Temat ćwiczenia: Wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych podstawowych członów dynamicznych realizowanych za pomocą wzmacniacza operacyjnego

Transkrypt

1 ĆWICZENIE NR 3 Temat ćwiczenia: Wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych podstawowych członów dynamicznych realizowanych za pomocą wzmacniacza operacyjnego Podstawowe człony dynamiczne (proporcjonalny, całkujący, różniczkujący). Transmitancja widmowa. Charakterystyki częstotliwościowe (amplitudowa i fazowa). Wzmacniacze operacyjne integrator (wzmacniacz całkujący). Oscyloskop, oscyloskop cyfrowy. 2. S.Węgrzyn, Podstawy automatyki, PWN, Warszawa Z.Kulesza, A.Mystkowski, F.Siemieniako, Ćwiczenia z automatyki. Symulacja elementów i układów, Wyd. Politechniki Białostockiej, M.Nadachowski, Z.Kulka, Analogowe układy scalone, WKŁ, Warszawa 1983; str J.Grzelka, E.Mazur, M.Gruca, W.Tutak, Miernictwo i systemy pomiarowe.laboratorium, Wyd.Politechniki Częstochowskiej, 2004; str , Oscyloskop cyfrowy GDS-1152A-U, generator funkcyjny HM 8131, układ połączeniowy wzmacniacza operacyjnego MD WO Zrealizowanie wybranej konfiguracji pracy wzmacniacza operacyjnego. 2. Podstawowe pomiary oscyloskopem cyfrowym. 3. Wyznaczenie charakterystyki amplitudowej zbudowanego układu. 4. Wyznaczenie charakterystyki fazowej zbudowanego układu. Opis stanowiska pomiarowego i wykonanych pomiarów. Wykreślenie charakterystyki: logarytmicznej amplitudowej L(ω) = 20log 10 A(ω) w funkcji log 10 (ω) oraz fazowej ϕ(ω) w funkcji log 10 (ω). Porównanie z obliczeniami teoretycznymi. Wnioski.

2 ĆWICZENIE NR 4 Temat ćwiczenia: Badania układu z regulatorem cyfrowym PID Shimaden SR-83. Autotuning Schematy blokowe układów regulacji automatycznej. Klasyfikacja regulatorów. Regulatory o działaniu ciągłym i nieciągłym. Charakterystyki regulatora P, I, PI, PD oraz PID. Kryteria jakości regulacji PID. Wybór rodzaju i nastaw regulatora. Autotuning. Literatura 2. S.Węgrzyn, Podstawy automatyki, PWN, Warszawa M.Żelazny, Podstawy automatyki, PWN, Warszawa Encyklopedia Techniki. Automatyka, WNT, Warszawa Instrukcja obsługi regulatora cyfrowego Shimaden SR-83, Introl Termostat UTU-4, regulator cyfrowy PID Shimaden SR-83, czujnik temperatury Pt100, komputer z programem akwizycji danych 1. Zapoznanie się z cyfrowym regulatorem PID i wybór jego konfiguracji. 2. Dobór nastaw dla pracy regulatora w poszczególnych trybach. 3. Obserwacja przebiegów uchybu regulacji. 4. Optymalizacja nastaw regulatora metodą autotuningu. Opis i schemat stanowiska pomiarowego. Opis trybu pracy regulatora. Tabelaryczne zestawienia uzyskanych wyników jakości regulacji. Wartości nastaw. Wnioski.

3 ĆWICZENIE NR 5 Temat ćwiczenia: Badania układu regulacji temperatury z regulatorem PI. Dobór nastaw Schematy blokowe układów automatycznej regulacji. Klasyfikacja regulatorów. Charakterystyki regulatora P, I, oraz PI. Sposób pracy typowego układu regulacji P oraz PI. Kryteria jakości regulacji. Reguły doboru nastaw regulatora PID dla skokowej zmiany wartości zadanej. Metoda Zieglera-Niecholsa. 2. S.Węgrzyn, Podstawy automatyki, PWN, Warszawa S. Skoczowski, Technika regulacji temperatury. Wydawnictwo miesięcznika PAK, Warszawa-Zielona-Góra, W.Bolek, E.Ślifarska, Ćwiczenia laboratoryjne z podstaw automatyki, Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Instrukcja obsługi regulatora Unipan Termostat UTU 4; regulator analogowy PI Unipan; czujnik temperatury Pt100; rejestrator, termometr cyfrowy. 1. Przygotowanie do badań układu regulacji temperatury (termostat laboratoryjny) z regulatorem PI. 2. Ustalenie programu eksperymentu. 3. Eksperymentalne sprawdzenie skuteczności stabilizacji temperatury dla różnych wartości zadanych parametrów P oraz I. 4. Optymalizacja nastaw. Opis i schemat stanowiska pomiarowego. Opis eksperymentu prowadzącego do wyznaczenia wartości krytycznej wzmocnienia i okresu drgań oscylacji gasnących. Zarejestrowane przebiegi temperatury (uchyb maksymalny). Wnioski.

