LABORATORIUM PODSTAW AUTOMATYKI

Transkrypt

1 POLITECHIKA WROCŁAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZY KATEDRA EERGOELEKTRYKI KIERUEK STUDIÓW: MECHATROIKA Sudia sacjonarne inżyniersie LABORATORIUM PODSTAW AUTOMATYKI Insrucje do ćwiczeń laboraoryjnych Opracował: Janusz Saszewsi Wrocław 08

2 WYKAZ ĆWICZEŃ. Meody analizy ciągłych liniowych URA... [ćw. ]. Symulacja uładów serowania z wyorzysaniem paieu MATLAB... [ćw. 4, 5] 3. Badanie liniowych impulsowych URA... [ćw. 6] 4. Bezpośrednie serowanie cyfrowe...[ćw. 8] 5. Serowanie pracą silnia z wyorzysaniem serowniów PLC... (insrucja sanowisowa) 6. Analiza nieliniowych URA... [ćw. 9, 0] Uwaga: umery podane w nawiasach wadraowych odnoszą się do numeracji ćwiczeń w srypcie. Podsawy Auomayi. Ćwiczenia laboraoryjne. Praca zbiorowa pod red. A. Wiszniewsiego, Wrocław 000

3 . METODY AALIZY CIĄGŁYCH LIIOWYCH URA. Dany jes elemen inercyjny I-rzędu o nieznanych paramerach, T: Wyznaczyć paramery, T dwoma meodami: Ts a. poprzez badanie odpowiedzi na so jednosowy: y us u, u - warość sou jednosowego, T - wyznaczamy z wyresu: y syczna do ch-i y us 0,63y us T b. poprzez wyznaczenie charaerysyi ampliudowo- fazowej a wejście uładu podajemy sygnał sinus, poczynając od częsoliwości ila (ilanaście) Hz. Wyznaczamy paramery: U wy G( j ), argg ( j ) 360 f 360 U we f - częsoliwość sygnału (można odczyać wpros z generaora). Im{G(j)} arg{g(j)} u we u wy / 0 Re{G(j)} /T G(j) ierune zmiany Pomiary przeprowadzamy dla różnych warości f. a bieżąco liczymy przede wszysim warość arg G ( j), dbając o w miarę równomierny rozład ąa w przedziale (0, -90). arg Po wyreśleniu charaerysyi wyznaczamy paramery (wpros z rysunu) oraz T (ze wzoru G ( j) arcg( T) dla pomiaru najmniej odbiegającego od aprosymowanej ch-i). 3

4 Porównujemy warości, T obliczone (dwoma meodami) z warościami nasawionymi na modelu.. Dany jes elemen II-rzędu o nieznanych paramerach, T, T : T T s 3T s Wyznaczyć paramery, T, T dwoma meodami: a. poprzez badanie odpowiedzi na so jednosowy: yus, u - warość sou jednosowego, u Ponieważ, w innym, bardziej popularnym zapisie mamy: w pierwszym rou obliczamy warości n, T wg wzorów: n A ln A 3 A 4 ln A3, T n 3 G ( s) T s, zaem nts gdzie warości A, A, A 3 oraz ( 3 - ) wyznaczamy wpros z charaerysyi odpowiedzi na so jednosowy. y y us A A asępnie porównując współczynnii przy poszczególnych poęgach s, w obydwu równaniach na warość G (s) (ym z maiey i ym podanym powyżej), obliczamy warości T, T. b. poprzez wyznaczenie charaerysyi ampliudowo- fazowej Sposób wyznaczania charaerysyi analogicznie ja w puncie b. Po wyreśleniu charaerysyi wyznaczamy paramery, T, T. Porzebne wzory znajdują się w srypcie. Porównujemy warości, T, T obliczone (dwoma meodami) z warościami nasawionymi na modelu. 3. Opracować wniosi i uwagi do ćwiczenia. Podsawy Auomayi. Ćwiczenia laboraoryjne. Praca zbiorowa pod red. A. Wiszniewsiego, Wrocław 000 4

