POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Im. Ignacego Łukasiewicza

Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa

Katedra Awioniki i Sterowania

Laboratorium Podstaw Elektroniki

Temat: Regulator temperatury.

Katarzyna Kozendra

Łukasz Krawczyk

Gr.L4

II LiK

1.Wstęp teoretyczny.

Regulator E5CK firmy Omron pozwala na wykonywanie pomiarów w dwóch trybach: ON/OFF- spełnia wtedy funkcjię regulatora dwupołożeniowego oraz PID- funkcja o działaniu ciągłym (wproporcjonalno-różniczkowo-całkujący).
Regulator dwupołożeniowy- jest najprostszym układem regulacji ze sprzężeniem zwrotnym. Regulator posiada możliwość ustawienia wartości zadanej i posiada dwa stany wyjściowe. Charakteryzuje się punktem przełączania, równym wartości zadanej, powyżej której jego wyjście przyjmuje jeden stan, a poniżej której wyjście przyjmuje drugi stan. Cechą charakterystyczną dla pracy regulatora dwupołożeniowego jest ciągłe oscylowanie błędu regulacji - stan obiektu podlega ciągłym wahaniom wokół wartości zadanej. Amplituda drgań zależy od własności dynamicznych regulowanego obiektu oraz czujnika pomiarowego. Jeżeli bezwładność obiektu lub czujnika pomiarowego jest duża, to pojawiają się oscylacje wartości wyjściowej o poziomie niemożliwym do zaakceptowania.

Regulator o działaniu ciągłym (w naszym przypadku PID)-jego podstawową cechą charakterystyczną jest ciągłość sygnału wyjściowego zarówno jeśli chodzi o jego poziom jak i dziedzinę czasu. Sygnał sterujący regulatorów o działaniu ciągłym jest wyznaczany w zależności od uchybu regulacji, czyli wartości o jaką różni się stan obiektu od wartości zadanej. Składa się z trzech członów:

- części proporcjonalnej Kp* e(t) - uwzględniającej stan aktualny obiektu. Aktualny uchyb mnoży przez wzmocnienie proporcjonalne i podaje tak utworzony sygnał na wyjście regulatora.

- części całkująca Ki *1/Ti∫e(t)dt - uwzględniającej stan przeszły obiektu. Co okres całkowania sumuje wartość uchybu. Zsumowaną wartość mnoży przez wartość wzmocnienia części całkującej i tak uzyskany sygnał podaje na wyjście regulatora.

-część różniczkująca Td*(d/dt)e(t) - uwzględnia stan przyszły obiektu. Obliczona pochodna jest informacją o szybkości przyszłych zmian stanu obiektu. Pochodna jest mnożona przez współczynnik oznaczający czas wyprzedzenia i dodawana na wyjście regulatora.

-części różniczkującej Td*(d/dt)e(t) - uwzględniającej stan przyszły obiektu. Obliczona pochodna jest informacją o szybkości przyszłych zmian stanu obiektu. Pochodna jest mnożona przez współczynnik oznaczający czas wyprzedzenia i dodawana na wyjście regulatora.

Ogólne równanie opisujące pracę regulatora PID ma postać:

u(t)=Kp* e(t) +Ki *1/Ti∫e(t)dt +Td*(d/dt)e(t)

gdzie:

e(t) - uchyb

Kp - wzmocnienie części proporcjonalnej regulatora

Ki - wzmocnienie części całkującej

Ti - stała czasowa całkowania

Td - stała czasowa różniczkowania - czas wyprzedzenia

Stanowisko badawcze.

Stanowisko pomiarowe

2. Cel i przebieg ćwiczenia.

1. Podłączenie elementów według schematu.

2. Zaprogramowanie regulatora na stabilizację temperatury(50^oC) w trybie ON/OF.

Czas	Temp.
[s]	[°C]
0	31
2	31,6
4	35
6	39,9
8	43,4
10	47,3
12	51,1
14	52,8
16	55
18	56,2
20	57
22	57,5
24	57,6
26	57,5
28	57,2
30	56,5
32	55,8
34	55,1
36	54,2
38	53,4
40	52,6
42	51,8
44	51,3
46	50,7
48	50,2
50	49,6
52	49,4
54	49
56	48,9
58	49
60	49
62	49
64	49
66	49,1
68	49,2
70	49,4
72	49,5
74	49,6
76	49,7
78	49,8
80	49,9
82	50
83	50,1
84	50,1
85	50,1
86	50,1
87	50,2

3. Zaprogramowanie regulatora na stabilizację temperatury(50^oC) regulatorem PID ( 1. dla P=5, I=8, D=3 2. dla P=5, I=8, D=30 3 .dla P=3, I=8, D=30

4. Rozłączenie układu.

3.Wyniki pomiarów.

