Instrukcja ćwiczenia

Ćwiczenie nr	1
Temat :	Badanie pneumatycznej kaskady sterującej .
Stanowisko laboratoryjne	1
Opracował :

Obowiązuje w roku akademicki

Rok akademicki	Zatwierdził	Data	Podpis
2008	Prof.dr inż A Brandowski	2008.02.10

Akademia Morska

Katedra Podstaw Techniki

Instrukcja nr.1

1. Temat ćwiczenia:

Badanie pneumatycznej kaskady sterującej.

2. Cel ćwiczenia:

celem ćwiczenia jest doświadczalne uzyskanie charakterystyki kaskady sterującej, zapoznanie się z elementami i zasadą działania.

3. Zakres wymaganych wiadomości:

podział oporów, sposoby łączenia, rodzaje wymuszeń

4. Przebieg ćwiczenia:

połączyć układ w/g podanego schematu na stanowisku pomiarowym, podać na kaskadę ciśnienie zasilania [140kPa], zmieniając wejście[x] co 0,01mm lub 0,005mm notować wskazania[y], na podstawie wyników opracować wykres.

5. Pomoce i urządzenia:

równoważnia pneumatyczna ze śrubą mikrometryczną, stacja pneumatyczna.

6. Treść sprawozdania:

krótka część wstępna, tabele, wykresy p_k = f(x), schemat pomiarowy z oznaczeniem elementów w/g symboliki znormalizowanej, wnioski.

SCHEMAT STACJI PNEUMATYCZNEJ

Płyta czołowa stacji pneumatycznej:

1. manometr

2. komora pojemnościowa

3. rejestrator

4. zawór 2-położeniowy 3-drogowy

5. stacyjka operacyjna

6. stacyjka zasilania [0 - 140 kPa]

7. wskaźnik ciśnienia

8. zawory odcinające

9. linie pneumatyczne

10- końcówki połączeń pneumatycznych

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest doświadczalne uzyskanie charakterystyki kaskady sterującej, zapoznanie się z elementami i zasadą działania.

2. Wprowadzenie:

Układ złożony z oporów połączonych szeregowo nazywa się kaskadą oporów, a ciśnienie w przestrzeni między tymi oporami - ciśnieniem kaskadowym. Kaskadę typu dysza-przesłona, pokazaną na rysunku 1, nazywa się kaskadą sterującą.

Rys.1. Kaskada sterująca:

1 - opór stały, 2 - komora, 3 - dysza, 4 - przysłona, p_z - ciśnienie zasilające, p_k - ciśnienie w kaskadzie, x - odległość przysłony od dyszy

Na wlocie do kaskady powietrza zasilającego znajduje się opór stały 1. Opór nastawny kaskady składa się z dyszy 3 i przysłony 4. Oba opory są połączone szeregowo za pośrednictwem komory 2.

Powietrze zasilające o stałym ciśnieniu p_z przepływa przez opór 1 o stałym polu przekroju A₁ do komory 2, skąd przez opór nastawny do atmosfery. Sygnałem wejściowym do kaskady jest zmiana odległości x pomiędzy wylotem dyszy 3 i przysłoną 4, a sygnałem wyjściowym jest zmiana wartości ciśnienia kaskadowego p_k. Zmniejszenie odległości x o wartość Δx powoduje zwiększenie wartości ciśnienia p_k o wartość Δp_k.

Zależność pomiędzy ciśnieniem kaskadowym p_k w stanie ustalonym i odległością x od przysłony do wylotu dyszy nazywa się charakterystyką statyczną kaskady sterującej.

Natężenie Q_x powietrza wypływającego z kaskady (do atmosfery, a więc traconego) ma małą wartość dzięki temu, że oporność oporu stałego i nastawnego jest duża. Oznacza to, że moc sygnału N_k = p_k * Q_x , którym można byłoby obciążyć kaskadę, jest mała. Urządzenia pneumatyczne, np. siłowniki, będą pracowały z dobrą szybkością, gdy doprowadzony do nich sygnał ma dużą moc. Sygnał o dużej mocy realizuje układ kaskada - wzmacniacz mocy. W układzie tym ciśnienie kaskadowe p_k tylko steruje przepuszczaniem przez wzmacniacz powietrza o ciśnieniu p_y i dużym natężeniu przepływu Q.

Własności zmodyfikowanej kaskady sterującej, w której opór stały ma kształt zwężki Venturiego, omawia literatura.

3. Stanowisko pomiarowe:

Badana kaskada sterująca jest częścią równoważni pokazanej na rysunku 2.

Rys. 2. Równoważnia pneumatyczna

1 - kaskada sterująca, 2 - ogranicznik, 3 - sprężyna płaska, 4 - mieszek sprężysty podpierający przysłonę, 5 - dźwignia z przysłoną.

Równoważnia jest dodatkowo wyposażona w śrubę mikrometryczną, za pośrednictwem której zmienia i mierzy się odległość x pomiędzy dyszą a przysłoną.

Rys.3. Schemat połączeń stanowiska pomiarowego kaskady sterującej

1 - źródło ciśnienia zasilania, 2 - kaskada sterująca z mikromierzem, 3 - manometr, 4 - zadajnik ciśnienia do mieszka podpierającego przesłonę

4. Przebieg ćwiczenia

W celu wyznaczenia charakterystyk statycznych należy połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 3 oraz wykonać następujące czynności:

1. Kaskadę należy zasilić ciśnieniem p_z = 140 kPa .

2. Podać z zadajnika ciśnienie (ok. 60 kPa) do mieszka podpierającego przysłonę do śruby mikrometrycznej

3. Należy zmieniać odległość x pomiędzy dyszą a przysłoną od 0 do 0,1 mm co 0,02 mm, a następnie od 0,1 mm do 0,15 mm co 0,01 mm, odczytując wartość ciśnienia pk po każdej nowej nastawie x.

4. Wartość odległości x oraz ciśnienia p_k należy zapisać w tabeli pomiarowej (Tabela 1).

5. Powtórzyć pomiary zmniejszając odległość x pomiędzy dyszą a przysłoną od 0,15 mm do 0,1 mm co 0,01 mm, a następnie od 0,1 mm do 0 co 0,02 mm. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 1.

Tabela 1:

Tabela pomiarowa
Rosnąca odległość x			Malejąca odległość x
Nr. pomiaru	x [mm]	Pk [kPa]	Nr. pomiaru	x[mm]	Pk [kPa]

5. Sprawozdanie z ćwiczenia

W sprawozdaniu należy podać:

1. Schemat połączeń układu pomiarowego z oznaczeniem elementów wg symboliki znormalizowanej wraz z krótkim opisem ćwiczenia.

2. Wykresy p_k = f(x) na jednym arkuszu z zaznaczonym polem histerezy oraz linearyzację charakterystyki statycznej badanego układu..

3. Wyznaczyć charakterystykę statyczną układu opisanego różniczkowym równaniem podanego przez prowadzącego.

4. Przeprowadzić linearyzację charakterystyki statycznej w punkcie pracy i podać równanie zlinearyzowane.

6. Pytania kontrolne

1. Definicja charakterystyki statycznej i współczynnika wzmocnienia układu.

2. Równanie różniczkowe i charakterystyka statyczna układu.

3. Linearyzacja charakterystyki statycznej.

4. Budowa i zasada działania kaskady sterującej.

Instrukcja ćwiczenia

Ćwiczenie nr	2
Temat :	Badanie pneumatycznych wzmacniaczy mocy.
Stanowisko laboratoryjne	2
Opracował :

Obowiązuje w roku akademicki

Rok akademicki	Zatwierdził	Data	Podpis
2008	Prof.dr inż A Brandowski	2008.02.10

Akademia Morska

Katedra Podstaw Techniki

Instrukcja nr. 2

1. Temat ćwiczenia:

Badanie pneumatycznych wzmacniaczy mocy.

2. Cel ćwiczenia:

Ćwiczenie z pneumatycznymi wzmacniaczami mocy typu mieszkowego oraz membranowego, zwanych dalej wzmacniaczem mieszkowym albo wzmacniaczem membranowym, ma na celu

• zapoznanie się z budową i działaniem wzmacniaczy,

• badanie charakterystyk statycznych i przepływowych wzmacniaczy.

• badanie współpracy kaskady sterującej ze wzmacniaczem

3. Zakres wymaganych wiadomości:

podział wzmacniaczy, połączenie kaskada-wzmacniacz, wypadkowa charakterystyka statyczna, rodzaje wymuszeń,

4. Przebieg ćwiczenia:

połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem, zamknąć opór wypływu ciśnienie P_y do atmosfery, doprowadzić ciśnienie zasilania P_z do wzmacniacza, ustawić punkt pracy wzmacniacza podany przez prowadzącego, zwiększając wartość ciśnienia P_x odczytywać ciśnienie P_y na podstawie wyników opracować wykresy.

5. Pomoce i urządzenia:

wzmacniacze, opór nastawny, przepływomierze, stacja pneumatyczna.

6. Treść sprawozdania:

krótka część wstępna, tabele, wykresy P_y = f(P_x), P_y = f(Q), schemat pomiarowy z oznaczeniem elementów w/g symboliki znormalizowanej, wnioski.

1. Cel ćwiczenia

Ćwiczenie z pneumatycznymi wzmacniaczami mocy typu mieszkowego oraz membranowego, zwanych dalej wzmacniaczem mieszkowym albo membranowym, ma na celu :

• zapoznanie się z budową i działaniem wzmacniaczy

• badanie charakterystyk statycznych i przepływowych wzmacniaczy

• badanie współpracy kaskady sterującej ze wzmacniaczem

2. Wprowadzenie

Sygnały ciśnienia pomiędzy urządzeniami przekazywane są przewodami rurowymi, nazywanymi liniami sygnałowymi, których długość dochodzi do 300m. Do linii sygnałowej mogą być dołączone różne urządzenia, np. siłowniki pneumatyczne.

