LABOLATORIUM PODSTAW

LABOLATORIUM PODSTAW

AUTOMATYKI.

Imię i nazwisko:

Grzegorz Galek, Sylwester Smoliński

Nr ćwiczenia:

3,4

Data wykonania:

99-10-11

Grupa 33 a

Temat ćwiczenia:

Identyfikacja obiektu regulacji.

Ocena za sprawozdanie:

Ocena za kolokwium zaliczeniowe:

Wstęp.

Pojęcie obiektu regulacji można rozumieć na dwa sposoby:

w przypadku gdy mówimy o własnościach statycznych i dynamicznych, obiekt regulacji należy rozumieć jako jeden z elementów układu, mający wielkość wejściową i wyjściową, określony równaniem różniczkowym, transmitancją operatorową lub współrzędną stanu obiektem jest wówczas proces, którego przebieg podlega regulacji lub sterowaniu, np. proces zmiany poziomu wody w zbiorniku, proces obróbki skrawaniem danego przedmiotu, proces zmiany temp w piecu.
W drugim przypadku pojęcie obiektu ma sens aparaturowy. Oznacza ono wówczas aparaturę technologiczną, w której zachodzi proces regulowany lub sterowany, np. kocioł, obrabiarkę, piec. Dla rozróżnienia obu znaczeń, w tym przypadku używane będzie pojęcie „obiekt automatyzowany.”

Identyfikacja własności obiektów regulacji jest podstawowym warunkiem zaprojektowania poprawnych układów regulacji. Często nie przywiązuje się dostatecznej wagi do tego zagadnienia, ograniczając się do określenia własności statycznych i wzorując się na istniejących rozwiązaniach układowych. Tymczasem stały wzrost rozmiarów produkcji i stopnia skomplikowania procesów oraz coraz wyższe wymagania jakościowe i ekonomiczne powodują, że dotychczasowe doświadczenia i intuicja inżynierska nie są już wystarczające do zaprojektowania rozwiązania optymalnego.

Obiekty dzielimy ze względu na cechę samodzielnego osiągania lub nie osiągania stanu równowagi trwałej po wprowadzeniu wymuszenia skokowego na:

statyczne ( bez działania całkującego), dla których N₀=0,
astatyczne (z działaniem całkującym), dla których N₀=0.

Schemat.

Badaniu poddaliśmy układ regulacji przepływu powietrza:

Parametr zadane: x = 100 [kPa]

Parametr wyjściowy: y_ust = 80 [kPa]

Posuw na wykresie 10 s/cm

Dla obiektów statycznych, których charakterystyki mają przebieg aperiodyczny ogólna postać charakterystyki odpowiada krzywej uzyskane w doświadczeniu. Wyznaczoną doświadczalnie charakterystykę aproksymuje się wówczas graficznie za pomocą opóźnienia i inercyjności pierwszego rzędu, zgodnie z załączonym rysunkiem.

Sposób aproksymacji jest umowny: prowadzi się styczną do charakterystyki rzeczywistej w punkcie przegięcia i styczna ta odcina na osi czasu zastępcze parametry obiektu - opóźnienie τ i stałą czasową T. W zagadnieniach praktycznych nie zachodzi potrzeba rozróżniania parametrów zastępczych od rzeczywistych.

Identyfikacja obiektu.

Transmitancja obiektu zastępczego wynosi:

wartości parametrów odczytane z wykresu:

T = 72 [s]

τ = 18 [s]

Dobór parametrów regulatora.

regulator P.

regulator PI

regulator PID

k_p - współczynnik proporcjonalności

x_p - zakres proporcjonalności - jest to procentowa część pełnego zakresu zmian wielkości wejściowej potrzebnej do wywołania zmiany wielkości wyjściowej o pełen zakres

T_i - czas zdwojenia - wyraża intensywność działania całkującego; jest to czas potrzebny na to, aby przy wymuszeniu skokowym sygnał będący rezultatem działania całkującego stał się równy sygnałowi z części proporcjonalnej regulatora.

T_d- czas wyprzedzenia - określa działanie różniczkujące regulatora; jest to czas po którym składowa sygnału wyjściowego u(t) związana z działaniem proporcjonalnym zrówna się ze składową sygnału pochodzącą od działania różniczkującego.

Wnioski:

Odczytane wartości mogą być obarczone błędem ze względu na trudność prawidłowego odczytania punktu przegięcia i wrysowania stycznej. Zastosowanie do tych czynności technik komputerowych zmniejsza prawdopodobieństwo i rozmiary błędów.

W trakcie wykonywania ćwiczenia został przebadany model układu regulacji składający się z obiektu elektronicznego i przemysłowego regulatora ARC-21 typu PID ze stacyjką sterowania ręcznego ADS-42.

Układ ten pozwolił nam na dokonanie podstawowych operacji umożliwiających nam obrazowe zapoznanie się z regulatorem typu P, PI oraz PID oraz dokonania nastaw ich parametrów i określenie ich odpowiedzi na wymuszenie skokowe.

Identyfikacja obiektu została przeprowadzona dla przeregulowania 20% poprzez rejestrację przebiegu odpowiedzi obiektu na skok zakłócenia. Metodą stycznej zostały wyznaczone parametry T_x i T₀, a na ich podstawie T.

Następnie dla poszczególnych typów została zarejestrowana odpowiedź skokowa układu.

Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że najlepsze efekty regulacji uzyskuje się w przypadku zastosowania regulatora PID, który zawiera w sobie zalety regulatorów P, PI oraz PD. Powoduje to znaczną poprawę właściwości statycznych i dynamicznych układu bez pogorszenia jego stabilności.

REGULATOR

X(s)

Y(s)

Z(s)

G₂(s)

OBIEKT

Z(s)