4 ĆWICZENIE NR 6 Temat ćwiczenia: Analiza odpowiedzi skokowych członu proporcjonalnego (bezinercyjnego), inercyjnego, całkującego, różniczkującego i oscylacyjnego w oparciu o elementy RLC Modelowe układy elektryczne i mechaniczne. Podstawowe człony dynamiczne: bezinercyjny (proporcjonalny), inercyjny, całkujący, różniczkujący (idealny i rzeczywisty), oscylacyjny i ich własności dynamiczne. Podstawy pakietu LabView 2. M.Żelazny, Podstawy automatyki, PWN, Warszawa, S.Węgrzyn, Podstawy automatyki, PWN, Warszawa W.Bolek, E.Ślifarska, Ćwiczenia laboratoryjne z podstaw automatyki, Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Materiały pomocnicze dla studenta, Zakład Chemii Fizycznej. Komputer z programem do badania podstawowych członów dynamicznych 1. Badanie członu proporcjonalnego. Analiza wpływu wartości R na współczynnik wzmocnienia. 2. Badanie członu inercyjnego. Analiza wpływu wartości R, C na stała czasową. 3. Badanie członu całkującego. Analiza wpływu wartości R, C na stałą czasową. 4. Badanie członu różniczkującego. Analiza wpływu wartości R,C na stałą czasową. 5. Badanie członu oscylacyjnego. Analiza wpływu wartości R, L, C na współczynnik tłumienia oraz okres drgań. Opis użytego programu LabView. Wykresy odpowiedzi skokowych dla badanych członów. Wnioski.

5 ĆWICZENIE NR 7 Temat ćwiczenia: Symulacyjne badanie stabilnośći układów dynamicznych. Kryterium Nyquista Transmitancja widmowa. Charakterystyka amplitudowo-fazowa. Układy otwarte i zamknięte. Stabilność układów UAR. Kryterium Nyquista. 2. S.Węgrzyn, Podstawy automatyki, PWN, Warszawa M.Żelazny, Podstawy automatyki, PWN, Warszawa, J.Mazurek, Podstawy automatyki, PWN, Warszawa Praca zbiorowa, Automatyka. Poradnik inżyniera, WNT, Warszawa W.Bolek, E.Ślifarska, Ćwiczenia laboratoryjne z podstaw automatyki, Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Materiały pomocnicze dla studenta, Zakład Chemii Fizycznej. Komputer z programem do wykreślania charakterystyki Nyquista członów o podanym rozkładzie biegunów i zer funkcji transmitancji. 1. Przygotowanie transmitancji operatorowej podstawowych członów dynamicznych. 2. Badanie charakterystyk amplitudowo-fazowych wybranych układów. Ocena stabilności układów zamkniętych. Opis użytego programu LabView. Wykresy Nyquista badanych układów i ich transmitancje operatorowe. Wnioski.

6 ĆWICZENIE NR 8 Temat ćwiczenia: Czujniki wielkości fizykochemicznych. Wyznaczanie charakterystyki temperaturowej termorezystora półprzewodnikowego (NTC), platynowego (Pt100) oraz termopary typu K (NICr-NiAl) Czujniki pomiarowe, klasyfikacja. Termometria. Skale temperatur; punkty stałe. Czujniki wielkości cieplnych: pomiary temperatury (rodzaje termometrów, pirometry) i ilości ciepła. Efekt Peltiera i Thompsona. Termopary, klasyfikacja. Termostosy. Metody pomiaru STE termopary. 1. M.Miłek, Metrologia elektryczna wielkości nieelektrycznych, Oficyna Wydawnicza Uniw. Zielonogórskiego, Zielona Góra S. Skoczowski, Technika regulacji temperatury. Wydawnictwo miesięcznika PAK, Warszawa-Zielona-Góra, L.Michalski, K.Eckendorf, Pomiary temperatury, WNT, Warszawa J.Bednarczyk i in., Podstawy metrologii technicznej laboratorium, WND, AGH, skr.1591, Kraków, M.Turkowski, Przemysłowe sensory i przetworniki pomiarowe, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa, Termorezystor półprzewodnikowy (NTC), platynowy (Pt100); termopara typu K oraz termometr wzorcowy; termostat; komputer z programem do akwizycji danych z termometru Ertco-Hart, zestaw do odtwarzania punktu potrójnego wody; suchy lód. 1. Odtworzenie punktu potrójnego wody. Wyznaczenie oporu czujników oraz STE termopary 2. Odtworzenie punktu wrzenia wody. Wyznaczenie oporu czujników termorezystacyjnych oraz STE termopary 3. Wyznaczenie parametrów czujników w temperaturach pośrednich. Opis i schemat stanowiska pomiarowego. Tabelaryczne zestawienie wyników. Wykresy (log R = f(t -1 ), R = f(t), E = f(t)). Współczynniki temperaturowych zależności oporu R czujników rezystancyjnych i siły termoelektrycznej STE termopary. Energia aktywacji przewodnictwa elektrycznego. Wpływ temperatury spoiny odniesienia na STE termopary. Analiza błędów. Wnioski.

