Cel ćwiczenia: Podstawy teoretyczne:

Transkrypt

1 Cel ćwiczenia: Cele ćwiczenia jest zapoznanie się z pracą regulatorów dwawnych w układzie regulacji teperatury. Podstawy teoretyczne: Regulator dwawny (dwupołoŝeniowy) realizuje algoryt: U ( t) U1 U 2 gdy gdy E E < Sygnał sterujący przyjuje tylko dwie wartości. Potrzebna do utrzyania poŝądanego stanu obiektu energia dostarczana jest na dwóch pozioach związanych ze sterowaniai U1 i U2. Nie dysponuje się oŝliwością awienia poŝądanego poziou energii do utrzyania stanu, w który ε. Dostarczenie właściwej ilości energii oŝe być realizowane tylko jako wartość średnia określona czase trwania na zianę dwu jej pozioów. Wielkość regulowana będzie więc oscylować wokół wartości wzorcowej. MoŜey liczyć jedynie na zerowanie się średniej wartości błędu, a zadawalającą jakość regulacji uzyskay przy sterowaniu tylko obiektów łatwych (pod kąte dynaiczny) do regulacji. Takii są z reguły obiekty cieplne. Opisane powyŝej działanie regulatora jest przypadkie idealny tzn. bez strefy histerezy i bez sprzęŝenia zwrotnego. Oprócz układów regulacji teperatury regulatory dwupołoŝeniowe ogą być równieŝ stosowane w innych przypadkach, gdy obiekty regulacji ają własności eleentów inercyjnych lub całkujących o duŝej stałej czasowej, a urządzanie wykonawcze oŝe ieć działanie dwawne. W układ regulacji z prosty regulatore dwawny występują ciągłe oscylacje wielkości regulowanej y wokół wartości zadanej y. Dla poprawienia jakości regulacji eleent przekaźnikowy obejuje się często sprzęŝenie zwrotny, taki rozwiązanie pozwala zniejszyć aplitudę oscylacji na wyjściu obiektu przez zwiększenie częstotliwości włączania i wyłączania. Częstotliwość ta zaleŝy od członów sprzęŝenia zwrotnego i dlatego naleŝy paiętać by stałe czasowe ujenego sprzęŝenia zwrotnego były niejsze od stałych czasowych obiektu.

2 Objęcie eleentu dwupołoŝeniowego sprzęŝenie zwrotny w postaci eleentu inercyjnego pierwszego rzędu powoduje, Ŝe tak powstały regulator staje się regulatore PD, w sensie wartości średnich. Dwawne regulatory PID otrzyuje się obejując eleenty dwupołoŝeniowe sprzęŝenie zwrotny w postaci: szeregowo połączonych eleentów inercyjnego pierwszego rzędu i róŝniczkującego: lub równolegle połączonych dwóch inercji pierwszego rzędu:

3 Paraetry obiektu: Wzocnienie obiektu: 12 V [Fe-Konst] 219 deg Stała czasowa grzania: T + 72 s Stała czasowa stygnięcia: T - 68 s Opóźnienie obiektu: τ9 s Współczynnik nieliniowości obiektu: nt + /T - 1,6 Współczynnik trudności obiektu: cτ/t +,125 Paraetry regulatora: Zakres: 2 C Czujnik współpracujący z regulatore: Fe-Konst Dokładność nastawiania tep. <1% Typ sprzęŝenia zwrotnego: PID o strukturze równoległej na 1 pkt. Paraetry sprzęŝenia regulatora: Stała czasowa dodatniego sprzęŝenia: T 2 R x C 2K 15 s Stała czasowa ujenego sprzęŝenia: T 1 R x C 1K 5 s Paraetry regulatora ze sprzęŝenie zwrotny: Stała całkowania: T i T 1 +T 2 2 s Stała róŝniczkowania: T d (T 1 x T 2 ) / (T 1 +T 2 ) 3,8 s Zakres proporcjonalności: p (T 2 -T 1 ) / (T 2 +T 1 ) x k p 1/K p K p wzocnienie regulatora Scheat blokowy badanego układu regulacji:

4 Przebieg ćwiczenia: 1. Regulacja dwawna bez korekcji: NaleŜy wyłączyć korekcyjne sprzęŝenie zwrotne, nastawić zakres proporcjonalności regulatora p, nastawić wartość zadaną teperatury W< ot (w naszy przypadku 18 C), nastawić posuw rejestratora 1 s/c oraz zakres napięciowy w kierunku osi Y,1 V/, zate,1 1,825 C, Przy teperaturze otoczenia 26,5 C. Włączyć wyłącznik wentylatora, przeprowadzić doświadczenie dla zadanej wartości W11 C, włączyć zasilanie układu. Zarejestrować przebieg regulacji dal wybranej wartości tep W i w stanie alony dokonać poiaru czasu załączenia t a i wyłączenia t b. t a 7,25 s t b 21,6 s Na podstawie wyników poiarów określić:

5 Aplitudę oscylacji teperatury: 125,5 16,8 18,25 C ax in Średnią teperaturę aloną ponad teperaturę otoczenia: ax + in 98,55 + 8,3 89,5 C 2 2 κ 134, ,8375 *1% *1% 116, ax Wypełnienie ipulsu: t a 7,25 u,25 t + t 7, ,6 a b 19,2% Okres ipulsowania: t t + t 7, ,6 28,85 s i a b Obliczenia wartości ze wzorów: Aplitudę oscylacji teperatury: τ 9 [ ( 1 n) ] 219 ( 1 1,6 ) 83,5 28 T 72 + [ ] C 219 κ 1 c *1%,125 1 *1% 2,3% 83,5 Wypełnienie ipulsu: n 1,6 * 83,5 u,4 n + ( ) 1,6 *83,5 + ( ,5) Okres ipulsowania: T+ 1 1 n 1 83,5 1 1,6 T * 72 * 69,5 (1 ) z T+ n + u n n n 1, ,6 28 Tz 69,5 83,5 ti 97,1s u (1 u ),4 * (1,4) Porównanie wartości ierzonych i iczonych:

6 Aplitudę oscylacji teperatury: 18, 25 C 28 C κ 15,7% κ 2,3% Wypełnienie ipulsu: Okres ipulsowania: u,25 u, 4 t i 28, 85s t i 97, 1s 2. Regulacja dwawna z korekcją PID: NaleŜy włączyć korekcyjne sprzęŝenie zwrotne, nastawić zakres proporcjonalności regulatora p 4, co wynika ze wzoru i po podstawieniu wyniku do tabeli: τ τ p (,83...1,1 ) 1* c,125 *12 1, 5V Tz Tz Nastawić wartość zadaną teperatury W< ot (w naszy przypadku 18 C), nastawić posów rejestratora 1 s/c oraz zakres napięciowy w kierunku osi Y,1 V/, zate,1 1,825 C, Przy teperaturze otoczenia 26,5 C. Włączyć wyłącznik wentylatora, przeprowadzić doświadczenie dla zadanej wartości W11 C, włączyć zasilanie układu. Po aleniu teperatury wprowadzić sztuczne zakłócenie wyłączając wentylator obiektu do oentu ponownego alenia się teperatury, a następnie załączyć wentylator i zarejestrować przebiegi zian teperatury do oentu jej kolejnego alenia się. Na podstawie wyników poiarów określić: Średnią teperaturę aloną ponad teperaturę otoczenia: 4, C 12 Sygnał uchybu regulacji: e 83,5 84, 5 C κ 1 ax 5,3 4,7 1% 1% 12,6% 4,7 Czas regulacji: odczytać z wykresu