Tryb ON/OF Tryb PID ( dla P=5, I=8, D=3)

Czas	Temp.
[s]	[°C]
0	30
2	30,7
4	34,2
6	38,4
8	44
10	48,3
12	52,1
14	53,5
16	52,6
18	50,9
20	49,1
22	48,6
24	51,7
26	53,4
28	52,9
30	51,5
32	50
34	48,7
36	50
38	52,1
40	53,2
42	52,5
44	50,8
46	49,3
48	48,9
50	51,2
52	53
54	53,2
56	52,2
58	50,8
60	49,7

.

Tryb PID (dla P=5, I=8, D=30)

Czas	Temp.
[s]	[°C]
0	33,4
2	35,9
4	39
6	42,9
8	44,9
10	45,3
12	45,4
14	46,3
16	48,2
18	49,4
20	50,6
22	51,5
24	52
26	52,5
28	53,2
30	53,9
32	54,4
34	54,9
36	55,1
38	55,3
40	55,4
42	55,6
44	55,6
46	55,6
48	55,5
50	55,3
52	55,2
54	55
56	54,8
58	54,5
60	54
62	53,8
64	53,4
66	53,2
68	52,9
70	52,5
72	52,2
74	51,8
76	51,5
78	51,2
Czas	Temp.
[s]	[°C]
80	50,9
82	50,7
84	50,4
86	50,1
88	50
90	49,7
92	49,6
94	49,4
96	49,3
98	49,2
100	49,1
102	49
104	48,9
106	48,9
108	48,8
110	48,8
112	48,8
114	48,8
116	48,8
118	48,9
120	48,9
122	49
124	49
126	49
128	49,1
130	49,2
132	49,3
134	49,3
136	49,4
138	49,5
140	49,5
142	49,6
144	48,7
146	49,8
148	49,8
150	49,9
152	50
154	50,1
156	50
158	50,1




Tryb PID ( dla P=3, I=8, D=30)

Czas	Temp.
[s]	[°C]
0	33,6
2	33,6
4	35
6	38,7
8	42,5
10	44,9
12	46
14	46,6
16	47,2
18	48,1
20	49,2
22	49,9
24	50,7
26	51,1
28	51,5
30	52,1
32	52,6
34	53,1
36	53,2
38	53,3
40	53,4
42	53,6
44	53,8
46	53,8
48	53,9
50	53,6
52	53,5
54	53,4
56	53,3
58	53,2
60	52,9
62	52,6
64	52,4
66	52,3
68	52,1
70	51,9
72	51,6
74	51,3
76	51,1
Czas	Temp.
[s]	[°C]
78	51
80	50,8
82	50,5
84	50,3
86	50,1
88	50
90	50
92	49,8
94	49,6
96	49,5
98	49,5
100	49,4
102	49,4
104	49,3
106	49,3
108	49,2
110	49,3
112	49,3
114	49,3
116	49,2
118	49,3
120	49,3
122	49,4
124	49,4
126	49,4
128	49,4
130	49,5
132	49,6
134	49,7
136	49,7
138	49,7
140	49,7
142	49,8
144	49,9
146	49,9
148	49,9
150	49,9
151	50
152	50,1




4.Wykresy.

Tryb ON/OF




Tryb PID ( dla P=5, I=8, D=3)




Tryb PID (dla P=5, I=8, D=30)




Tryb PID ( dla P=3, I=8, D=30)




4.Wnioski.

Z wykresu przedstawiającego zależność temperatury od czasu dla regulatora ustawionego w tryb dwupołożeniowy (wykres I) jasno wynika, że regulator cały czas oscyluje wokół zadanej temperatury- raz powyżej niej, drugi raz poniżej. Przeprowadzone pomiary potwierdziły charkterystyczną cechę tego regulatora, a mianowicie w/w oscylowanie wokół zadanej wartości. Kolejne trzy wykresy przedstawiają zależność temperatury od czasu dla regulatora PID przy różnych nastawach czasów różniczkowania. Cechą wspólną dla tych wykresów, odróżniającą działanie regulatora PID od dwupołożeniowego jest fakt, że regulator ten po pewnym czasie stabilizuje temperaturę na zadanym poziomie. Zmiana nastaw czasu różniczkowania wpływa na wydłużenie czasu po którym regulator ustabilizuje temperaturę na zadanym poziomie oraz wpływa na jej wartość przy której regulator zacznie ją stabilizować (2'C różnicy na korzyść nastawy D=30 w porównaniu do D=3). Sprawia to, że proces regulacji temperatury ma łagodniejszy przebieg- kształt wykresu po zmianie nastawy jest bardziej płaski. Natomiast zmiana wspólczynnika proporcjonalności nie wpływa na kształt przebiegu (wykres dla nastawy P= 3 jest podobny do wykresu dla nastawy P=5), lecz obniża o 2'C próg temperatury, przy którym regulator zacznie stabilizować temperature do zadanego poziomu.













---