Potrzeba wywołania szybkiej zmiany ciśnienia w linii lub w siłowniku wymaga dostarczenia do niej sygnału o dużej mocy: N = Q _* p_y gdzie Q oznacza natężenie przepływu powietrza o ciśnieniu p_y. Sygnał o dużej mocy zapewnia układ kaskada-wzmacniacz.
W układzie tym wzmacniacz można przyrównać do zaworu przepuszczającego powietrze
o dużym natężeniu Q i ciśnieniu p_y, w którym ciśnienie kaskadowe p_x steruje wysokością podniesienia grzybka zaworu.

Schemat konstrukcyjny wzmacniacza mieszkowego przedstawia rysunek 1.

Rys.1. Wzmacniacz mieszkowy

K - ciśnienie kaskadowe, Z - ciśnienie zasilania, Y - ciśnienie wyjściowe, 1 - obudowa, 2 - śruba regulacyjna, 3 - sprężyna, 4 - mieszek wewnętrzny, 5 - odpowietrzenie, 6 - mieszek zewnętrzny, 7- zawór kulowy regulacyjny, 8- przegroda

Sprężyna, wstępnie ugięta śrubą regulacyjną 2, przy małym ciśnieniu kaskadowym na wejściu K dociska na przegrodę wraz ze zaworem kulowym 7 nie przepuszczając powietrza przez niego do wyjścia Y. Zwiększając ciśnienie kaskadowe K do mieszka zewnętrznego 6, zwiększa się siła oddziaływania ciśnienia na powierzchnię przegrody. W momencie pokonania siły ugięcia sprężyny, siła ta podnosi przegrodę wraz ze zaworem kulowym ku górze, otwierając przelot powietrza z zasilania Z do wyjścia Y. Ciśnienie powietrza na wyjściu Y jest zależne od stopnia otwarcia zaworu kulowego (dławienia), czyli od ciśnienia sterującego na wejściu K. Za pomocą wzmacniacza, ciśnienie kaskadowe K o małej mocy może sterować sygnałem na wyjściu o większej mocy. W układach automatyki pneumatycznej sygnał ten jest unormowany zwany sygnałem standardowym, pracujący w zakresie 0 - 100 kPa. Jest to zakres, w którym charakterystyka statyczna układu kaskada-wzmacniacz powinna być prostoliniowa. Uzyskuje się to poprzez ustawienie punktu pracy wzmacniacza do punktu pracy kaskady sterującej (najczęściej jest to środek odcinka liniowego charakterystyki statycznej).

Punktem pracy wzmacniacza nazywa się taką wartość pracy ciśnienia p_x na wejściu do wzmacniacza, przy której wartość ciśnienia p_y na wyjściu ze wzmacniacza wynosi 60 kPa. Punkt pracy wzmacniacza mieszkowego ustala się za pomocą śruby regulacyjnej 2.

Współczynnikiem wzmocnienia k wzmacniacza nazywa się iloraz przyrostu ciśnienia wyjściowego ze wzmacniacza Δp_y do wywołującego go przyrostu ciśnienia wejściowego Δp_x

Schemat konstrukcyjny wzmacniacza membranowego przedstawia rysunek 2.

Rys. 2 Wzmacniacz membranowy .

1 - ciśnienie zasilania , 2 - ciśnienie wyjściowe , 3 - ciśnienie sterujące. 4 - śruba regulacyjna, 5 - odpowietrzenie, 6 - opór stały, 7 - zawór kulowy regulacyjny, 8 - sprężyna, 9 - membrana .

Graficzne wyznaczanie charakterystyk statycznych połączenia kaskada-wzmacniacz

Kaskada i wzmacniacz są połączone szeregowo. Sygnał wyjściowy z kaskady jest wielkością wejściową do wzmacniacza. Na rysunku 3 pokazano metodę doboru punktu pracy wzmacniacza do kaskady sterującej oraz metodę graficznego wyznaczania wypadkowej charakterystyki statycznej układu szeregowego połączenia kaskada-wzmacniacz.

Rys. 3. Graficzne wyznaczanie charakterystyk statycznych połączenia kaskada-wzmacniacz

3. Stanowisko pomiarowe

Schemat stanowiska do wyznaczenia charakterystyk statycznych ciśnieniowych i przepływowych wzmacniaczy przedstawia rysunek 3.

zasilanie 140 kPa

Rys.4. Schemat stanowiska do wyznaczenie charakterystyk statycznych i przepływowych wzmacniaczy

1 - reduktor ciśnienia, 2 - manometr, 3 - wzmacniacz, 4 - opór nastawny, 5 - przepływomierz

4. Przebieg ćwiczenia

W celu wyznaczenia charakterystyk statycznych wzmacniaczy należy:

1.1. Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 4.

1.2. Zamknąć opór 4, doprowadzić ciśnienie zasilania p_z = 140 kPa do wzmacniacza.

1.3. Ustawić punkt pracy wzmacniacza podany przez prowadzącego.

1.4. Zwiększając wartość ciśnienia p_x co 0,5 kPa i odczytywać ciśnienie p_y.

Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 1.

Pomiary powtórzyć dla następnego punktu pracy wzmacniacza.

Tab. 1

Tabela pomiarowa charakterystyki wzmacniacza mieszkowego
Punkt pracy: Pp1= [kPa]			Punkt pracy: Pp2= [kPa]
Nr pomiaru	Px [kPa]	Py [kPa]	Nr pomiaru	Px [kPa]	Py [kPa]

W celu wyznaczenia charakterystyki przepływowej wzmacniacza, przy uprzednio ustalonym punkcie jego pracy

1.1. Doprowadzić ciśnienie p_y do wartości podanej przez prowadzącego ćwiczenie.

1.2. Zmieniając wartość oporu 4 odczytywać na przepływomierzu 5 natężenie Q i ciśnienie p_y przepływającego powietrza.

Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 2.

Tab. 2

Tabela pomiarowa charakterystyki przepływowej wzmacniacza
Dla punktu pracy: Pp= [kPa]
mieszkowego			membranowego
Nr pomiaru	Q [dm^3/h]	Py [kPa]	Nr pomiaru	Q [dm^3/h]	Py [kPa]

Pomiary powtórzyć dla wzmacniacza membranowego.

5. Sprawozdanie z ćwiczenia

W sprawozdaniu należy podać:

1. Schemat połączeń układu pomiarowego z oznaczeniem elementów wg symboliki znormalizowanej wraz z krótkim opisem ćwiczenia.

2. Schemat blokowy i transmitancję operatorową wzmacniacza mieszkowego.

3. Wykresy p_y = f(p_x) na jednym arkuszu, a wykresy p_y = f(Q) na drugim arkuszu.

4. Linearyzację charakterystyk statycznych wzmacniaczy oraz jego współczynnik wzmocnienia.

5. Graficznie wyznaczyć wypadkową charakterystykę statyczną układu kaskada-wzmacniacz (charakterystyka statyczna kaskady z tematu 1).

6. Wnioski.

Instrukcja ćwiczenia

Ćwiczenie nr	3
Temat :	Badanie dynamiki podstawowych członów automatyki.
Stanowisko laboratoryjne	3
Opracował :

Obowiązuje w roku akademicki

Rok akademicki	Zatwierdził	Data	Podpis
2008	Prof.dr inż A Brandowski	2008.02.10

Akademia Morska

Katedra Podstaw Techniki

Instrukcja nr.3

2. Temat ćwiczenia:

Badanie dynamiki podstawowych członów automatyki.

2. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie odpowiedzi układów inercyjnych na wymuszenie skokowe i sinusoidalne.

3. Zakres wymaganych wiadomości:

podział oporów, sposoby łączenia, rodzaje członów automatyki, wymuszeń i ich odpowiedzi, charakterystyka częstotliwościowa,

4. Przebieg ćwiczenia:

połączyć układ w/g podanego schematu na stanowisku pomiarowym, podać na wejściu sygnał skokowy lub sinusoidalny i zarejestrować odpowiedzi na komputerze.

5. Pomoce i urządzenia:

zestaw oporów i pojemności, zestaw komputerowy z przetwornikami do rejestracji wyników i wygenerowania sygnału sinusoidalnego, stacja pneumatyczna.

6. Treść sprawozdania:

krótka część wstępna, schemat pomiarowy z oznaczeniem elementów w/g symboliki znormalizowanej, wykresy odpowiedzi członów na wymuszenie, obliczenie, tabele porównawcza, wnioski.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie odpowiedzi układów inercyjnych na wymuszenie skokowe i sinusoidalne.

2. Wprowadzenie

W układach pneumatycznych, np. w regulatorach, występują komory sztywne o pewnej objętości V, którą dalej oznaczać będziemy C, gdyż komory te zwane są również pojemnościami pneumatycznymi. W połączeniu z oporami (zwężkami) tworzą one człony inercyjne. Na rysunku 3 podano przykłady członów inercyjnych pneumatycznych oraz ich odpowiedniki w układach elektrycznych.

a

b

c

Rys.1. Człony inercyjne RC

a - I rzędu, b - II rzędu, c - dzielnik ciśnienia z inercyjnością I rzędu

Równania ruchu i stała czasowa członu inercyjnego I rzędu:

Wyprowadzenie równania ruchu oraz obliczenie stałej czasowej członu inercyjnego I rzędu przy założeniu, że wielkością wyjściową jest Δp_y, a wejściową Δp_x. Stała czasowa obliczona jest dla przemiany adiabatycznej. Człon inercyjny został stworzony z komory o objętości V_k i oporu stałego o średnicy d i długości l.

Objętościowe natężenie przepływy przez opór wynosi:

gdzie :

(p_x-p_y)
- spadek ciśnienia na oporze,

V_k
- objętość komory,

d [
] - średnica oporu,

l [
] - długość oporu,

μ = 1,85*10^-6
- dynamiczny współczynnik lepkości dla powietrza o temp. 20 C,

R = 29,5
- stała gazowa dla powietrza,

χ = 1,4 - wykładnik adiabaty

γ = 1,2
- ciężar właściwy powietrza w temperaturze 20 C.

T_ko = 293
- temperatura otoczenia.