5 . SYMULACJA UKŁADÓW STEROWAIA Z WYKORZYSTAIEM PAKIETU MATLAB. Korzysając z naładi Simulin programu Malab zamodelować uład ja na rys. poniżej. Sep Inpu Sum s Inegraor Auo-Scale Graph (Scope) Zwrócić uwagę na fa wysępowania sprzężenia dodaniego. asępnie zmienić sprzężenie na ujemne i powórnie doonać symulacji. W olejnym rou zmienić warune począowy na inegraorze na niezerowy. Sprawdzić odpowiedź na so jednosowy.. Zamodelować w Simulin u obie dany ransmiancją II rzędu podaną przez prowadzącego (liczni - =, mianowni równanie wadraowe, >0). Korzysać ylo z bloów sumaora (Sum), inegraora (Inegraor) oraz wzmacniacza (Gain). Sprawdzić odpowiedź na so jednosowy. Przyład parz sryp, ćwicz 4. sr. 37, rys Korzysając z blou sumaora (Sum) i blou opisującego ransmiancję (Transfer Fcn), zamodelować uład serowania w obwodzie zamnięym dla obieu III-rzędu. Paramery obieu dobrać a, aby orzymać odpowiedź sabilną o charaerze oscylacyjnym. Przyjąć =. 3. W programie Malab, zdefiniować liczni i mianowni ransmiancji z poprzedniego punu. p. dla G ( 3 s) 4s, liczni i mianowni definiujemy odpowiednio: 3s s l=; m=[4 3 ]; Sprawdzić sabilność uładu owarego orzysając z najbardziej ogólnej definicji sabilności (o położeniu biegunów ransmiancji). Wyorzysać omendę roos(m) do wyznaczenia biegunów ransmiancji. 3. Sprawdzić i zaobserwować efe działania funcji sep(l,m) i innych opisanych na sronie 6 (poniżej rysunu 5.4) w srypcie. Szczególnie zwrócić uwagę na funcje nyquis(l,m), nichols(l,m) (łącznie z ngrid) oraz margin(l,m) pod ąem badania sabilności uładu zamnięego na podsawie analizy uładu owarego. 4. Zwięszając wzmocnienie obieu, badać sabilność uładu zamnięego za pomocą 3-ch funcji wymienionych w puncie poprzednim. Doprowadzić do uray sabilności. 5. Opracować wniosi i uwagi do ćwiczenia. Podsawy Auomayi. Ćwiczenia laboraoryjne. Praca zbiorowa pod red. A. Wiszniewsiego, Wrocław 000 5

6 . Badanie impulsaora. 3. BADAIE LIIOWYCH IMPULSOWYCH URA a wejście serujące podajemy częsoliwość próbowania f p (na począe 0Hz). a wejście impulsaora podajemy sygnał 900Hz (sinus). Oscylosop podłączamy na wejście i wyjście uładu. Obserwujemy wyjście uładu dla różnych f p (w. Shannona!). Druujemy ylo dla f p 0Hz.. Badanie esrapolaora zerowego rzędu i liniowego. Łączymy szeregowo impulsaor i esrapolaor. Resza ja wyżej. 3. Wyznaczanie charaerysy błędów uładu impulsaor - esrapolaor: a. f ( f p ) f cons we, f we =;,5; ;,5; 3 Hz b. f ( fwe) f p0hz oddzielnie dla esrapolaora 0-go rzędu i liniowego według wzoru: max( x x) 00% A x gdzie A x - ampliuda sygnału wejściowego Uład pomiarowy: x - x * E x osc 4. Badanie sabilności uładu zamnięego ransmiancji I-rzędu w połączeniu z impulsaorem i esrapolaorem: a. dla różnych przy T p /T=cons, b. dla różnych T p przy =cons. Uład pomiarowy: - E Ts 5. Opracować wniosi i uwagi do ćwiczenia. 6

7 4. BEZPOŚREDIE STEROWAIE CYFROWE. Zamodelować obie odpowiednio I-go, II-go i III-rzędu. Paramery ransmiancji dobrać a (zapisać!), aby uzysać odpowiedzi na so jednosowy zbliżone do ych na rysunu poniżej. Paramery czasowe dobrać w seundach (nie ms!). Warość sou jednosowego przyjąć masymalnie 3V). Wyznaczyć: czas i warość usalenia. Każdą odpowiedź wydruować (Prin Screen). Dla obieu III-rzędu sprawdzić czy prawidłowo dobrany zosał czas próbowania (sryp : wzór 8.3 sr. 07). Jeżeli nie, o sorygować. y Ts obie I-rzędu y T T s 3T s obie II-rzędu Ts TT s 3T s obie III-rzędu. Zbadać odpowiedź obieu III-rzędu na so jednosowy w uładzie zamnięym. Aby uzysać uład zamnięy bez regulaora PID, należy jego paramery usawić odpowiednio: K p =, K i =0, K d =0. Wyznaczyć paramery: czas i warość pierwszego masimum, czas i warość usalenia. 3. W uładzie zamnięym dobrać paramery regulaora P, PI i PID zgodnie z regułą Zieglera icholsa, meodą granicy sabilności (sryp: wzory w abeli 8., sr. 08). ie dopuścić, aby warości sygnałów przeroczyły poziom 5V. W razie porzeby zmniejszyć warość sou jednosowego. Wyznaczyć paramery (czas i warość pierwszego masimum, czas i warość usalenia) dla 3-ch rodzajów regulaora. 4. Popróbować w sposób ręczny a zmienić, paramery regulaora PID, aby uzysać poprawniejszą odpowiedź uładu. Prowadzący poda óry paramer odpowiedzi zmienić (polepszyć). 5. Porównać i zinerpreować wszysie orzymane wynii. 6. ie zmieniając paramerów obieu i regulaora zmniejszyć -ronie czas próbowania. Obserwować odpowiedź na so jednosowy. Uzasadnić dlaczego odpowiedź się zmieniła. 7. Opracować wniosi i uwagi do ćwiczenia. y Podsawy Auomayi. Ćwiczenia laboraoryjne. Praca zbiorowa pod red. A. Wiszniewsiego, Wrocław 000 7

