Wojciech Biłka, Tomasz Bociąga, Paweł Borkowski grupa 17

Sterowanie Dyskretne

Prezentacja uzyskanych wyników
w formie sprawozdania.

I. Prezentacja stanowiska pomiarowego.

Stanowisko z naniesionym schematem.

Schemat stanowiska z napięciami roboczymi.

1. Komputer wraz z programem GX-Developer umożliwiający programowanie i śledzenie pracy mikrokontrolera FX3U.

2. Sterownik PLC FX3U.

3. Panel dotykowy pozwalający bezpośrednie wprowadzanie danych i monitorowanie działania mikrokontrolera.

4. Przetwornik AD/DA firmy Mitsubishi model FX2N- 5A, odczytuje sygnał z czujnika oraz umożliwia sterowanie silnikiem.

Parametry przetwornika:

My pracujemy w rozdzielczości -10000 do 10000.

5. Magnetostrykcyjnyczujnik położenia silnika na prowadnicy Micropulse AT firmy Balluff.

AT

Interface:A

BTL6-A110-M....-A1-S115 Micropulse transducer BTL

Technical Data

Output signal

Transducer interface

Input interface

Output voltage

Load current

max.ripple System resolution

Repeatability

Repeat accuracy

Sampling rate

max.non-linearity

Supply voltage

Current draw Operating temperature Storage temperature

Shock load Vibration

Polarity reversal protected

Overvoltage protection Enclosure rating per IEC 60529

Housing material Mounting Connection type

RF emission

Static electricity (ESD)

Electromagnetic fields (RFI)

Fast transients (BURST) Line-carried noise

Line-carried noise, induced by high-frequency fields Accessories

analog A

analog

-10...+10V and +10...-10V max. 5mA

<5mV

<10µm

<10µm

<20µm

f Standard = 1kHz

< +-200µm up to L=500mm; typ. 0,02%, max. 0,04% at L= 500...1500mm

20-28V DC

<70mA 0...70°C -40...100°C

50g / 6ms per IEC60068-2-27

12g, 10...2000 Hz per IEC 60068-2-6

yes

yes

IP 67 (with BKS-S...IP 67 connector attached)

Anodized aluminum Compression clamps Connector M12, 8-pin Standard

EN 55011 Group 1,Class A+B IEC 61000-4-2 Severity Level 3

IEC 61000-4-3 Severity Level 3

IEC 61000-4-4 Severity Level 4

EN 61000-4-6 Schärfegrad 3

IEC 61000-4-8 Severity Level 4

Magnet, Clamp and Connectors please order separately

6. Silnik prądu stałego.

II. Regulator P.
Naszym pierwszym zadaniem było zbudowanie regulatora proporcjonalnego przy pomocy używanego sterownika PLC.
Poniżej znajduje się schemat realizowanego przez nas układu regulacji.

Następnie zamieszczamy kod programu wraz z komentarzami obrazującymi działanie naszego regulatora.
Nasz program zaczynamy od ustawienia trybu stałego czasu cyklu programu.

Pierwsza linijka włącza tryb stałego czasu cyklu. Użycie styku M8002 powoduje wykonanie instrukcji w pierwszym cyklu, a M8000 w każdym cyklu. W drugiej linii ustawiamy go na 5 ms. Dzięki temu uzyskujemy stały czas próbkowania. W trzeciej mamy możliwość kontrolowania go zmieniając wartość rejestru D208.

Następnie ustawiamy tryb przetwarzania D/A i A/D modułu FX2N-5A tak aby napięciu 1V odpowiadała wartość cyfrowa 1000.

Kolejnym krokiem jest odczyt położenia przy użyciu czujnika magnetostrykcyjnego i wprowadzenie go do rejestru D202.

Z naszych odczytów wynika, że dla położeń skrajnych wartość rejestru D202 przyjmuje wartości ____ dla skrajnie lewego i ____ dla skrajnie prawego, a 1cm odpowiada zmianie o ___.

Poniższy fragment umożliwia nam sterowanie położeniem zadanym za pomocą przycisków M21 i M22 na panelu, które powodują odpowiednio zmniejszenie lub zwiększenie wartości zadanej o wartość podaną w rejestrze D206.

Teraz pozostaje nam wyznaczenie uchybu. W tym celu odejmujemy od wartości zadanej wartość aktualną położenia.

Implementacja regulatora typu P sprowadza się do uzyskania sygnału sterującego poprzez pomnożenia wyznaczonego wcześniej uchybu i wzmocnienia Kp.

Sygnał sterujący może przekraczać ustalone przez nas wartości przetwarzania dlatego wprowadzamy jego ograniczenie.

Ograniczenie można również zrealizować za pomocą funkcji LIMIT.

Teraz pozostaje nam wysłanie sygnału sterującego do sterownika który przetwarza go na napięcie na wyjściu modułu FX2N-5A. Za pomocą przycisku M13 na panelu zmieniamy znak wartość sygnału sterującego co powoduje ruch silnika w przeciwną stronę.

Tak utworzony program pozwolił nam na regulację naszego układu, na następnej stronie zostaną zamieszczone wyniki zarejestrowane dzięki funkcji Trace w programie GX Developer.

Regulator P uzyskane odpowiedzi skokowe

1. Odpowiedź skokowa układu regulacji dla Kp = Kkr, w naszym przypadku Kp = 270 oraz skoku położenia równemu 1000. Jak widać na poniższym wykresie, po doprowadzeniu układu do granicy stabilności uzyskujemy niegasnące oscylacje.