Dla przemiany adiabatycznej z równania stanu gazu otrzymamy:

(1)

Masowe natężenie przepływu powietrza przez kapilarę (opór) wynosi:

(2)

Przyrosty natężenia przepływu na skutek zmian ciśnienia:

(3)

Przyrost wagowego natężenia przepływu powietrza powoduje masowy przyrost powietrza
w komorze w jednostce czasu i jest mu równy liczbowo, a więc:

Po przekształceniu otrzymamy:

lub równanie ruchu:

(4)

gdzie stała czasowa T wynosi:
(5)

Wyznaczenie stałej czasowej T oraz współczynnika wzmocnienia k na podstawie odpowiedzi elementu inercyjnego na wymuszenie sinusoidalne.

Transmitancja widmowa elementu inercyjnego pierwszego rzędu jest następująca:

(6)

Część rzeczywistą i urojoną G(jω) wyznaczamy mnożąc licznik i mianownik transmitancji przez liczbę zespoloną sprzężoną z mianownikiem, stąd:

(7)

Z uzyskanego podczas ćwiczenia wykresu możemy odczytać wielkość przesunięcia fazowego φ(ω) oraz wielkość modułu M(ω) dla danej pulsacji ω, który jest równy stosunkowi amplitud:

, (8)

Z układu równań (9), po podstawieniu wzorów (7), możemy wyznaczyć wielkość stałej czasowej T oraz współczynnika k.

(9)

Stanowisko pomiarowe.

Podczas badania członów inercyjnych korzysta się ze stacji oraz z zestawów laminarnych oporów pneumatycznych i komór. Przy oporach podano średnicę oraz długości zwężki np. ∅ 0,39 - 18, oznacza średnicę zwężki 0,39 mm, długość zwężki 18 mm.

Rys.2. Schemat stanowiska pomiarowego

1 - reduktor ciśnienia, 2 - manometr, 3 - zawór 2-położeniowy 3-drogowy, 4 - badany układ RC, 5 - przetwornik ciśnienia, 6 - karta analogowo-cyfrowa, 7 - komputer, 8 - drukarka,9 - przetwornik elektro-pneumatyczny,

4. Przebieg ćwiczenia

4.1. Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 2.

Uwaga: Dla wymuszeń skokowych połączyć układ jak na rysunku 2 pomijając element 9.

Dla wymuszeń sinusoidalnych nie podłączać elementów 1, 2, i 3.

4.2. Dla danego układu RC podać wymuszenie skokowe na wejściu do układu (wartości wymuszeń poda prowadzący)

4.3. Zarejestrować zmiany ciśnienia wyjściowego p_y

4.4. Powtórzyć punkty 4.2 i 4.3 dla wymuszenia sinusoidalnego

5. Sprawozdanie z ćwiczenia

W sprawozdaniu podać

5.1. Schematy połączeń układów pomiarowych z oznaczeniem elementów wg symboliki znormalizowanej wraz z krótkim opisem przebiegu ćwiczenia.

5.2. Obliczyć stałe czasowe ze wzoru 5 dla poszczególnych układów inercyjnych I rzędu
z oporami laminarnymi.

5.3. Odcinki taśmy z odpowiedziami układów inercyjnych z naniesionymi stałymi czasowymi, wyznaczonymi metodą stycznej.

5.4. Dla wymuszenia sinusoidalnego wyznaczyć parametry: moduł, przesunięcie fazowe
i stałą czasową.

5.5. Porównać wyniki otrzymane metodą graficzną z wynikami uzyskanymi metodą analityczną.

5.6. Wnioski.

Instrukcja ćwiczenia

Ćwiczenie nr	4
Temat :	Badanie charakterystyk częstotliwościowych członów automatyki
Stanowisko laboratoryjne	4
Opracował :

Obowiązuje w roku akademickim

Rok akademicki	Zatwierdził	Data	Podpis
2008	Prof.dr inż A Brandowski	2005.02.10

Akademia Morska

Katedra Podstaw Techniki

Instrukcja nr.4

1.Temat ćwiczenia:

Badanie charakterystyk częstotliwościowych członów automatyki

2. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk częstotliwościowych elementów automatyki.

3. Zakres wymaganych wiadomości:

Charakterystyka amplitudowo-fazowa, logarytmiczna charakterystyka amplitudowa, logarytmiczna charakterystyka fazowa oraz charakterystyka Blacka, rodzaje członów automatyki, wymuszeń i ich odpowiedzi.

4. Przebieg ćwiczenia:

Połączyć układ w/g podanego schematu na stanowisku pomiarowym, ustawić częstotliwość na wartość 10 Hz przez wciśnięcie odpowiedniego klawisza zakresu częstotliwości i obrót pokręteł dekadowych, wyzerować mierniki wychyłowe przy pomocy pokręteł SET ZERO, przy pomocy pokrętła AMPLITUDE ustalić żądane napięcie wyjściowe generatora, połączyć wyjście generatora z badanym układem i zwolnić klawisz GENERATOR OUTPUT MEASURE, przystąpić do pomiarów, zmieniając nastawy częstotliwości od 10 do 10000Hz, należy każdorazowo notować wskazania mierników R i Q oraz wskaźnika ćwiartki, pomiary powtórzyć dla układu inercyjnego I, II i III rzędu.

5. Pomoce i urządzenia:

Układy elektryczne zbudowane z oporników i kondensatorów elektrycznych połączonych za pomocą przewodów, generator z analizatorem sygnałów sinusoidalnych, płyty z zestawem oporników i kondensatorów elektrycznych, przewodów elektrycznych.

6. Treść sprawozdania:

Na podstawie danych umieszczonych w tabeli należy wykreślić charakterystykę amplitudowo-fazową, logarytmiczną charakterystykę amplitudową, logarytmiczną charakterystykę fazową oraz charakterystykę Blacka, dla wszystkich trzech badanych układów należy wyprowadzić równanie ruchu oraz transmitancje widmowe, charakterystyki teoretyczne, uzyskane z transmitancji widmowej należy porównać z charakterystykami doświadczalnymi, określić logarytmiczne asymptotyczne charakterystyki amplitudowe i fazowe poszczególnych układów inercyjnych i ich połączenia szeregowego.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk częstotliwościowych elementów automatyki.

2. Wprowadzenie teoretyczne

Charakterystykami częstotliwościowymi nazywamy zależności stosunku amplitud sinusoidalnych sygnałów wyjściowego i wejściowego oraz kąta przesunięcia fazowego między nimi od częstotliwości sygnału wejściowego.

W eksperymentalnym wyznaczaniu charakterystyk częstotliwościowych na wejście badanego układu podany jest sygnał sinusoidalny o postaci:

Odpowiedzią na to wymuszenie będzie sygnał również sinusoidalny o tej samej częstotliwości oraz o innej amplitudzie i przesunięciu fazowym.

Jeśli przyjmiemy, że wymuszenie jest sygnał zespolony
, odpowiedzią układu w stanie ustalonym będzie sygnał zespolony
.

Stosunek amplitud zespolonych sygnałów wyjściowego i wejściowych nazywamy transmitancją widmową

gdzie: M(ω)- stosunek amplitud sinusoidalnych sygnałów wyjściowego i wejściowego,

ϕ(ω)- przesunięcie fazowe pomiędzy sinusoidalnymi sygnałami wyjściowymi i wejściowymi.

Analitycznie transmitancje
otrzymuje się z transmitancji operatorowej
:

Transmitancja widmowa jest liczbą zespolona zależna od pulsacji ω. Można ją zatem napisać w postaci:

lub

gdzie:

- część rzeczywista,

- część urojona,

Stąd

Dla danej pulsacji ω₁ transmitancja widmowa wyznacza na płaszczyźnie liczb zespolonych punkt o współrzędnych
. Punkt ten można uważać za koniec wektora o długości M(ω₁) i kącie nachylenia względem osi odciętych równym ϕ(ω₁) (rys.1). Zbiór tych punktów, odpowiadających pulsacjom ω z przedziału (0, ∞) tworzy charakterystykę amplitudowo-fazową Nyquist'a.

Charakterystyką częstotliwościową amplitudową nazywa się wykres modułu M(ω) transmitancji widmowej w funkcji pulsacji ω. Charakterystyką częstotliwościową fazową nazywa się wykres argumentu ϕ(ω) transmitancji widmowej w funkcji pulsacji ω.

Rys. 1. Charakterystyka amplitudowo-fazowa Nyquist'a.

Bardzo często charakterystykę amplitudową wykreśla się w skali logarytmicznej i wówczas nosi ona nazwę logarytmicznej charakterystyki amplitudowej. Wprowadza się przy tym pojęcie modułu logarytmicznego

Jednostką modułu logarytmicznego jest decybel [dB]. Dziesięciokrotna zmiana pulsacji nosi nazwę dekady. Często logarytmiczna charakterystyka amplitudowa jest aproksymowana odcinkami linii prostych w przedziale ω∈(0, ∞), która nazywana jest logarytmiczną asymptotyczną charakterystyką amplitudową (rys.2). Taka charakterystyka składa się z odcinków o nachyleniach będących całkowitą wielokrotnością 20 dB/dekadę.

Rys.2. Charakterystyki logarytmiczne członu inercyjnego I rzędu
:

a - amplitudowa, b - amplitudowa asymptotyczna, c- fazowa, d- fazowa asymptotyczna

Powszechność stosowania charakterystyk logarytmicznych wynika z łatwości:

• określania charakterystyki wypadkowej połączenia szeregowego kilku członów automatyki,

• 
  przybliżonego wyznaczania przebiegu charakterystyk amplitudowej i fazowej, korzystając ze znajomości transmitancji widmowej,

• badania stabilności układu automatyki,

• projektowania członów korekcyjnych.

Określanie charakterystyki wypadkowej połączenia szeregowego kilku członów automatyki polega na graficznym sumowaniu logarytmicznych charakterystyk amplitudowych i fazowych poszczególnych członów, ponieważ:

oraz

3. Stanowisko pomiarowe

Stanowisko pomiarowe składa się z :

• generatora z analizatorem sygnałów sinusoidalnych,

• płyty z zestawem oporników i kondensatorów elektrycznych,

• przewodów elektrycznych.

Badaniu podlegają układy elektryczne zbudowane z oporników i kondensatorów elektrycznych połączonych za pomocą przewodów jak pokazano na rysunku 3.

