Politechnika Śląska w Gliwicach 28.05.2010 r

Wydział Elektryczny

Kierunek Elektrotechnika

Semestr VI

LABORATORIUM

AUTOMATYKI I REGULACJI AUTOMATYCZNEJ

Temat:

Regulacja prędkości obrotowej.

Grupa EE, Sekcja 1:

Michał Ciemięga

Przemysław Chabinowski

Sławomir Bieroński

1. Cel ćwiczenia:

Ćwiczenie ma na celu porównanie właściwości statycznych i dynamicznych układu stabilizacji prędkości obrotowej silnika prądu stałego przy zmianach wartości zadanej i zmianach obciążenia. Zapoznanie się z działaniem układów regulacji ze sprzężeniem od zakłócenia i od wielkości regulowanej.

1. Przebieg ćwiczenia:

Pierwszym krokiem ćwiczenia jaki wykonaliśmy były pomiary statyczne. Mierzyliśmy wielkości potrzebne do wyznaczenia charakterystyki n = f ( I₂ ) przy stałym napięciu zasilania U_s. Wyniki zapisaliśmy w tabeli.

W kolejnym kroku ćwiczenia wykonaliśmy pomiary dynamiczne dla układów regulacji ze sprzężeniem od zakłóceń oraz od wielkości wyjściowej. Wyniki pomiarów zapisaliśmy w postaci zrzutów ekranu.

1. Wyniki:

• Pomiary statyczne:

U_z = 3,24 V

L.p.	n	I2	Us	URN	kw	RN
	obr/min.	mA	V	V	-	Ω
1	1050	502	6,48	0,411	2	0
2	1223	370	6,48	0,305	2	2
3	1474	208	6,48	0,17	2	9
4	1745	5	6,48	0,005	2	Wył.

U_z = 3,06 V

L.p.	n	I2	Us	URN	kw	RN
	obr/min.	mA	V	V	-	Ω
1	1003	458	6,12	0,38	2	0
2	1157	342	6,12	0,282	2	2
3	1340	210	6,12	0,173	2	7
4	1612	6	6,12	0,004	2	Wył.

U_z = 2,88 V

L.p.	n	I2	Us	URN	kw	RN
	obr/min.	mA	V	V	-	Ω
9	934	405	5,76	0,333	2	0
10	1055	308	5,76	0,254	2	2
11	1249	165	5,76	0,138	2	9
12	1471	5	5,76	0,005	2	Wył.

Za pomocą pomiarów zapisanych w tabeli możemy wyznaczyć charakterystykę n = f ( I₂ ) przy zadanych wartościach U_s = 6,48 V, U_s = 6,12 V, U_s = 5,76 V.

Wykorzystując powyższą charakterystykę, z której graficznie wyznaczyliśmy odpowiednie wartości ΔI₂, ΔU_s oraz obliczyliśmy wartości wzmocnienia k_r ze wzoru:

$$k_{r} = \frac{U_{s}}{I_{2} \times R_{N2} \times k_{w}}$$

gdzie:

R_N2 = 0,5 Ω ; k_w = 2

L.p.	ΔUs	ΔI2	kr
	V	mA	-
1	0,36	97	3,71
2	0,36	110	3,27
3	0,72	207	3,47

• Pomiary dynamiczne:

1. Układ regulacji ze sprzężeniem od zakłóceń:

- Rozruch bez obciążenia ( bieg jałowy ) – wykres prędkości obrotowej n:

- Skok obciążenia dla k_r = 4 ( za duża wartość ) , k_w = 2 , U_z = 2,52 V

- Skok obciążenia dla k_r = 2 ( dobrane prawidłowo ) , k_w = 2 , U_z = 2,52 V

- Skok obciążenia dla k_r = 1 ( za mała wartość ) , k_w = 2 , U_z = 2,52 V

- Skok obciążenia dla k_r = 2, k_w = 2,3 , U_z = 2,52 V

- Skok obciążenia dla k_r = 2, k_w = 1 , U_z = 2,52 V

- Skok obciążenia dla k_r = 2, k_w = 1,5 , U_z = 2,52 V

- Skok obciążenia dla k_r = 2, k_w = 2 , U_z = 3 V

- Skok obciążenia dla k_r = 2, k_w = 2 , U_z = 2,04 V

- Skok obciążenia dla k_r = 2, k_w = 2 , U_z = 2,52 V , R_N = 2 Ω

- Skok obciążenia dla k_r = 2, k_w = 2 , U_z = 2,52 V , R_N = 9 Ω

1. Układ regulacji ze sprzężeniem od wartości wyjściowej:

- Rozruch bez obciążenia ( bieg jałowy ) , k_w = 2

- praca silnika pod obciążeniem , k_w = 2

- praca silnika pod obciążeniem , k_w = 1

- praca silnika pod obciążeniem , k_w = 4

- praca silnika pod obciążeniem , k_w = 10

1. Wnioski:

Wartość wzmocnienia k_r wyznaczonego graficznie różniła się od wartości ustawionej za pomocą programu sterującego. Program wskazywał poprawną stabilizację prędkości obrotowej przy k_r = 2. Wartość obliczona jest równa około 3,4.

Podczas rozruchu silnika zauważyliśmy, że silnik przy około dwukrotnie większym napięciu zasilania potrzebował 4 – krotnie krótszego czasu do uzyskania ustalonej prędkości.

Po przeprowadzonym badaniu układu regulacji ze sprzężeniem od zakłócenia możemy stwierdzić, że wzmocnienie k_r wpływa w znacznym stopniu na wartość prędkości tzn. gdy k_r było zbyt duże prędkość wzrastała, przy k_r zbyt małym prędkość spadała. Prawidłowo dobrana wartość parametru k_r wynosi około 2 przy której po skoku obciążenia prędkość silnika nie uległa zmianie. Wzmocnienie k_w , napięcie zasilania U_z jak również rezystancja R_N w bardzo niewielkim stopniu wpływają na zmianę prędkości.

Układ regulacji ze sprzężeniem od wielkości wyjściowej jest mniej precyzyjny co do określenia zmian prędkości silnika po skoku obciążenia. Po skoku obciążenia prędkość spadała w niewielkim stopniu. Przy różnych wartościach wzmocnienia k_w wartość spadku prędkości obrotowej silnika nie zmieniła się.