PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA w Chełmie Instytut Nauk Technicznych i Lotnictwa Kierunek: Elektrotechnika III rok VI semestr
LABORATORIUM Z PODSTAW AUTOMATYKI Prowadzący: dr Edward Żak
Piotr Dyjak Jarosław Niemiec Katarzyna Kowalczyk		Temat: Regulacja dwupołożeniowa
Data wykonania 06.0342014	Grupa A Zespół I	Ćwiczenie nr 4	Podpis

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było poznanie regulacji dwupołożeniowej z inercyjnym I-go rzędu.

Wprowadzenie

Regulator dwupołożeniowy (przekaźnik dwupołożeniowy) jest jednym z najprostszych regulatorów. Może on ustawić tylko dwie stabilne wartości sygnału sterującego. Regulator dwupołożeniowy pracuje w typowej pętli sprzężenia zwrotnego (rys. 1). Wykorzystywany jest często do regulacji temperatury a jego najprostszą realizacją jest struktura bimetalowa (płytka z 2 warstw o różnej rozszerzalności cieplnej - np. regulacja temperatury w żelazkach elektrycznych, grzejnikach elektrycznych itp.).

Rys. 1. Schemat regulacji w pętli sprzężenia zwrotnego (litery e, u, h oznaczają odpowiednio uchyb, sygnał sterujący i szerokość histerezy regulatora)

Parametry regulacji dwupołożeniowej

Ze względu na niestabilność regulacji dwupołożeniowej do oceny jej jakości wykorzystuje się inne kryteria niż w układach, w których wymaga się stabilności układu regulacji.

• średni uchyb regulacji - różnica między wartością zadaną a średnią wartością rzeczywistą: e_śr = x − y_śr

• zakres wahań wielkości regulowanej - zakres wahań temperatury (szerokość histerezy przełączania): A = y_max − y_min

• okres wahań wielkości regulowanej - suma czasów załączenie stanu wysokiego i niskiego

• regulatora (załączenia i rozłączenia przekaźnika) w jednym cyklu.

Obiekt regulacji

Obiekt regulacji (zbiornik pneumatyczny) możemy rozpatrywać w uproszczeniu jako element inercyjny I-go rzędu o charakterystyce skokowej jak na rys. 2.

Rys. 2. Odpowiedź skokowa obiektu inercyjnego I-go rzędu

Obiekt inercyjny I-go rzędu opisany jest równaniem różniczkowym o postaci:

T ˙y (t) + y(t) = k x(t − To),

gdzie: T - stała czasowa obiektu, k - wzmocnienie obiektu, To - opóźnienie.

Opis stanowiska

Rys. 2. Schemat stanowiska do badań układów regulacji dwupołożeniowej

Stanowisko do badań układów regulacji dwupołożeniowej złożone jest:

• z zbiornika ciśnieniowego (1),

• z przetwornika ciśnienia zamieniającego wartość ciśnienia w zakresie 0 - 6 bar na sygnał prądowy w zakresie 4-20 mA (2),

• z manometru wskazującego ciśnienie w zbiorniku (3),

• z regulowanego zaworu dławiącego (4),

• z elektrozaworu (5),

• z elektronicznego regulatora dwupołożeniowego (7),

• z przetwornika RS485/RS232 (8)

• z komputera PC z oprogramowaniem do rejestracji przebiegów sygnałów regulacji.

Po załączeniu zasilania elektrozawór ustawiony jest w pozycji napełniającej zbiornik powietrzem. Po przekroczeniu górnej granicy wartości zadanej (wartość zadana + połowa wartości szerokości histerezy przełączania) regulator przy pomocy elektrozaworu przełącza wlot powietrza zbiornika na wydech do atmosfery (wyjście elektrozaworu z przykręconym tłumikiem). Po obniżeniu ciśnienia do dolnej granicy (wartość zadana minus połowa wartości histerezy przełączania) regulator przy pomocy elektrozaworu przełącza wlot zbiornika do przewodu zasilania sprężonym powietrzem.

Wyniki pomiarów i wykresy

wartość średnia y_śr=2,04

średni uchyb e_śr=x-y_śr e_śr=2-2,04=-0,04

zakres wahań wielkości regulowanej A=y_max-y_min A=2,25-1,85=0,4

wartość średnia y_śr=2,02

średni uchyb e_śr=x-y_śr e_śr=2-2,02=-0,02

zakres wahań wielkości regulowanej A=y_max-y_min A=2,4-1,71=0,69

wartość średnia y_śr=3,95

średni uchyb e_śr=x-y_śr e_śr=4-3,95=0,05

zakres wahań wielkości regulowanej A=y_max-y_min A=4,10-3,73=0,37

wartość średnia y_śr=3,97

średni uchyb e_śr=x-y_śr e_śr=4-3,97=0,03

zakres wahań wielkości regulowanej A=y_max-y_min A=4,26-3,6=0,64


Wnioski

Określenie regulacja dwupołożeniowa pochodzi od sposobu działania regulatora, którego sygnał wyjściowy może przyjmować tylko dwa stany. Sygnałem tym wywołuje się zwykle załączenie lub wyłączenie elementu nastawczego. W układzie regulacji dwupołożeniowej wielkość regulowana nie osiąga wartości ustalonej, lecz waha się wokół wartości zadanej.

Ponieważ układy regulacji dwupołożeniowej są niestabilne, do oceny ich jakości stosuje się inne kryteria niż w przypadku regulacji ciągłej, od której wymaga się stabilności

3

---