Rys.3. Badane układy elektryczne

a - inercyjny I rzędu, b - inercyjny II rzędu, c - inercyjny III rzędu

Badany układ tworzy wraz z analizatorem transmitancji układ pomiarowy pokazany na rys.4.

C1

Rys.4. Schemat układu pomiarowego

Uwaga: Wartości R₁, R₂, R₃, C₁, C₂, C₃ będą podane przez prowadzącego ćwiczenie z tabeli 1.

Tab. 1

4. Przebieg ćwiczenia

4.1. Sprawdzić czy wciśnięty jest klawisz 0,8 Hz przełącznika SELECTIVITY.

4.2. Ustawić częstotliwość na wartość 10 Hz przez wciśnięcie odpowiedniego klawisza zakresu

częstotliwości i obrót pokręteł dekadowych.

4.3. Włączyć zasilanie klawiszem MAINS (czerwony).

4.4. Wcisnąć czarny klawisz GENERATOR OUTPUT MEASURE (pomiar wyjścia generatora).

4.5. Wyzerować mierniki wychyłowe przy pomocy pokręteł SET ZERO.

Po poprawnym wyzerowaniu mierników żarówki wskaźnika powinny migotać lub świecić się

równocześnie .

4.6. Nacisnąć klawisz „~”, a następnie klawisz „0 dB” tłumika wyjściowego.

4.7. Wcisnąć klawisze 1 V, x 10 SENSITIVITY (pełne wychylenie wskazówek odpowiada 10 V).

4.8. Przy pomocy pokrętła AMPLITUDE ustalić żądane napięcie wyjściowe generatora.

W pomiarach doprowadzić wskazówkę miernika R do wartości 10 V.

4.9. Połączyć wyjście generatora z badanym układem i zwolnić klawisz GENERATOR OUTPUT MEASURE.

4.10. Przystąpić do pomiarów, zmieniając nastawy częstotliwości od 10 do 10000Hz, należy każdorazowo notować wskazania mierników R i Q oraz wskaźnika ćwiartki.

4.11. Pomiary powtórzyć dla układu inercyjnego I, II i III rzędu.

Uwaga

1) Po skończonej serii pomiarowej ponownie wcisnąć klawisz GENERATOR OUTPUT

MEASURE, ustawić wartość częstotliwości na 10 Hz, zwolnić klawisz „~” i powtórnie wyzerować przyrząd.

2) W przypadku, gdy wskazanie miernika toru R lub Q jest mniejsze niż 1 V (na skali <0,1) należy wcisnąć klawisz EXPANDER R lub Q. Wciśnięcie tego klawisza daje możliwość dziesięciokrotnego zwiększenia czułości jednego miernika wychyłowego bez konieczności przeciążania drugiego. W celu uzyskania rzeczywistej wartości R lub Q należy otrzymane wskazania podzielić przez 10.

5. Sprawozdanie z ćwiczenia

5.1. Wyniki pomiarów dla każdego z trzech układów należy umieścić w tabeli, której wzór jest pokazany na rys.5.

Dane: R1=…………, R2=…………, R3=……………, C1=…………, C2=………, C3=…………
Lp.	f [Hz]	ω[Hz]	R	Q	M	L
			R=Re[G(jω)]	Q=Im[G(jω)]		L=20lg M
1 2 3 ..

Rys.5. Wzór tabeli pomiarowej

5.2. Na podstawie danych umieszczonych w tabeli należy wykreślić charakterystykę amplitudowo-fazową, logarytmiczną charakterystykę amplitudową, logarytmiczną charakterystykę fazową oraz charakterystykę Blacka.

5.3. Dla wszystkich trzech badanych układów należy wyprowadzić równanie ruchu oraz transmitancje widmowe.

5.4. Charakterystyki teoretyczne, uzyskane z transmitancji widmowej należy porównać z charakterystykami doświadczalnymi.

1. Określić logarytmiczne asymptotyczne charakterystyki amplitudowe i fazowe poszczególnych układów inercyjnych i ich połączenia szeregowego.

2. Wnioski

Instrukcja ćwiczenia

Ćwiczenie nr	5
Temat :	Badanie charakterystyk statycznych i dynamicznych przetworników pomiarowych
Stanowisko laboratoryjne	5
Opracował :

Obowiązuje w roku akademickim

Rok akademicki	Zatwierdził	Data	Podpis
2008	Prof.dr inż A Brandowski	2008.02.10

Akademia Morska

Katedra Podstaw Techniki

Instrukcja nr.5

1.Temat ćwiczenia:

Badanie charakterystyk statycznych przetworników pomiarowych

2. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i działaniem przetwornika wysokich ciśnień, przetwornika różnicy ciśnień, przetwornika do pomiaru wysokości słupa cieczy w zbiorniku oraz doświadczalne wyznaczenie ich charakterystyk statycznych.

3. Zakres wymaganych wiadomości:

Budowa, przeznaczenie oraz zasada działania przetwornika wysokich ciśnień, przetwornika różnicy ciśnień, przetwornika do pomiaru wysokości słupa cieczy w zbiorniku, rodzaje członów automatyki, wymuszeń i ich odpowiedzi.

4. Przebieg ćwiczenia:

Połączyć stanowiska pomiarowego według schematu z rysunku 3, 4 i 5, wyzerować przetwornik, zwiększać ciśnienie wejściowe p_x i rejestrować zmiany ciśnienia p_y na wyjściu z przetwornika, po zakończeniu pomiarów powtórzyć punkty 1 - 3 dla przetwornika różnicy ciśnień i przetwornika wysokości słupa cieczy w zbiorniku, połączyć stanowisko pomiarowe według schematu z rysunku, podać za pomocą zaworu tablicowego skok ciśnienia do przetwornika i rejestrować przebieg zmiany ciśnienia p_y na wyjściu z przetwornika. Powtórzyć ten punkt z różnymi wartościami skoku.

5. Pomoce i urządzenia:

Stacja pneumatyczna, przetwornik wysokich ciśnień, przetwornik różnicy ciśnień, przetwornik wysokości słupa cieczy w zbiorniku, przetwornik pneumatyczno-analogowy, karta analogowo-cyfrowa, komputer, drukarka.

6. Treść sprawozdania:

Schematy połączeń układów pomiarowych wg symboliki znormalizowanej wraz z krótkim opisem ćwiczenia, wykresy wyznaczonych charakterystyk przetworników, schemat blokowy, równania ruchu i transmitancje operatorowe wybranego przetwornika, aproksymacja charakterystyki skokowej przetwornika transmitancją zastępczą i wyznaczyć jej odpowiedź skokową, wnioski.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i działaniem przetwornika wysokich ciśnień, przetwornika różnicy ciśnień, przetwornika do pomiaru wysokości słupa cieczy w zbiorniku oraz doświadczalne wyznaczenie ich charakterystyk statycznych.

2. Wprowadzenie

Automatyzacji podlega szereg różnorodnych procesów. Przykładowo, procesy automatycznej regulacji poziomu cieczy w zbiorniku oraz temperatury w kotle wydają się narzucać zupełnie inne wymagania aparaturze regulacyjnej. Jednakże typowy układ regulacji temperatury nie będzie „konstruowany od podstaw”, lecz zestawiony z pewnej liczby produkowanych seryjnie elementów i bloków (podobni jak urządzenia przemysłu elektronicznego). Do budowy układu regulacji poziomu cieczy trzeba zastosować nieco inny zestaw, ale część bloków może być wykorzystana w obu zestawach. System blokowy budowy układów zmniejsza liczbę typów urządzeń regulacyjnych oraz wydłuża ich serie produkcyjne.

Urządzenia produkowane seryjnie są znormalizowane, łatwiej dostępne, a ich cena maleje wraz z długością serii. Normalizacja obejmuje nie tylko wymiary, sposoby i możliwość łączenia bloków lecz także ujednolicenie sygnałów, co do postaci, zakresów zmienności mocy na wejściu i wyjściu wszystkich bloków. Dla aparatury pneumatycznej najczęściej stosowane są sygnały o ciśnieniu od p_min= 20 kPa do p_max=100 kPa. Przetworniki wysokich ciśnień lub różnicy ciśnień przetwarzają liniowo sygnały ciśnienia p_x albo różnicy ciśnień do nich doprowadzone na pneumatyczne sygnały wyjściowe o zakresie, tzn. na sygnał standardowy.

Przetwornik wysokich ciśnień typu A104 przetwarza sygnał wejściowy o ciśnieniu

p_x = 0 - 600 kPa...100 MPa (w zależności od wykonania) na sygnał wyjściowy o ciśnieniu

p_y = 20100 kPa, przy czym, gdy p_x = 0 kPa, to p_y = 20 kPa, a największej wartości p_x odpowiada p_y = 100 kPa. Przetwornik różnicy ciśnień A115 przetwarza różnicę ciśnień dwóch sygnałów wejściowy (np. pomiar lepkości) na sygnał wyjściowy standardowy o ciśnieniu p_y = 20100 kPa.

Przetwornik A115 wykorzystano do budowy układu do pomiaru wysokości słupa cieczy w zbiorniku. W układzie tym puszkowy czujnik różnicy ciśnień zastąpiono komorą z membraną, do której doprowadza się sygnał wejściowy o ciśnieniu p_x odpowiadający wysokości h słupa cieczy w zbiorniku.

Należy ustawić przetwornik do zakresu danego sygnału wejściowego tak, aby przetwornik przetwarzał liniowo sygnał do nich doprowadzony na sygnał standardowy. Do ustawienia zwanego wyzerowaniem przetwornika, służą śrubki regulacyjne 1 i 2. Dla minimalnej wartości sygnału wejściowego, należy śrubką 1 ustawić na wyjściu z przetwornika ciśnienie 20 kPa. Natomiast dla maksymalnej wartości sygnału wejściowego, należy śrubką 2 ustawić na wyjściu z przetwornika ciśnienie 100 kPa. Czynności te należy powtórzyć kilkakrotnie w celu dokładniejszego wyzerowania przetwornika.

