WSTĘP TEORETYCZNY
Obiekt sterowania obejmuje obiekty o charakterze technicznym, biologicznym, społecznym itp., w których realizuje się pewien proces. Należy tutaj zaznaczyć, że na przebieg (bieg) tego procesu można wpływać z zewnątrz za pośrednictwem określonych sygnałów, nazywanych sygnałami wejściowymi. Informację o samym przebiegu procesu niosą zupełnie inne sygnały zwane sygnałami wyjściowymi. Sygnały te wyznaczamy drogą obserwacji.
Zadanie sterowania polega na uzyskaniu sygnału sterowanego „y” zgodnego z sygnałem zadanym „y0”. Wszelkie oddziaływania na obiekt, nie będące sterowaniami i wywołujące utrudnienie realizacji zadania sterowania, nazywane są zakłóceniami. Miejsca oddziaływania sterowań „u” i zakłóceń „z” na obiekt nazywamy wejściami obiektu. Sygnały sterujące obiektu wytwarzane są w urządzeniu sterującym. Gdy źródłem tych sygnałów jest człowiek - operator - to mówimy o sterowaniu ręcznym. Zespół urządzenie sterujące - obiekt sterowany nazywamy układem sterowania. Jeśli sygnały sterowane - tj. sygnały z wyjścia obiektu - nie oddziałują zwrotnie na wejście urządzenia sterującego, to mamy do czynienia z układem otwartym sterowania, jeśli zaś występuje sprzężenie zwrotne, to mamy do czynienia z układem zamkniętym. Sterowanie w układzie zamkniętym nazywamy regulacją. W takim przypadku obiekt nazywa się obiektem regulowanym, sygnał „y” - sygnałem regulowanym, a urządzenie sterujące - regulatorem.
Rozpatrzmy obiekt z jednym sygnałem sterującym „u” i jednym sygnałem wyjściowym „y”.
Sygnał zadany „y0(t)” porównany jest na wejściu regulatora z sygnałem regulowanym „y(t)”. Różnica tych sygnałów „ε(t)”, nazywana uchybem regulacji jest przetwarzana w regulatorze na sygnał nastawiający - sterujący - „u(t)”. Rolą regulatora jest wytworzenie takiego sygnału sterującego „u”, aby w każdej chwili czasu dążyć do zrównania wartości sygnału „y” z aktualną wartością zadaną „y0”, czyli wyzerowania uchybu regulacji.
Dla celów porównawczych wprowadza się wiele grup wskaźników jakości regulacji. Istnieją pośrednie lub bezpośrednie związki między poszczególnymi wskaźnikami z różnych grup. O przydatności poszczególnych wskaźników w praktyce decydują przesłanki fizyczne, łatwość obliczeń oraz łatwość włączenia do procedury projektowej.
Do podstawowych wymagań dla układów regulacji jest żądanie stabilności. Zakłócenia w przemysłowych układach regulacji mają najczęściej postać wymuszeń skokowych lub szumów o pewnej gęstości widmowej. Układy, w których uchyb ustalony przy zakłóceniu skokowym jest równy zeru niezależnie od amplitudy wymuszeń, nazywamy układami astatycznymi. Natomiast układy, w których uchyb ten jest różny od zera i jego wartość zależy od amplitudy wymuszenia, nazywamy układami statycznymi.
Najkorzystniejsze wartości jakiegokolwiek wskaźnika jakości osiąga się przez odpowiedni dobór właściwości statycznych i dynamicznych układu regulacji. Na właściwości dynamiczne obiektu regulacji przeważnie nie mamy wpływu. Rozmaite właściwości układu regulacji zapewnia regulator - jego strukturę i parametry - aby zapewnić określoną jakość regulacji. Zadanie to jest zwane zadaniem korekcji.
Przebieg ćwiczenia:
Na początku ćwiczenia badaliśmy wpływ stałej czasowej inercji T oraz stałej czasowej opóźnienia T0 na przebieg odpowiedzi Nastawy były podane przez prowadzącego i zapisane w tabeli. Wykresy zostały dołączone do sprawozdania .
Lp. |
T |
T0 |
1 |
2 |
0,2 |
2 |
4 |
0,2 |
3 |
4 |
0,8 |
Analiza otrzymanych wyników w części pierwszej:
Na wykresach 1, 2 i 3 charakterystyka regulacji rośnie dopiero od pewnej wartości.. Moment od którego układ zaczyna pracować zależy więc od stałej opóźnienia T0 Do wartości ustalonej charakterystyka dochodzi najwolniej na wykresach 2 i 3 a najszybciej na wykresie 1. Wynika z tego iż za czas po którym układ się stabilizuje zależy od stałej czasowej inercji T.
Wnioski do części pierwszej:
1.Stała czasowa T odpowiada za czas po jakim układ dochodzi do wartości ustalonej..
2.Stała opóźnienia T0 odpowiada za czas, po którym układ przyjmuje wymuszenie i zaczyna pracować.
W drugiej części ćwiczenia badaliśmy układ regulacji dwupołożeniowej. Podobnie jak i przy poprzedniej części mieliśmy wykreślić charakterystyki dla zadanych parametrów przez prowadzącego.
Lp. |
N |
xp |
1 |
10 |
2 |
2 |
10 |
0 |
3 |
0 |
2 |
4 |
0 |
0 |
Wnioski otrzymanych wyników w części drugiej:
Porównując 1 i 3 wykres charakterystyki skokowej możemy zaobserwować jak bardzo parametr N (szerokość strefy histerezy) ma wpływ na częstotliwość oscylacji wokół wartości zadanej, a parametr xp na wzmocnienie sygnału wyjściowego regulacji. Tzn. że przy rosnącej szerokości strefy histerezy (N) spada częstotliwość oscylacji, rośnie natomiast amplituda oscylacji sygnału wokół wartości zadanej. Malejąca wartość zakresu proporcjonalności powoduje większy wzrost poziomu sygnału wyjściowego (rośnie wartość odpowiedzi obiektu). Wykresy 2 i 4 różnią się o siebie nieznacznie. Można jednak zauważyć iż dla wykresu 4 poziom amplitudy oscylacji jest nieco większy, co potwierdza nasze wcześniejsze obserwacje.
1