8 5. STEROWAIE PRACĄ SILIKA Z WYKORZYSTAIEM STEROWIKÓW PLC. Wydruować odpowiedź na so jednosowy dla silnia prądu sałego. a podsawie odpowiedzi wyznaczyć paramer α (parz rys. poniżej). Przyjąć L=0,5s. Y=obroy odczyane usalone (po sou) [obr/min] minus obroy odczyane usalone (przed soiem) [obr/min] U=(obroy zadane (po sou) [p.u.] minus obroy zadane (przed soiem) [p.u.])*800 obr/min. Zgodnie ze wzorem (5) zewnęrznej insrucji sanowisowej wyznaczyć ores próbowania. Obliczyć błąd pomiaru prędości obroowej silnia (parz wzór w Dodau zewnęrznej insrucji sanowisowej) Przed przysąpieniem do realizacji dalszej części ćwiczenia obowiązowo sonsulować wynii z prowadzącym. Sorygować warość oresu próbowania zgodnie z sugesiami prowadzącego. 3. Korzysając z ab. i wzorów (7) zewnęrznej insrucji sanowisowej wyznaczyć paramery regulaorów P, PI i PID. Orzymane czasy przeliczyć na minuy. 4. Wprowadzić obliczone paramery regulaorów (pomocna będzie ab. zewnęrznej insrucji sanowisowej). Zadać so jednosowy, wydruować odpowiedź. UWAGA: jao warość począową (przed soiem) przyjąć obroy w zaresie od 300 do 600 obr/min, jao warość ońcową (po sou) przyjąć obroy w zaresie od 900 do 300 obr/min. 5. Porównać i zinerpreować wszysie orzymane wynii. 6. Opracować wniosi i uwagi do ćwiczenia. 8

9 6. AALIZA IELIIOWYCH URA. Podać na wejście elemenu nieliniowego sygnał sinusoidę 00 Hz. Oscylosop doładnie wyzerować i nasawić jednaowe wzmocnienia w obydwu anałach. asępnie podłączyć go na wejście i wyjście uładu. Zmieniać paramery elemenu nieliniowego i obserwować zarówno na anałach (ryb Y) ja i w rybie XY. Wydruować po jednym najcieawszym przypadu (aim, aby żaden z paramerów nie był wyzerowany, ani masymalny). Po wydruowaniu nie zmieniać nasaw elemenu nieliniowego.. Powórzyć powyższe dla drugiego elemenu nieliniowego. 3. Analogicznie ja w puncie podłączyć ylo elemen liniowy o ransmiancji =. obserwować w rybie XY dla różnych warości. Zrobić wydru dla =. 4. Połączyć nasępujące ułady według poniższych schemaów (dla -go elemenu nieliniowego): 00 Hz (sin) K a. 00 Hz (sin) K b. 00 Hz (sin) K (-) 00 Hz (sin) (-) K c, d. e, f. Obserwować zachowanie się wyjścia uładu w rybie XY dla różnych warości (na co ma wpływ zmiana?). Wydruować ażdy przypade ylo dla =. W domu graficznie wyznaczyć wypadowe połączenie elemenów (jeden dla przyładu a lub b oraz drugi dla przyładu c lub d. Doładny opis wyznaczania charaerysy znajduje się w srypcie na sronach 6 i 7) 5. Podłączyć uład według schemau poniżej (ransmiancja II-rzędu, przeaźni rójpołożeniowy z hiserezą). ic nie podawać na wejście uładu. Zaobserwować pojawienie się drgań w uładzie. Odczyać ich ampliudę i ores. - G(s) 6. Opracować wniosi i uwagi do ćwiczenia. Podsawy Auomayi. Ćwiczenia laboraoryjne. Praca zbiorowa pod red. A. Wiszniewsiego, Wrocław 000 9