3. Stanowisko pomiarowe

Przy badaniu charakterystyki statycznej przetwornika A104 korzysta się ze stacji pneumatycznej, dodatkowo wyposażonej w przetwornik A104, reduktor ciśnienia i opór nastawny. Schemat stanowiska pomiarowego pokazano na rysunku 3.

zasilanie 140 kPa

Rys.3. Schemat połączeń stanowiska pomiarowego przetwornika A104

1 - reduktor ciśnienia, 2 - opór nastawny, 3 - manometr o zakresie 0 - 600 kPa,

4 - przetwornik A -104, 5 - manometr, 6 - komora o pojemności V=300 cm³

Schemat stanowiska do wyznaczania charakterystyki statycznej przetwornika A115 przedstawia rysunek 4.

Rys.4. Schemat stanowiska do wyznaczania charakterystyki statycznej przetwornika A115

1 - reduktor ciśnienia, 2 - manometr, 3 - przetwornik A-115, 4 - komora o pojemności V = 300 cm³

Schemat stanowiska do pomiaru wysokości słupa cieczy w zbiorniku, pokazano na rys 5. Składa się ono ze stacji i przetwornika A115, w którym puszkowy czujnik różnicy ciśnień zastąpiono czujnikiem membranowym.

zasilanie 140 kPa

Rys.5. Schemat stanowiska do pomiaru wysokości słupa cieczy w zbiorniku

1 - reduktor ciśnienia, 2 - manometr, 3 - symulacja poziomu cieczy, 4 - przetwornik A - 115,

5 - komora o pojemności 300 cm³

P_z= 140 kPa

Rys.6. Schemat stanowiska pomiarowego na wymuszenia skokowe i sinusoidalne przetwornika różnicy ciśnień: 1 - reduktor ciśnienia, 2 - manometr, 3 - przetwornik elektro-pneumatyczny, 4 - przetwornik różnicy ciśnień A - 115, 5 - przetwornik pneumato-elektryczny, 6 - karta analogowo-cyfrowa, 7 - komputer, 8 - drukarka., 9 linia przesyłowa, 10 komora pojemnościowa 300 cm².

4. Przebieg ćwiczenia

1. Połączyć stanowiska pomiarowego według schematu z rysunku 3, 4 i 5.

2. Wyzerować przetwornik oraz ustawić zakres przetwornika.

3. Zwiększać ciśnienie wejściowe p_x co ...….i rejestrować zmiany ciśnienia p_y na wyjściu z przetwornika.

4. Po zakończeniu pomiarów powtórzyć punkty 1 - 3 dla przetwornika różnicy ciśnień i przetwornika wysokości słupa cieczy w zbiorniku.

5. Połączyć stanowisko pomiarowe według schematu z rysunku 6. Wartości wymuszeń skokowych i sinusoidalnych poda prowadzący które ustawimy za pomocą programu komputerowego, zrejestrować odpowiedzi (p_y) na poszczególne wymuszenia. Powtórzyć ten punkt z linią przesyłową.

5. Sprawozdanie z ćwiczenia

W sprawozdaniu należy podać:

5.1. Schematy połączeń układów pomiarowych wg symboliki znormalizowanej wraz z krótkim opisem ćwiczenia.

1. Opracować wykresy wyznaczonych charakterystyk przetworników w/g rys. 3, 4 i 5

Tabela pomiarowa przetwornika...
L.p.	Px [kPa]	Py [kPa]
1.
2.

2. Schemat blokowy, równania ruchu i transmitancje operatorowe wybranego przetwornika.

3. Aproksymować charakterystykę skokową przetwornika transmitancją zastępczą i wyznaczyć jej odpowiedź skokową.

4. Dla wymuszeń sinusoidalnych wyznaczyć parametry: moduł, przesunięcie fazowe, i stałą czasową na podstawie otrzymanych wykresów.

5. Wnioski.

.

Instrukcja ćwiczenia

Ćwiczenie nr	6
Temat :	BADANIE CHARAKTERYSTYKI STATYCZNEJ SIŁOWNIKA PNEUMATYCZNEGO
Stanowisko laboratoryjne	6
Opracował :

Obowiązuje w roku akademickim

Rok akademicki	Zatwierdził	Data	Podpis
2008	Prof.dr inż A Brandowski	2008.02.10

Akademia Morska

Katedra Podstaw Techniki

Instrukcja nr.6

1.Temat ćwiczenia:

Badanie charakterystyki statycznej siłownika pneumatycznego.

2. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i działaniem pneumatycznego siłownika z ustawnikiem pozycyjnym oraz wyznaczenie jego charakterystyk statycznych.

3. Zakres wymaganych wiadomości:

Budowa, działanie oraz przeznaczenie pneumatycznego siłownika z ustawnikiem pozycyjnym, wyznaczanie charakterystyk statycznych, rodzaje członów automatyki, wymuszeń i ich odpowiedzi..

4. Przebieg ćwiczenia:

W celu wyznaczenia charakterystyki statycznej siłownika bez ustawnika należy:

Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 3.a i wyzerować czujnik, zwiększać wartość p_x od 20 do 100 kPa, a następnie zmniejszać wartość p_x od 100 do 20 kPa, wartości p_x oraz h odczytywać i zapisywać do tabeli pomiarowej, siłownik obciążyć wg wskazówki prowadzącego ćwiczenie i wykonać punkt 4.2.

W celu wyznaczenia charakterystyki siłownika z ustawnikiem pozycyjnym należy:

Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 3.b i wyzerować czujnik, wykonać punkty 4.2 - 4.4 .Wartość ciśnienia p_u, p_x oraz h odczytywać i zapisywać do tabeli pomiarowej jak pokazanej w tab. 2.

5. Pomoce i urządzenia:

Stacja pneumatyczna, pneumatyczny siłownik, ustawnik pozycyjny, mikrometr.

.

6. Treść sprawozdania:

Schematy połączeń układów pomiarowych wg symboliki znormalizowanej wraz z krótkim opisem przebiegu ćwiczenia, wykresy wyznaczonych doświadczalnie charakterystyk statycznych, obliczenie sztywności sprężyny siłownika i powierzchni czynnej membrany siłownika, równania ruchu i schemat blokowy siłownika z ustawnikiem, wnioski.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i działaniem pneumatycznego siłownika z ustawnikiem pozycyjnym oraz wyznaczenie jego charakterystyk statycznych.

2. Wprowadzenie

Siłownikami nazywa się urządzenia służące do nastawiania położenia elementów nastawczych, np. przepustnic, zaworów. Na schematach blokowych układów automatyki występują one wspólnie z elementami nastawczymi jako urządzenie wykonawcze. Zadaniem urządzenia wykonawczego jest przetworzenie energii doprowadzonej w postaci sygnału sterującego na energię potrzebną do sterowania (zmiany położenia, nastawienia) elementów nastawczych. Ze względu na prostotę, niską cenę i bezpieczeństwo w eksploatacji siłowniki pneumatyczne należą do najbardziej rozpowszechnionych siłowników.

W takich układach regulacji automatycznej (rys.1), regulator pneumatyczny steruje obiektem za pośrednictwem siłownika pneumatycznego połączonego z elementem nastawczym (zawór, przepustnica). Sygnał sterujący z regulatora ma wartość z przedziału ciśnienia p_y = 20100 kPa (sygnał standardowy). Aby regulator ten mógł sterować pracą siłownika w całym zakresie przesunięć (skoku) danego zaworu reguluje się napięcie sprężyny pod membraną .

Rzeczywistą charakterystykę statyczną siłownika membranowego cechuje niejednoznaczność wynikającą z histerezy materiałowej sprężyny, tarcia trzpienia, zmiany obciążenia zewnętrznego (np. zmiany ciśnienia czynnika oddziaływującego na grzybek zaworu i trzpień siłownika). Występowanie histerezy w charakterystyce statycznej siłownika jest zjawiskiem bardzo niekorzystnym. W układach regulacji, w których siłownik współpracuje z zaworem, obecność histerezy powoduje niedokładne ustawienie grzybka zaworu, czyli niedokładne sterowanie obiektem.

Rys.1. Schemat przykładowego układu regulacji temperatury wody w kotle

1 - kocioł, 2 - przetwornik temperatury, 3 - regulator, 4 - ustawnik, 5 - siłownik pneumatyczny, 6 - trzpień, 7 - zawór; F - siła działająca na zawór, T - temperatura, Q - natężenie przepływu

Trzpień 6 siłownika na ogół jest obciążony. Na rysunku 2 obciążeniem tym jest zmienna siła ciśnienia F działająca na grzybek i trzon zaworu 7. Jeżeli wektor siły ciśnienia działającej na grzybek zaworu 7 (a więc także na trzpień siłownika) powoduje, że zawór zaczyna się otwierać przy wyższym ciśnieniu p_x niż 20 kPa, to przy ciśnieniu p_x = 100 kPa otwarcie zaworu h₁ będzie mniejsze od h_max. Aby zwiększyć dokładność i szybkość nastawienia zaworu przez siłownik, należy wyposażyć siłownik w urządzenie zwane ustawnikiem pozycyjnym. Urządzenie to, którego głównym elementem jest wzmacniacz mocy, jest połączone w sprzężeniu zwrotnym z trzpieniem siłownika. Sterowany ciśnieniem

p_x z regulatora, ustawnik podaje do siłownika takie ciśnienie, które ustawia odpowiadające

temu ciśnieniu położenie trzpienia, niezależnie od zmiennej działającej siły.

Rys.2. Ustawnik typu P-Up2

1 - sztywnik I, 2 - zawór, 3 - sztywnik II, 4 - łącznik, 5 - dźwignia, 6 - trzpień siłownika, 7 - dźwignia regulacji, 8 - nakrętka, 9 - sprężyna, 10 - cięgna

3. Stanowisko pomiarowe

Charakterystyki statyczne siłownika wyznacza się na stanowisku złożonym ze stacji pneumatycznej oraz siłownika z ustawnikiem. Schemat połączeń stanowiska do wyznaczania charakterystyk statycznych siłownika z ustawnikiem przedstawia rysunek 3.

a b

Rys.3. Schemat stanowiska do wyznaczania charakterystyk statycznych siłownika

a - obciążonego (nieobciążonego F = 0) bez ustawnika pozycyjnego

b - obciążonego (nieobciążonego F = 0) z ustawnikiem pozycyjnym

1 - reduktor ciśnienia, 2 - manometr, 3 - ustawnik pozycyjny, 4 - siłownik, 5 - mikrometr

Obciążenie siłownika polega na zawieszeniu ciężaru na jednym ramieniu dźwigni dwustronnej (rys. 4); wtedy drugie jej ramię obciąża trzpień siłownika. Należy określić długości ramion dźwigni i siły działające. Na podstawie pomiaru ugięcia sprężyny wynikającej z siły działającej na trzpień można wyznaczyć sztywność sprężyny. Mając sztywność sprężyny na podstawie charakterystyki statycznej siłownika można wyznaczyć czynną powierzchnię membrany siłownika.

