1. WSTĘP TEORETYCZNY

Ze względu na sposób działania układy automatycznej regulacji można podzielić na:

- układy o działaniu ciągłym,

- układy o działaniu nieciągłym.

W układach o działaniu ciągłym wszystkie elementy układu działają w sposób ciągły w czasie i poziomie. Oznacza to, że wszystkie sygnały są funkcjami ciągłymi i mogą przybierać każdą wartość (od najmniejszej do największej) znajdującą się w normalnym obszarze ich zmienności.

Układy o działaniu nieciągłym (dyskretnym) zawierają przynajmniej jeden element o działaniu dyskretnym w czasie lub poziomie. Sygnały wyjściowe tych elementów mogą przyjmować tylko niektóre, wybrane wartości lub występują tylko w wybranych chwilach czasu. Przykładem układów o działaniu nieciągłym są układy regulacji dwustawnej.

Wielkość wyjściowa regulatora w dwustawnych układach regulacji może przyjmować tylko dwie wartości: minimalną i maksymalną. Regulacja dwustawna jest najczęściej stosowana w układach regulacji temperatury.

Regulatory dwustawne można podzielić pod względem konstrukcji na:

- regulatory z bezpośrednim przełączaniem zestyku,

- regulatory z pośrednim przełączaniem zestyku (z miernikiem wychyłowym lub elektroniczne).

2. ZADANIA DO WYKONANIA

1. Wyznaczyć model Kupfmullera obiektu o transmitancji operatorowej

Gdzie: T₀ = 15,5 s

T_Z = 179 s

∆y = 203 ms

∆U = 83V

2. Zamodelować obiekt w Matlabie

3. Skonstruować dwustawny układ regulacji obiektu

4. Dodać sprzężenia zwrotne i sprawdzić działanie układu

3. CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Obiekt ma transmitancję operatorową

Rys. 3.1. Schemat układu regulacji dwustawnej bez korekcji

Rys. 3.2. Charakterystyka skokowa badanego obiektu

Charakterystyka ta nie przybliża jednak wystarczająco dokładnie obiektu rzeczywistego, dlatego dokonano poprawy poprzez zmianę zastępczej stałej czasowej obiektu z T_Z = 179 s na T_Z = 130 s. Bardziej dokładna charakterystyka skokowa obiektu jest przedstawiona na rysunku 3.3.

Rys. 3.3. Charakterystyka skokowa badanego obiektu dla T_Z = 130 s

Jak widać na rysunku 3.3 regulacja dwustawna bez korekcji cechuje się dużą oscylacyjnością, co jest oczywistą wadą tego rodzaju regulacji. Amplitudę oscylacji można zmniejszyć na kilka sposobów:

- dobierając y_max i y_min,

- dobierając regulator o małej lub ujemnej strefie histerezy,

- dobierając regulator z członami korekcyjnymi.

Rys. 3.4. Schemat układu regulacji dwustawnej z pojedynczym inercyjnym sprzężeniem zwrotnym

Rys. 3.5. Charakterystyka skokowa dla układu regulacji dwustawnej z pojedynczym inercyjnym sprzężeniem zwrotnym

Z analizy powyższego wykresu można wywnioskować, iż układ regulacji dwustawnej z pojedynczym sprzężeniem zwrotnym cechuje się znacznie mniejszą amplitudą oscylacji, niż układ bez sprzężenia zwrotnego. Jednak wadą takiego rozwiązania jest wzrost częstotliwości oscylacji.

Regulator dwustawny z pojedynczym inercyjnym sprzężeniem zwrotnym ma właściwości zbliżone do regulatora typu PD.

Rys. 3.6. Schemat układu regulacji dwustawnej z podwójnym inercyjnym sprzężeniem zwrotnym

Rys. 3.7. Charakterystyka skokowa dla układu regulacji dwustawnej z podwójnym inercyjnym sprzężeniem zwrotnym

Jakość regulacji z podwójnym inercyjnym sprzężeniem zwrotnym jest lepsza niż w przypadku pojedynczego sprzężenia zwrotnego. Widać, że amplituda oscylacji uległa zmniejszeniu, znacznie wzrosła jednak ich częstotliwość.

Regulator z dwoma członami inercyjnymi w sprzężeniu ma charakter zbliżony do regulatora typu PID.

Rys. 3.8. Porównanie jakości regulacji w układzie bez sprzężenia zwrotnego oraz z pojedynczym i podwójnym inercyjnym sprzężeniem zwrotnym

4. PODSUMOWANIE I WNIOSKI

Na podstawie przeprowadzonych badań można dojść do następujących wniosków:

• Najgorszą jakością regulacji cechuje się układ regulacji dwustawnej bez inercyjnego sprzężenia zwrotnego, gdyż amplituda oscylacji jest bardzo duża.

• Nieco lepiej wypada układ regulacji z pojedynczym sprzężeniem zwrotnym, ponieważ amplituda oscylacji jest mniejsza. Wzrosła niestety częstotliwość oscylacji.

• Najlepszą jakość regulacji zapewnia układ z podwójnym inercyjnym sprzężeniem zwrotnym, który charakteryzuje się najmniejszą amplitudą oscylacji, oraz którego właściwości zbliżone są do regulatora PID. Minusem takiego rozwiązania jest jednak znaczny wzrost częstotliwości oscylacji.