest niewielka w porównaniu z układem otwartym. Oznacza to, że układ zamknięty lepiej i dokładniej niweluje wpływ zakłóceń na wyjściową wielkość stabilizowanego sygnału. Nie zaobserwowano również wpływu zmian R₀ na przebieg sygnału wyjsciowego.

Aby wyeliminować niekorzstny wpływ dużej liczby ogniw filtru na układ zamkniety należy zastosować regulator PI.

Po wykonanym ćwiczeniu można stwierdzic, że układ otwarty może być prosty pod względem technicznym, pewny w działaniu i łatwy do konserwacji, jednakże nie jest dokladny. Znajduje zastosowanie w przypadkach, w ktorych zakłócenia nie powodują dużych zmian wielkości sterowanej. Cecha układów zamkniętych jest kompensowanie wpływu wszystkich wielkości zakłócajacych wpływających na wielkośc regulowaną, nie jest istotne pochodzenie zakłóceń. Wypadkowe wzmocnienie układu otwartego jest większe niż układu zamknietego( w tyn samym punkcie pracy).

6

ΔU

3

4

2

1

2

1

---