Rys. 4. Schemat obciążenia siłownika ciężarem o masie m.

4. Przebieg ćwiczenia z siłownikiem pneumatycznym

W celu wyznaczenia charakterystyki statycznej siłownika bez ustawnika należy:

4.1. Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 3.a i wyzerować czujnik

4.2. Zwiększać monotonicznie wartość p_x od 20 do 100 kPa co 5 kPa, a następnie zmniejszać monotonicznie wartość p_x od 100 do 20 kPa co 5 kPa. Wartości p_x oraz h odczytywać i zapisywać w tabeli pomiarowej, tab 1.

4.3. Siłownik obciążyć wg wskazówki prowadzącego ćwiczenie.

4.4. Wykonać punkt 4.2.

W celu wyznaczenia charakterystyki siłownika z ustawnikiem pozycyjnym należy:

4.5. Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 3.b i wyzerować czujnik.

4.6. Wykonać punkty 4.2 - 4.4 .Wartość ciśnienia p_u, p_x oraz h odczytywać i zapisywać do tabeli pomiarowej jak pokazanej w tab. 2.

Tab. 1

Tabela pomiarowa charakterystyki statycznej siłownika
nieobciążonego			obciążonego (F=…………N)
Nr pomiaru	Px [kPa]	h [mm]	Nr pomiaru	Px [kPa]	h [mm]

Tab. 2

Tabela pomiarowa siłownika z ustawnikiem pozycyjnym
nieobciążonego			obciążonego (F=…………N)
Px [kPa]	Pu [kPa]	h [mm]	Px [kPa]	Pu [kPa]	h [mm]

5. Sprawozdanie

W sprawozdaniu należy podać:

1. Schematy połączeń układów pomiarowych wg symboliki znormalizowanej wraz z krótkim opisem przebiegu ćwiczenia.

2. Wykresy wyznaczonych doświadczalnie charakterystyk statycznych.

3. Obliczenie sztywności sprężyny siłownika i powierzchni czynnej membrany siłownika.

4. Równania ruchu i schemat blokowy siłownika z ustawnikiem.

5. Wnioski.

Instrukcja ćwiczenia

Ćwiczenie nr	7
Temat :	Badanie układów regulacji dwupołożeniowej
Stanowisko laboratoryjne	7
Opracował :

Obowiązuje w roku akademickim

Rok akademicki	Zatwierdził	Data	Podpis
2008	Prof.dr inż A Brandowski	2008.02.10

Akademia Morska

Katedra Podstaw Techniki

Instrukcja nr.7

3. Temat ćwiczenia:

badanie układów regulacji dwupołożeniowej.

2. Cel ćwiczenia:

celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i działaniem regulatora dwupołożeniowego oraz przebiegiem regulacji.

3. Zakres wymaganych wiadomości:

znajomość elementów dwupołożeniowych, ich charakterystyk statycznych, wpływ doboru nastaw regulatora na pracę układu, dobór nastaw parametrów pracy elementów dwupołożeniowych, pojęcie histerezy oraz jej zastosowanie w badanych układach.

4. Przebieg ćwiczenia:

zapoznać się z budową presostatu i układem regulacji dwupołożeniowej ciśnienia w zbiorniku za pomocą presostatu, przerwać tor sprzężenia zwrotnego od presostatu do zaworu elektromagnetycznego, zarejestrować charakterystykę obiektu regulacji przez podanie skoku ciśnienia na wejściu do zbiornika, załączyć tor sprzężenia zwrotnego od presostatu do zaworu elektromagnetycznego, zarejestrować przebieg procesu regulacji ciśnienia przy zadanych przez prowadzącego nastawach, zapoznać się z budową termostatu i układem regulacji temperatury powietrza w zbiorniku za pomocą termostatu, zarejestrować przebieg procesu regulacji temperatury.

5. Pomoce i urządzenia:

zawór elektromagnetyczny, zbiornik, opór nastawny, regulator dwupołożeniowy, manometr, przetwornik elektro-pneumatyczny, karta analogowo-cyfrowa, komputer, drukarka stycznik, zbiornik, przetwornik elektro-termiczny.

6. Treść sprawozdania:

schematy połączeń układów pomiarowych wg symboliki znormalizowanej wraz z krótkim opisem przebiegu ćwiczenia, opracowane wykresy przebiegów regulacji oraz parametry obiektów regulacji, amplitudę sygnału wyjściowego, częstotliwość pracy urządzenia, czas pracy urządzenia i czas jego postoju - na podstawie otrzymanych wykresów, wnioski.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i działaniem regulatora dwupołożeniowego oraz przebiegiem regulacji.

2. Wprowadzenie

Regulatory dwupołożeniowe wraz z regulatorami trójpołożeniowymi krokowymi oraz impulsowymi zaliczane są do regulatorów przekaźnikowych.

Zakres zastosowań regulatorów przekaźnikowych jest dość szeroki. Zwłaszcza regulatory dwu- i trójpołożeniowe, ze względu na prostą budowę i niską cenę, są często stosowane np. w układach regulacji elektrycznych urządzeń grzejnych, gdzie ich rola sprowadza się do załączania lub wyłączania obwodu grzejnego w zależności od temperatury obiektu.

W układach regulacji dwupołożeniowej zadanie regulatora spełnia przekaźnik dwupołożeniowy, którego charakterystyki przedstawiono na rysunku 1. Zaleca się stosowanie regulacji dwupołożeniowej gdy stosunek opóźnienia obiektu do jego zastępczej stałej czasowej jest mniejszy od 0,2. Regulacja dwupołożeniowa jest najprostszym układem regulacji automatycznej zbudowanym na prostym elemencie nieliniowym dwupołożeniowym. Taki regulator, w zależności od wartości sygnału z obiektu y, ma na wyjściu x tylko dwa stany oznaczone wartością logiczną `0' i `1'. Technicznymi odpowiednikami regulatora dwupołożeniowego są presostaty i termostaty.

Ważną rolę pełnią elementy przekaźnikowe z histerezą (rys.1b), przy czym zwykle wymaga się aby wartości y₁ i y₂ były nastawialne przez użytkownika. Urządzenia mające charakterystykę przekaźnikową są znacznie prostsze konstrukcyjnie niż urządzenia o charakterystyce ciągłej, zatem znacznie tańsze i pewniejsze w działaniu.

a b

Rys.1. Charakterystyki statyczne regulatorów dwupołożeniowych:

a - idealnego, b - z histerezą, 0 - styk zamknięty, 1 - styk otwarty, y₀, y₁, y₂- wartość zadana,

3. Stanowisko pomiarowe

Rys.1. Schemat stanowiska pomiarowego układu regulacji ciśnienia w zbiorniku

1 - źródło ciśnienia, 2 - zawór elektromagnetyczny, 3 - zbiornik, 4 - opór nastawny, 5 - regulator dwupołożeniowy, 6 - manometr, 7 - przetwornik elektro-pneumatyczny, 8 - karta anologowo-cyfrowa, 9 - komputer, 10 - drukarka

1

220 V 2

Rys.2. Schemat stanowiska pomiarowego układu regulacji temperatury w zbiorniku

1 - stycznik grzałki, 2 - zbiornik, 3 - regulator dwupołożeniowy, 4 - przetwornik elektrotermiczny, 5 - karta analogowo - cyfrowa, 6 - komputer, 7 - drukarka

4. Przebieg ćwiczenia

4.1. Zapoznać się z budową presostatu i układem regulacji dwupołożeniowej ciśnienia w zbiorniku za pomocą presostatu.

4.2. Przerwać tor sprzężenia zwrotnego od presostatu do zaworu elektromagnetycznego. Zarejestrować charakterystykę obiektu regulacji przez podanie skoku ciśnienia na wejściu do zbiornika.

4.3. Załączyć tor sprzężenia zwrotnego od presostatu do zaworu elektromagnetycznego. Zarejestrować przebieg procesu regulacji ciśnienia przy zadanych przez prowadzącego nastawach.

4.4. Zapoznać się z budową termostatu i układem regulacji temperatury powietrza w zbiorniku za pomocą termostatu.

4.5. Zarejestrować przebieg procesu regulacji temperatury.

5. Sprawozdanie z ćwiczenia

W sprawozdaniu należy podać:

5.1. Schematy połączeń układów pomiarowych wg symboliki znormalizowanej wraz z

krótkim opisem przebiegu ćwiczenia.

5.2. Opracowane wykresy przebiegów regulacji oraz parametry obiektów regulacji.

5.3. Amplitudę sygnału wyjściowego, częstotliwość pracy urządzenia, czas pracy urządzenia i

czas jego postoju - na podstawie otrzymanych wykresów.

5.4 Wnioski.

Instrukcja ćwiczenia

Ćwiczenie nr	8
Temat :	Badanie charakterystyk dynamicznych pneumatycznego regulatora typu PID
Stanowisko laboratoryjne	8
Opracował :

Obowiązuje w roku akademicki

Rok akademicki	Zatwierdził	Data	Podpis
2008	Prof.dr inż A Brandowski	2008.02.10

Akademia Morska

Katedra Podstaw Techniki

Instrukcja nr 8

4. Temat ćwiczenia:

badanie charakterystyk dynamicznych pneumatycznego regulatora typu PID.

2. Cel ćwiczenia:

celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, działaniem i charakterystykami dynamicznymi pneumatycznego regulatora PID.

