Ćw. nr 7: ELEKTRONICZNY REGULATOR PID

Paulina Grzejda

Paulina Godos

Ewelina Tomaszewska

Łukasz Kuciński

Cel zadania: Porównanie statycznych i dynamicznych właściwości układów ręcznej, dwupołożeniowej i ciągłej regulacji poziomu cieczy w zbiorniku. Działanie przemysłowego regulatora elektronicznego PID, międzysystemowego przetwornika elektropneumatycznego oraz zaworu regulacyjnego z pneumatycznym siłownikiem tłokowym i ustawnikiem pozycyjnym. Doświadczalne określenie optymalnych nastaw regulatora PID metodą Zieglera i Nicholsa.

1. Ogólny schemat blokowy regulatora PID.

Krótki opis:

E- regulator elektroniczny

P- ciśnienie (regulator proporcjonalny)

UP- ustawnik pozycyjny

+- napięcie wejściowe

D- automatyczna regulacja dwupołożeniowa (jeden z przełączników układu pracy)

Trzy sygnały napięciowe: U_PD, U_P, U_PI

I- prąd (regulator całkujący)

2. Tabele z wynikami, zapis rejestratora ze wszystkimi wykonanymi doświadczeniami.

- w załączniku

3. a) Wykresy charakterystyk statycznych układu sterowania zaworem (trzy):

Wykres 1

Wykres 2

Wykres 3

b) Wykres charakterystyki ciągłego czujnika poziomu wody:

Wykres 4

4. Wartości błędów sterowania i regulacji +e_max, -e_max i ∆E_max dla:

a) sterowania ręcznego

	Ręczne sterowanie h=50%
		Paulina Godos	Paulina Grzejda	Łukasz Kuciński	Ewelina Tomaszewska
+ emax	22%	18%	19%	10%
- emax	35%	35%	21%	20%
∆Emax	57%	53%	40%	30%

Obliczenia:

∆ E_max = + e_max + │- e_max │

Paulina Godos: ∆ E_max= 22+35= 57%

Paulina Grzejda: ∆ E_max = 18+35=53%

Łukasz Kuciński: ∆ E_max = 19+21=40%

Ewelina Tomaszewska: ∆ E_max = 10+20=30%

b) regulacji automatycznych

Dwupołożeniowa regulacja wody h=50%
ZO - 100%	ZO - 50%
16%	13%
15%	16%
32%	29%

Obliczenia:

∆ E_max = + e_max + │- e_max │

ZO - 100%: ∆ E_max= 16+15=32%

ZO - 50% : ∆ E_max= 13+16= 29%

5. Obliczenia optymalnych nastaw regulatora PID.

Ciągła regulacja poziomu wody
w=25%	w=50%	w=75%
10%	11%	7%
2%	8%	5%
12%	19%	12%

6. WNIOSKI:

Z wyników doświadczenia dotyczącego ręcznego sterowania poziomem wody w zbiorniku sporządzono wykresy, z których zostały wyciągnięte następujące wnioski:

Na pierwszym wykresie przedstawiono zależność położenia zaworu S_z, która rośnie wraz ze wzrostem wielkości sygnału sterującego P_u.

Wykres drugi ukazuje rosnącą zależność wielkości sygnału pneumatycznego P_u, powodującą wzrost sygnału elektrycznego I_u.

Na trzecim wykresie pokazano, że wraz ze wzrostem sygnału elektrycznego I_u, wzrasta położenie zaworu S_z.

W przypadku czwartego wykresu, który ukazuje charakterystykę dwupołożeniowego czujnika poziomu wody, pokazana została rosnąca zależność wielkości sygnału I_y z wzrastającym poziomem wody h.

W doświadczeniu z ręcznym sterowaniem poziomu wody w zbiorniku początkowe rozbieżności w wynikach spowodowane były koniecznością zapoznania się z obsługą komputera, natomiast dalsze części pomiarów zostały przeprowadzone poprawnie.

Można zaobserwować, że jeśli dość długo będzie przytrzymywany jeden z dwóch przycisków sterowania ręcznego, wówczas dojdzie do dużych odchyleń względem wartości, którą chcieliśmy uzyskać, co zapisane zostało na taśmie rejestratora.

W doświadczeniu z dwupołożeniowym czujnikiem poziomu wody widoczne jest niewielkie opóźnienie w funkcjonowaniu zaworu regulacyjnego. Jednak z wykresów wynika, że większy maksymalny błąd względny ∆E_max występuje w sterowaniu ręcznym.

Obliczenia optymalnej wartości nastaw regulatora dokonano po określeniu krytycznego wzmocnienia regulatora i okresu oscylacji.

Z obserwacji układu ciągłej regulacji poziomu wody z optymalnymi nastawami regulatora PID można zauważyć, że odchylenia są znacznie mniejsze względem wartości, których chcieliśmy uzyskać, dzięki wprowadzeniu optymalnych nastaw regulatora, co ma wpływ na jego dokładniejszą pracę.

Zależność położenia zaworu S_z od wielkości sygnału sterującego P_u

Zależność położenia zaworu S_z od wielkości

sygnału elektrycznego I_u

Zależność wielkości sygnału P_u od wielkości

sygnału elektrycznego I_u

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

20

40

60

80

100

P

u

[kPa]

S

z

[%]

0

1

2

3

4

5

6

0

20

40

60

80

I

u

[mA]

P

u

[kPa]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

1

2

3

4

5

6

I

u

[mA]

S

z

[%]

---