7 ĆWICZENIE NR 9 Temat ćwiczenia: Czujniki wielkości fizykochemicznych. Pomiary gęstości, lepkości oraz ph Czujniki pomiarowe, klasyfikacja czujników. Czujniki i układy do pomiaru wielkości mechanicznych i fizykochemicznych w układach automatyki (przesunięcie, odkształcenie, siła, naprężenie, ciśnienie, moment obrotowy, przepływ, gęstość, lepkość, ph). Wzorce (gęstość, lepkość, ph). Ultradźwięki, technika ultradźwiękowa w miernictwie. 1. M.Miłek, Metrologia elektryczna wielkości nieelektrycznych, Oficyna Wydawnicza Uniw. Zielonogórskiego, Zielona Góra J.Bednarczyk i in., Podstawy metrologii technicznej laboratorium, WND, AGH, skr.1591, Kraków, Praca zbiorowa, Automatyka. Poradnik inżyniera, WNT, Warszawa M.Turkowski, Przemysłowe sensory i przetworniki pomiarowe, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa, M.Łapiński, W.Włodarski, Miernictwo elektryczne wielkości nieelektrycznych. Czujniki pomiarowe, WNT, Warszawa Odczynniki i sprzęt laboratoryjny: Wiskozymetr ultradźwiękowy Unipan 505; wiskozymetr Viscoclock; ph-metr N-512 Elpo, roztwory buforowe. 1. Pomiary gęstości. Densytometria oscylacyjna. 2. Pomiary lepkości. Wiskozymetria ultradźwiękowa. 3. Pehametria. Kompensacja temperatury. Kalibracja ph-metru. Zestawienie metod pomiaru gęstości. Zestawienie metod pomiaru lepkości. Wykresy. Analiza błędów. Wnioski.

8 ĆWICZENIE NR 10 Temat ćwiczenia: Przegląd metod pomiaru gęstości, lepkości i przepływu. Nowoczesne urządzenia pomiarowe- prezentacja działania densytometru oscylacyjnego DMA-5000 Czujniki pomiarowe. Czujniki i układy do pomiaru wielkości mechanicznych i fizykochemicznych w układach automatyki (przesunięcie, odkształcenie, siła, naprężenie, ciśnienie, moment obrotowy, przepływ, gęstość, lepkość, ph). 1. M.Miłek, Metrologia elektryczna wielkości nieelektrycznych, Oficyna Wydawnicza Uniw. Zielonogórskiego, Zielona Góra M.Łapiński, W.Włodarski, Miernictwo elektryczne wielkości nieelektrycznych. Czujniki pomiarowe, WNT, Warszawa Praca zbiorowa, Automatyka. Poradnik inżyniera, WNT, Warszawa M.Turkowski, Przemysłowe sensory i przetworniki pomiarowe, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa, Komputer z programem demonstrującym pomiary gęstości i lepkości. Densytometr oscylacyjny Anton Paar Zapoznanie się z podstawowymi metodami pomiaru gęstości 2. Zapoznanie się z podstawowymi metodami pomiaru lepkości. 3. Pomiary densytometrem oscylacyjnym Opis podstawowych metod pomiaru gęstości, lepkości i przepływu.

9 ĆWICZENIE NR 11 Temat ćwiczenia: Tranzycjometr (kalorymetr ciśnieniowy) Układy regulacji automatycznej (stałowartościowe, programowe i nadążne). Klasyfikacja układów automatyki. Schematy blokowe. Czujniki pomiarowe (odkształcenia, siły, naprężenia, ciśnienia, temperatury). Kalorymetria (pojemność cieplna). 1. M. Miłek, Metrologia elektryczna wielkości nieelektrycznych, Oficyna Wydawnicza Uniw. Zielonogórskiego, Zielona Góra M.Łapiński, W.Włodarski, Miernictwo elektryczne wielkości nieelektrycznych. Czujniki pomiarowe, WNT, Warszawa Praca zbiorowa, Automatyka. Poradnik inżyniera, WNT, Warszawa M.Turkowski, Przemysłowe sensory i przetworniki pomiarowe, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa, S. Randzio, Scanning transitiometry and its use to determine heat capacities of liquids at high pressures pressures, in: E. Wilhelm, T.M. Letcher, Heat Capacities: liquids, Solutions and Vapours, RSC Publishing 2010, str Tranzycjometr, czujniki ciśnienia 1. Pokaz działania tranzycjometru 2. Testowanie i wzorcowanie czujników ciśnienia Opis i schemat stanowiska pomiarowego. Opis przeprowadzonego eksperymentu. Wynik testów czujników ciśnienia. Wnioski.