3. Zakres wymaganych wiadomości:

współpraca kaskady pneumatycznej ze wzmacniaczem, elementy całkujące, różniczkujące i proporcjonalne, budowanie schematów blokowych.

4. Przebieg ćwiczenia:

wyłączyć akcję różniczkującą (T_d =0) i wyzerować regulator (p_m = p₀ = p_y), wprowadzić nastawy regulatora X_p, T_i i T_d (wartości poda prowadzący), zarejestrować odpowiedzi regulatora na zakłócenie skokowe, pomiary przeprowadzić dla działania P, PI, PD oraz PID regulatora dla różnych nastaw X_p, T_i i T_d .

5. Pomoce i urządzenia:

regulator PID, przetwornik ciśnień, stacja pneumatyczna, karta analogowo-cyfrowa, komputer, drukarka.

6. Treść sprawozdania:

schematy połączeń układu pomiarowego wg. symboliki znormalizowanej wraz z krótkim opisem ćwiczenia, odcinki taśmy z odpowiedziami regulatorów P, PI, PD oraz PID z naniesionymi stałymi czasowymi i współczynnikami wzmocnienia, tabelaryczne zestawienie nastaw regulatora zadanych i wyliczonych z wykresów, schemat blokowy regulatora, wnioski.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i działaniem pneumatycznego regulatora PID.

2. Wprowadzenie

y

x

-

e + W

Rys. 1. Ogólny schemat układu regulacji automatycznej: O- obiekt, R- regulator.

Transmitancja regulatora PID wynosi:

1.1.

Postać 1.1. transmitancji jest uproszczona, gdyż działania różniczkującego idealnego o transmitancji T_ds nie daje się w praktyce zrealizować. Dlatego częściej akcja różniczkująca opisywana jest wyrazem
, a transmitancja regulatora PID rzeczywistego jest wówczas następująca:

1.2.

Oprócz działania PID, poszczególne wykonania regulatora mogą spełniać prostsze funkcje, będące szczególnymi przypadkami (1.1.) lub (1.2.). Najczęściej spotykanymi rodzajami regulatorów są: proporcjonalny- P, proporcjonalno-całkujący- PI, proporcjonalno-różniczkujący- PD (idealny i rzeczywisty).

Stałe k_p, T_i oraz T_d występujące w podanych transmitancjach noszą nazwy:

k_p - wzmocnienie proporcjonalne,

T_i - czas zdwojenia, (stała czasowa akcji całkującej),

T_d - czas wyprzedzenia, (stała czasowa akcji różniczkującej).

Zamiast wzmocnienia proporcjonalnego k_p podaje się często tzw. Zakres proporcjonalności X_p w postaci:

1.3.

Stała czasowa T występująca we wzorze 1.2. jest związana zwykle ze stałą T_d za pomocą wzmocnienia dynamicznego k_d:

1.4.

Rodzaj regulatora	Transmitancja i równanie charakterystyki skokowej	Charakterystyka skokowa
P		y(t) e(t) y(t) kpest e(t) est t
PI		y(t) e(t) y(t) kpest est e(t) Ti t
PD rzeczywisty		y(t) e(t) kpest(1+Td/T) y(t) kpest est e(t) T t
PID rzeczywisty		y(t) e(t) kpest(1+Td/T) y(t) kpest es e(t) mT t

Tab.1. Charakterystyki skokowe regulatorów PID o działaniu ciągłym. Wykresy sporządzone dla wymuszenia e(t)=1(t)e_st, k_p>1.

Rys.2. Schemat regulatora pneumatycznego typu PID

3 - wzmacniacz, 9 - stabilizator ciśnienia zasilającego, 27 - dźwignia, 28 - dysza kaskady,

29 - sprężyna (podparcie i punkt obrotu dźwigni) V - pojemność , W - wartość zadana, X - wartość mierzona, Y - ciśnienie wyjściowe, Z - zasilanie, A - wylot do atmosfery, P - akcji proporcjonalnej, I - akcji całkującej, D - akcji różniczkującej

3. Stanowisko pomiarowe

Rys.1. Schemat stanowiska do badania regulatora PID

1 - reduktor ciśnienia, 2 - manometr, 3 - zawór tablicowy, 4 - badany regulator, 5 - pojemność tłumiąca 300 cm³, 6- przetwornik ciśnienia, 7- karta analogowo-cyfrowa, 8- komputer, 9- drukarka, p_z -ciśnienie zasilania, p_m1, p_m2 -ciśnienia mierzone, p₀ -ciśnienie zadane, p_y -ciśnienie wyjściowe, `1','2','3','6','7' - oznaczenia końcówek w badanym regulatorze.

4. Przebieg ćwiczenia

4.1. Wyłączyć akcję różniczkującą (T_d =0) i wyzerować regulator (p_m = p₀ = p_y)

4.2. Wprowadzić nastawy regulatora X_p, T_i i T_d (wartości poda prowadzący)

4.3. Zarejestrować odpowiedzi regulatora na zakłócenie skokowe

4.4. Pomiary przeprowadzić dla działania P, PI, PD oraz PID regulatora dla różnych nastaw X_p, T_i i T_d .

5. Sprawozdanie z ćwiczenia

W sprawozdaniu należy podać

5.1. Schematy połączeń układu pomiarowego wg. symboliki znormalizowanej wraz z krótkim opisem ćwiczenia.

5.2. Odcinki taśmy z odpowiedziami regulatorów P, PI, PD oraz PID z naniesionymi stałymi czasowymi i współczynnikami wzmocnienia.

5.3. Tabelaryczne zestawienie nastaw regulatora zadanych i wyliczonych z wykresów.

5.4. Schemat blokowy regulatora.

5.5. Wnioski.

Instrukcja ćwiczenia

Ćwiczenie nr	9
Temat :	Metody doboru nastaw regulatorów
Stanowisko laboratoryjne	9
Opracował :

Obowiązuje w roku akademicki

Rok akademicki	Zatwierdził	Data	Podpis
2005	Prof.dr inż A Brandowski	2008.02.10

Akademia Morska

Katedra Podstaw Techniki

Instrukcja nr.9

5. Temat ćwiczenia:

metody doboru nastaw regulatorów

2. Cel ćwiczenia:

celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami doboru nastaw regulatorów.

3. Zakres wymaganych wiadomości:

rodzaje regulatorów, znajomość pojęć: statyczność, astatyczność, stabilność układu, metody doboru nastaw regulatorów, własności dynamiczne regulatorów.

4. Przebieg ćwiczenia:

zapoznać się z stanowiskiem pomiarowym, obiektem regulacji, regulatorem i sposobem połączeń, zarejestrować charakterystykę skokową obiektu regulacji i wyznaczyć parametry transmitancji operatorowej obiektu, dokonać doboru nastaw regulatora metodą znanego obiektu na podstawie jego parametrów i podanych wzorów w tabeli 1, przebieg regulacji z tymi nastawami zarejestrować i oszacować jego wskaźniki jakości, dokonać doboru nastaw regulatora metodą Zieglera Nicholsa, przebieg regulacji z tymi nastawami zarejestrować i oszacować jego wskaźniki jakości, dokonać doboru nastaw regulatora metodą prób i błędów w celu optymalizacji nastaw, przebieg regulacji z tymi nastawami zarejestrować i oszacować jego wskaźniki jakości

5. Pomoce i urządzenia:

siłownik, ustawnik, regulator, stacyjka operacyjna, wskaźnik manometryczny, przetwornik ciśnienia, karta analogowo-cyfrowa, przetwornik elektro-pneumatyczny, model obiektu, drukarka

6. Treść sprawozdania:

schematy połączeń układów pomiarowych wg symboliki znormalizowanej wraz z krótkim opisem przebiegu ćwiczenia, otrzymane wykresy
z wyznaczonymi wskaźnikami jakości dynamicznej i statycznej, tabelę porównawczą nastaw regulatora i wartości wskaźników jakości regulacji uzyskanych przebiegów, wnioski.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami doboru nastaw regulatorów.

2. Wprowadzenie

Podstawowym warunkiem trafnego wyboru rodzaju regulatora, jest znajomość, choćby przybliżona, własności obiektu regulacji. Zgodnie z ogólną klasyfikacją wyróżniamy obiekty statyczne i astatyczne (rys. 1). Transmitancje operatorowe, opisujące wyżej wymienione obiekty sterowania, przedstawiają się m.in. w postaci:

• obiekty statyczne
  

• obiekty astatyczne
  

gdzie: T -stała czasowa, k -współczynnik wzmocnienia, τ -opóźnienie czasowe.

Rys. 1. Identyfikacja obiektów statycznych (a) i astatycznych (b) na podstawie ich charakterystyki skokowej

Dobierając regulator do obiektu o znanym T i τ należy stosować się do poniższych zasad:

• dla τ/T < 0,2 można zastosować regulator dwupołożeniowy,

• dla τ/T < 1 należy zastosować regulator o działaniu ciągłym,

• dla τ/T > 1 należy zastosować regulator impulsowy.

Większość procesów technologicznych to obiekty sterowania posiadające wartości stosunku τ/T mieszczące się w przedziale 0,2 - 0,7. Dlatego regulatory typu PI, PD, PID są najczęściej stosowane w przemyśle. Własności dynamiczne regulatorów omówiono we wprowadzeniu teoretycznym do ćwiczenia 8.

Na podstawie rozważań teoretycznych, badań modelowych i doświadczeń eksploatacyjnych opracowano wiele reguł nastawiania regulatorów według żądanych cech przebiegu przejściowego wśród których wyróżnia się najczęściej spotykane:

- przebieg aperiodyczny, minimum czasu regulacji t_r ,

- przebieg oscylacyjny z przeregulowaniem χ≈20%, minimum czasu regulacji t_r ,

- przebieg z minimum całki kwadratu odchylenia regulacji
.

Najbardziej rozpowszechnionymi metodami doboru optymalnych nastaw regulatorów, czyli (K_r, T_i, T_d)_opt są opisane poniżej:

Metoda Zieglera Nicholsa

Metoda ta prowadzi do otrzymania przebiegu oscylacyjnego z przeregulowaniem χ≈20% i minimum czasu regulacji.

