POLITECHNIKA WARSZAWSKA

LABORATORIUM PODSTAW AUTOMATYKI I STEROWANIA

SPRAWOZDANIE

Ćwiczenie nr 4

Temat: WYZNACZANIE CHARAKTRYSTYK AMPLITUDOWO-FAZOWYCH CZŁONU CAŁKUJĄCEGO

Data: 20.10.2014r. (poniedziałek), godz. 13:15 - 16:00

Grupa: ID-IP-51

Zespół nr 2:

1. Faryj Kinga

2. Krasuska Agnieszka

3. Szydło Małgorzata

1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia było w sposób eksperymentalny określić charakterystykę amplitudowo-fazową członu całkującego, który jest podstawowym członem układów regulacji automatycznej. Element ten został wykonany w technice RLC, dlatego też jego charakterystyka odbiega od charakterystyki idealnego elementu.

1. PRZEBIEG ĆWICZENIA

W ćwiczeniu zostało wykorzystane stanowisko laboratoryjne składające się z generatora, oscyloskopu oraz obiektu badanego. Jako generator przebiegów sinusoidalnych posłużył generator G 502. Amplituda sygnału wejściowego została ustawiona na wartość 2V. Natomiast zakres częstości sygnałów wejściowych wynosił od 30Hz do 30kHz. Do rejestrowania sygnałów wejściowych oraz wyjściowych służył oscyloskop dwukanałowy.

Nr badanego obiektu: 4/2

Podczas badania obiektu zanotowano wartość kąta przesunięcia fazowego oraz amplitudę sygnału wyjściowego odczytane z oscyloskopu. Wyniki zostały zamieszczone w tabeli poniżej.

Częstotliwość f [Hz]	Przesunięcie φ [ᵒ]	Napięcie Uwyj [V]
30	86,4	0,04
50	90,0	0,06
70	91,8	0,09
100	86,4	0,12
200	82,8	0,25
300	77,4	0,37
500	72,0	0,58
700	64,8	0,76
1000	57,6	1,02
2000	36,0	1,45
3000	28,8	1,65
5000	19,8	1,75
7000	14,4	1,80
10000	10,8	1,80
20000	7,2	1,85
30000	3,6	1,90

Tabela 1: Wartości przeprowadzonych pomiarów dla obiektu nr 2.

Następnie za pomocą programu Excel wykonałyśmy charakterystykę amplitudową oraz charakterystykę fazową badanego obiektu.

Uwej/Uwyj	Częstotliwość f [Hz]
50,00	30
31,25	50
22,73	70
16,67	100
8,16	200
5,41	300
3,45	500
2,63	700
1,96	1000
1,38	2000
1,21	3000
1,14	5000
1,11	7000
1,11	10000
1,08	20000
1,05	30000

Aby wykonać charakterystykę amplitudową należało obliczyć stosunek amplitudy sygnału wejściowego do amplitudy sygnału wyjściowego, co wyraża się wzorem poniżej:

$$\frac{U_{\text{wej}}}{U_{\text{wyj}}} = \frac{2}{U_{\text{wyj}}}$$

W tabeli po lewej zostały zamieszczone obliczone stosunki amplitud sygnałów oraz odpowiadające im częstotliwości.

Tabela 2: Tabela pomocnicza do wykonania charakterystyki amplitudowej

Poniżej zaprezentowane zostały charakterystyki.

1. WNIOSKI

Na podstawie otrzymanych charakterystyk można zauważyć, że:

- wraz ze wzrostem częstotliwości wzrasta również napięcie wyjściowe;

- im częstotliwość sygnałów wejściowych większa, tym mniejszy kąt przesunięcia fazowego;

- układ pracuje lepiej dla większych wartości częstotliwości.

Badany podczas ćwiczenia obiekt może mieć zastosowanie w ciągłych układach sterowania, gdzie służyć może jako urządzenia zapamiętujące. Dlatego sygnały wyjściowe takich integratorów mogą być rozważane jako zmienne, które definiują wewnętrzny stan układu.

Człon całkujący ma zastosowanie w regulatorach PID, których używa się np. do sterowania temperaturą procesu - działa jak bardzo dokładny termostat. Może również sterować ciśnieniem, natężeniem przepływu, składem chemicznym, siłą, prędkością i innymi sygnałami. Regulatory znajdują zastosowanie także w przemyśle samochodowym - ich zadaniem jest utrzymywanie stałej prędkości samochodu bez względu na warunki jazdy (tzw. tempomat).

Regulatory PID nadają się także do tzw. regulacji stałowartościowej obiektów lub procesów typu technologicznego takich jak piece, kotły czy reaktory chemiczne.