2. Odpowiedź skokowa układu regulacji dla Kp = 0.5*Kkr, w naszym wypadku Kp = 135, skok położenia równy 1000. Jak widać na poniższym wykresie układ osiąga stabilność po około 0.6s, występuje przeregulowanie, oraz szybko gasnące oscylacje.
















3. a) Układ dla Kp dobranego metodą prób i błędów tak aby nie dochodziło do przeregulowania, w naszym wypadku Kp = 50. Skok położenia wynosił 1000. Jak widać układ osiąga stabilność w czasie około 0.4s, nie występuje przeregulowanie ani oscylacja.

3. b) Układ o parametrach jak powyżej, skok położenia 2000. Jak widać również nie występują oscylacje ani przeregulowanie, układ osiąga pozycję zadaną oraz stabilność w czase około 0.8s.

4. a) Układ regulacji o Kp = 50, skoku położenia równym 1000 oraz ograniczonej wartości sygnału sterującego, wartość została ograniczona z 10V na 5V. Porównując odpowiedź skokową z wykresem 3a, możemy zauważyć, że znacznemu pogorszeniu uległ czas regulacji, podczas tego pomiaru wyniósł on aż 0.8s, dla skoku 1000.

















4. b) Układ regulacji dla Kp = 50 oraz ograniczenia napięcia sterującego do 5V, dla skoku położenia równego 2000. Możemy zauważyć, że nie udało się osiągnąć zadanego położenia w czasie rejestracji odpowiedzi skokowej.














5. Pomiar 5 miał polegać na zmniejszeniu zadanego skoku o połowę dla układu takiego jak w pomiarze nr 3. Ten punkt został zrealizowany w punktach 3a oraz 3b.

III. Regulator PD
Kolejna część projektu obejmowała zbudowanie oraz przetestowanie działania regulatora PD za pomocą sterownika PLC. W tym celu do kodu z poprzedniej części należało dodać elementy odpowiedzialne za obliczanie części różniczkującej sygnału sterującego i zsumowanie tego sygnału z częścią proporcjonalną z poprzedniego zadania. Poniżej schemat stanowiska oraz wzór według którego został zbudowany regulator.

Sygnał sterujący jest w tym przypadku sumą składowych różniczkującej i proporcjonalnej.

Poniżej opis modyfikacji wprowadzonych w kodzie programu względem poprzedniej wersji obejmującej regulator P.

Najpierw potrzebujemy zapisać wartość uchybu z poprzedniego cyklu. Realizujemy to poprzez przepisanie starej wartości przed obliczeniem aktualnej wartości uchybu.

Teraz możemy zająć się wyznaczeniem części różniczkującej.

Na początku tej części programu odejmujemy poprzednią wartość uchybu od aktualnej, potem mnożymy otrzymaną wartość przez iloraz stałej różniczkującej i czas próbkowania. Stosunek tych współczynników ustalamy zmieniając wartość rejestru D218 na panelu. W kolejnej linii dodajemy do siebie składową różniczkującą i proporcjonalną obliczoną wcześniej otrzymując sumę którą mnożymy przez wzmocnienia Kp otrzymując wartość sygnału sterującego.

Tak zbudowany układ pozwalał na przeprowadzenie pomiarów odpowiedzi skokowych oraz porównanie regulatora P oraz regulatora PD. Od następnej strony zostały pokazane uzyskane wykresy wraz z wnioskami.

Regulator PD uzyskane odpowiedzi skokowe

Obserwacje regulatora PD zostały przeprowadzone przy wzmocnieniu Kp = 144, zostało zarejestrowanych 7 pomiarów
1. Pierwszy pomiar z wyłączonym działaniem części różniczkującej, układ osiąga stabilność po około 0.65s, posiada lekkie przeregulowanie oraz oscylacje, skok położenia 1500.


















2. Pomiar z częścią różniczkującą Td/Ts = 1 oraz skokiem położenia 1500, oscylacje oraz przeregulowanie zmniejszyły się, czas regulacji nieznacznie zmalał do około 0.6s.

3. Pomiar dla Td/Ts = 2 oraz zmienionego skoku położenia równego 2000. Mimo zwiększonego skoku położenia układ stabilizuje się po 0.65s (czas taki sam jak regulator P dla skoku położenia 1500), nie występują oscylacje, przeregulowanie jest bardzo małe.


















4. Pomiar dla Td/Ts = 3 oraz skoku położenia równego 2000. Jak w poprzednim przypadku czas regulacji około 0.65s, brak oscylacji oraz praktycznie niezauważalne przeregulowanie.


















5. Pomiar dla Td/Ts = 5 oraz skoku położenia równego 2000. Czas regulacji około 0.65s, brak przeregulowania oraz oscylacji.

















6. Pomiar dla Td/Ts = 10 oraz skoku położenia równego 2000. Czas regulacji 0.65s, jednak po osiągnięciu zadanego położenia zaczynają występować minimalne oscylacje pokazane na zbliżonym wykresie.















Przybliżenie:



7. Pomiar dla Td/Ts = 20 oraz skoku równego 2000, czas regulacji wydłuża się, oscylacje zaczynają rosnąć.

















Przybliżenie:









Celem naszego ćwiczenia było sprawdzenie czy czas regulacji układu z wykorzystaniem regulatora PD uległ poprawie względem układu z regulatorem P. Regulator PD pozwolił nam głownie wyeliminować przeregulowanie oraz oscylacje, osiągnęliśmy również niewielkie skrócenie czasu regulacji, sięgające maksymalnie około 0.5s.