Należy nastawić regulator na działanie tylko proporcjonalne (P). Działanie całkujące i różniczkujące powinny być wyłączone przez nastawienie T_i = ∞ oraz T_d = 0. Następnie należy powoli zwiększać wzmocnienie proporcjonalne regulatora k_p, aż do wystąpienia niegasnących oscylacji w układzie (granica stabilności). Na taśmie rejestratora należy zmierzyć okres oscylacji T_osc, a na skali regulatora odczytać krytyczne wzmocnienie proporcjonalne k_pkr , przy którym one wystąpiły.

Zależnie od typu regulatora, należy przyjąć optymalne nastawy:

• dla regulatora P: k_p = 0,5 k_pkr,

• dla regulatora PI: k_p = 0,45 k_pkr, T_i = 0,85 T_osc,

• dla regulatora PID: k_p = 0,6 k_pkr, T_i = 0,5 T_osc, T_d = 0,12T_osc.

Metoda znanego obiektu

W przypadku, gdy znane są wartości k, τ, i T (współczynnik wzmocnienia, opóźnienie czasowe i stała czasowa obiektu), bardzo wygodne jest korzystanie z tablic określających zarówno optymalne nastawy regulatora, jak i odpowiadające im podstawowe wskaźniki jakości przebiegu przejściowego. Wartości charakteryzujące obiekt (czyli k, τ, i T) mogą być wyznaczone analitycznie lub na podstawie charakterystyki skokowej obiektu regulacji uzyskanego z badań eksperymentalnych obiektu (rys. 1).

Tab. 1. Optymalne nastawy regulatorów PID i wskaźniki jakości dynamicznej dla układów z obiektami statycznymi i astatycznymi.

χ=0% , minimum tr
Rodzaj regulatora	Obiekty statyczne					Obiekty astatyczne
		Optymalne nastawy regulatora			Wskaźniki przebiegu przejściowego		Optymalne nastawy regulatora			Wskaźniki przebiegu przejściowego
		kr k.
P PI PID	0,3 0,6 0,95	- 0,8+05 2,4	- - 0,4	4,5 8 5,5	0,1+ 0,06+0,84	0,37 0,5 0,65	- 5,75 5,0	- - 0,23	5,5 13,2 9,8	2,7 1,9 1,38
χ=20% , minimum tr
Rodzaj regulatora	Obiekty statyczne					Obiekty astatyczne
		Optymalne nastawy regulatora			Wskaźniki przebiegu przejściowego		Optymalne nastawy regulatora			Wskaźniki przebiegu przejściowego
		kr k.
P PI PID	0,7 0,7 1,2	- 1+0,3 2,0	- - 0,4	6,5 12 7	0,05+0,95 0,05+0,78	0,7 0,7 1;1	- 3,0 2,0	- - 0,37	7,5 15 12	1,43 1,62 1,12

W tablicy 1 przedstawiono uproszczone wzory pozwalające oszacować nastawy regulatorów dla układów z obiektami statycznymi i astatycznymi w przypadku wymuszenia skokowego wielkości zakłócenia na obiekcie
. Podane wzory pozwalają także wyliczyć przybliżone wartości: czasu regulacji t_r , uchybu regulacji w stanie ustalonym e_st, maksymalnego uchybu regulacji e_m

Występujący w tablicy wspólczynnik k_r oznacza wypadkowe wzmocnienie całego zespołu regulującego, a więc regulatora wraz z przetwornikiem pomiarowym i ewentualnie innymi elementami występującymi w torze sprzężenia zwrotnego.

3. Stanowisko pomiarowe

Rys.2. Schemat stanowiska pomiarowego doboru nastaw regulatora pneumatycznego

1 - reduktor ciśnienia, 2 - siłownik, 3 - ustawnik, 4 - regulator, 5 - stacyjka operacyjna,

6 - wskaźnik manometryczny, 7 - przetwornik ciśnienia, 8 - karta analogowo-cyfrowa,

9 - przetwornik elektro-pneumatyczny, 10 - model obiektu, 11 - drukarka

4. Przebieg ćwiczenia

• Zapoznać się z stanowiskiem pomiarowym, obiektem regulacji, regulatorem i sposobem połączeń

• Zarejestrować charakterystykę skokową obiektu regulacji i wyznaczyć parametry transmitancji operatorowej obiektu (k, τ, i T)

• Dokonać doboru nastaw regulatora metodą znanego obiektu na podstawie jego parametrów i podanych wzorów w tabeli 1. Przebieg regulacji z tymi nastawami zarejestrować i oszacować jego wskaźniki jakości.

• Dokonać doboru nastaw regulatora metodą Zieglera Nicholsa. Przebieg regulacji z tymi nastawami zarejestrować i oszacować jego wskaźniki jakości.

• Dokonać doboru nastaw regulatora metodą prób i błędów w celu optymalizacji nastaw. Przebieg regulacji z tymi nastawami zarejestrować i oszacować jego wskaźniki jakości.

5. Sprawozdanie z ćwiczenia

W sprawozdaniu należy podać:

5.1. Schematy połączeń układów pomiarowych wg symboliki znormalizowanej wraz z

krótkim opisem przebiegu ćwiczenia.

5.2. Otrzymane wykresy z wyznaczonymi wskaźnikami jakości dynamicznej i statycznej.

5.3. Tabelę porównawczą nastaw regulatora i wartości wskaźników jakości regulacji uzyskanych przebiegów.

5.3. Wnioski.

2

8

1

3

2

3

4

2

5

1

1

1

2

4

4

5

5

7

3

8

2

5

2

2

6

5

Nr rezystora	Wartość [kΩ]
R - 1	0,7
R - 2	0,8
R - 3	1,0
R - 4	1,2
R - 5	1,8
R - 6	5,5
R - 7	6,1
R - 8	7,3
R - 9	8,1
R - 10	9,8

Nr kondensatora	Wartość[μF]
C - 1	6,8
C - 2	2,2
C - 3	2,2
C - 4	0,22
C - 5	0,22
C - 6	0,1
C - 7	0,1
C - 8	0,022
C - 9	0,022
C - 10	0,01

R2

R1

Część pomiarowa

L (wejście) H

R Q

Nastawy

częstotliwości

Część generująca sygnał sinusoidalny

L (wyjście) H

3

2

5

6

4

4

1

2

2

2

2

4

4

3

1

1

P_z= 140 kPa

1

+

4

_

7

2

1/7

zasilanie 140 kPa

2

3

2

5

4

1

4

3

5

h

Q

F

2

1

T

6

7

1

2

3

4

2

5

1

2

4

5

5

4

6

3

7

6/7

2

4

2

8

7

1

5

9

6

9

5

10

4

3

4/4

y₁

y₂

0

y₀

y

1

x

0

y

5

3

2

2

2

1

1

`6' `1'

`7' 4

`2' `3'

1

1

2

2

8

7

6

9

6

2

8

10

3

7

9

7

1

11

8

5/5

4/5

τ

P₀

P_m1

P_m2

P_z

9

Pz

2/5

Laboratorium

Automatyki Okrętowej

1/5

R1

3

9

R1

R1

1

3

Laboratorium

Automatyki Okrętowej

Akademia Morska Gdynia dnia 2008-01-05

Katedra Podstaw Techniki

4

4

5

2

6

Akademia Morska Gdynia dnia 2008-01-05

Katedra Podstaw Techniki

1/6

1

p_y [kPa]

p_k [kPa]

7

x

x

Wx

2

5

4

3

2

1

8

3

6

5

5/7

3/7

4/7

9

2

4

trzpień siłownika

p_p

60

b

3/5

a

_ϕ

F

G=mg

zasilanie 140 kPa

A₂

A₁

4/5

3/6

5/5

4/6

5/6

6/6

1

3/6

4/6

5/6

6/6

2/6

2/6

R2

R3

U_we

U_we

U_we

U_wy

U_wy

U_wy

C1

C1

C2

C1

C2

C3

a

b

c

Q(ω₁)

P(ω₁)e

M(ω₁)e

Re

Im

ϕ(ω₁)e

ω=ω₁

ω=0

ω=∞

Lm [dB]

ϕ(ω)

log(ω)

log(ω)

1

100

0,1

100

20

-45°

-90°

b

a

c

d

a

-20dB/dek

0

0

7/7

1/5

3/5

4/5

5/5

1/5

3/5

4/5

5/5

2/7

2/5

2/5

1/6

Akademia Morska Gdynia dnia 2008-01-05

Katedra Podstaw Techniki

Laboratorium

Automatyki Okrętowej

2/6

O

R

27

28

3/6

4/6

5/6

6/6

τ

1/k

Tτ

t

t

x(t)

x(t)

1

y(t)

y(t)

x, y

x, y

a)

b)

3/5

2/5

Laboratorium

Automatyki Okrętowej

Akademia Morska Gdynia dnia 2008-01-05

Katedra Podstaw Techniki

1/5

6

5

4

1/6

Akademia Morska Gdynia dnia 2008-01-05

Katedra Podstaw Techniki

Laboratorium

Automatyki Okrętowej

x

3/4

2/4

1/4

1

2

3

4

x

P_k

Pz = 140kPa

4

5

6

7

8

9

P_x

P_y

U_y

U_x

P_x

P_y

P_x

P_y

U_y

U_x

U_x

U_x

2

1

8

3

5

7

10

6

h

Pu

Pz

Atm

Py

I

i

V

i

V

i

D

i

V

i

P

i

A

i

Y

i

Z

i

W

i

X

i

29

i

27

i

3

i

9

i

28

i

Nr 1

Nr 2

Laboratorium

Automatyki Okrętowej

Akademia Morska Gdynia dnia 2008-01-05

Katedra Podstaw Techniki

Laboratorium

Automatyki Okrętowej

Akademia Morska Gdynia dnia 2008-01-05

Katedra Podstaw Techniki

Laboratorium

Automatyki Okrętowej

Akademia Morska Gdynia dnia 2008-01-05

Katedra Podstaw Techniki

Laboratorium

Automatyki Okrętowej

Akademia Morska Gdynia dnia 2008-01-05

Katedra Podstaw Techniki

2

10

---