Prowadzący(a) Grupa Zespół data ćwiczenia Lp. Nazwisko i imię Ocena LABORATORIUM 4. PODSTAW 5. AUTOMATYKI

Transkrypt

1 Instytut Automatyki i Robotyki Prowadzący(a) Grupa Zespół data ćwiczenia Lp. Nazwisko i imię Ocena LABORATORIUM 4. PODSTAW 5. AUTOMATYKI Ćwiczenie PA7b 1 Badanie jednoobwodowego układu regulacji temperatury z regulatorem mikroprocesorowym EFTRONIK X Celem ćwiczenia jest ocena ilościowa i jakościowa właściwości statycznych i dynamicznych jednoobwodowego układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg. Ocena jakości regulacji sprowadza się do określenia w jaki sposób zastosowany regulator zapewnia nadąŝanie wielkości regulowanej za zadaną oraz jaka jest efektywność kompensacji wpływu działających zakłóceń. Identyfikację obiektu regulacji przeprowadzono w ćwiczeniu 6b. Przebieg ćwiczenia Wielkością regulowaną jest temperatura T powietrza przepływającego przez rurociąg, sterowaniem jest sygnał Y G, generowany przez regulator, a zakłóceniami są : skokowa zmiana prędkości obrotowej silnika wentylatora ( skokowa zmiana sygnału Y w ), skokowa zmiana oporności grzałki z 100Ω - 75Ω ( zmiana pozycji przełącznika z 0 1 ), skokowa zmiana pozycji przesłony P z OTW ZAMK 1. Dobór nastaw regulatora Bazując na wynikach identyfikacji obiektu przeprowadzonej w ćwiczeniu 12b podać wartości następujących parametrów obiektu: k ob =... T z =... T 0 =..., Korzystając z tablicy 1 obliczyć nastawy regulatorów P/ PI dla przebiegów z przeregulowaniem 0 % lub 20 % ( zgodnie z poleceniem prowadzącego) i wstawić je do tablicy 2. 1 Opracowanie instrukcji : dr inŝ. Danuta Holejko

2 2 Tablica 1 Rodzaj przebiegu Typ regulatora k ob k p T 0 / T z T i / T 0 χ = 0 % P min t r PI T z / T 0 χ = 20 % P min t r PI T z / T 0 Tablica 2 Typ χ = 0 % χ = 20 % regulatora k p T i [s] k p T i [s] P PI 2. Rozruch instalacji Rozruch instalacji przeprowadza się zwykle w sposób ręczny. Zainstalowany regulatora przełączany jest przez operatora na tryb sterowania ręcznego M. Operator zmieniając sygnał wyjściowy regulatora, oddziałuje na proces tak długo aŝ wielkość regulowana PV osiągnie trwały stan ustalony na poziomie odpowiadającym Ŝądanej wartości zadanej SP. JeŜeli wszystkie urządzenia wchodzące w skład układu pracują poprawnie i osiągnięty jest stan ustalony równowagi trwałej odpowiadający zerowej odchyłce regulacji i zostały wprowadzone bezpieczne nastawy regulatora to uznaje się rozruch taki za zakończony i operator przełącza układ ze sterowania ręcznego M na sterowanie automatyczne A. W badanym układzie naleŝy wykonać następujące czynności : 1. Z zadajnika sterowania ręcznego regulatorów w obu kanałach ustawić wartość sygnału wyjściowego Y G = 50 % oraz Y w = 50 %. 2. Odczekać i odczytać ustaloną wartość PV temperatury T. Ustalona wartość PV reprezentuje poŝądaną wartość wielkości regulowanej. Ustawić ręcznie lokalną wartość zadaną regulatora w kanale 1 SP = PV. 3. Wprowadzić w trybie PROGRAMOWANIE obliczone nastawy regulatora o algorytmie P wpisując pod adres 4113 obliczoną wartość wzmocnienia k p, pod adresy 4115 i 4117 wpisać Ustawić posuw taśmy rejestratora na 600 mm/h, a następnie włączyć rejestrator. 5. Po odczekaniu ok. 30 sek. przełączyć regulator na tryb A. 3. Badanie skuteczności kompensacji zakłóceń oraz odtwarzania wielkości zadanej SP w układzie z regulatorem P Badanie skuteczności kompensacji zakłóceń wywołanych zmianą prędkości obrotowej silnika wentylatora a) W układzie pracującym w trybie A wprowadzić zakłócenie- zmianą prędkości obrotowej silnika wentylatora z 50 % na 70 %,

3 3 b) zarejestrować przebieg zmian wielkości regulowanej PV aŝ do uzyskania stanu zanotować minimalną i ustaloną wartość PV, c) wyłączyć rejestrator, przełączyć regulator na tryb M, ustawić ponownie Y w = 50%, ustawić sygnał sterujący Y G = 50 %, i odczekać aŝ do uzyskania stanu ustalonego Badanie skuteczności kompensacji zakłóceń wywołanych zmianą oporności grzałki a) włączyć rejestrator, b) jeŝeli wielkość mierzona PV SP to naleŝy skorygować wartość SP, c) po odczekaniu ok. 1 min. przełączyć regulator na tryb A. d) wprowadzić zakłócenie poprzez zmianę pozycji przełącznika P z pozycji 0 na 1, e) zarejestrować przebieg zmian wielkości regulowanej PV aŝ do uzyskania stanu zanotować maksymalną wartość PV i ustaloną wartość końcową, f) ponownie ustawić przełącznik zmiany oporności na pozycję 0, przełączyć regulator na tryb M, wyłączyć rejestrator, g) ustawić sygnał sterujący Y G = 50 %, Y w = 50 % odczekać aŝ do uzyskania stanu ustalonego Badanie przebiegu zmian wielkości regulowanej wywołanych zmianą pozycji przesłony P z otwarte na zamknięte a) włączyć rejestrator, b) jeŝeli wielkość mierzona PV SP to naleŝy skorygować wartość SP, c) po odczekaniu ok. 1 min. przełączyć regulator na tryb A. d) wprowadzić zakłócenie, e) zarejestrować przebieg zmian wielkości regulowanej PV aŝ do uzyskania stanu zanotować maksymalną wartość PV i ustaloną wartość końcową, f) ponownie ustawić pozycję przesłony P na otwarte, przełączyć regulator na tryb M, wyłączyć rejestrator, g) ustawić sygnał sterujący Y G = 50 %, odczekać aŝ do uzyskania stanu ustalonego Badanie skuteczności nadąŝania wielkości regulowanej PV za zmianami wielkości zadanej SP a) odczekać i odczytać ustaloną wartość PV, jeŝeli wielkość mierzona PV SP to naleŝy skorygować wartość SP, b) włączyć rejestrator,

4 c) po odczekaniu ok. 30 sek. przełączyć regulator na tryb A. 4 d) wprowadzić skokową zmianę wartości zadanej SP (amplitudę skoku podaje prowadzący), e) zarejestrować przebieg zmian wielkości regulowanej PV aŝ do uzyskania stanu zanotować minimalną, maksymalną i ustaloną wartość PV, f) wyłączyć rejestrator, przełączyć regulator na tryb M i ustawić ponownie Y G = 50%, odczekać aŝ do uzyskania stanu ustalonego. 4. Badanie skuteczności kompensacji zakłóceń oraz odtwarzania wielkości zadanej SP w układzie z regulatorem PI W trybie PROGRAMOWANIE wprowadzić obliczone nastawy regulatora o algorytmie PI wpisując pod adres 4113 obliczoną wartość wzmocnienia k p, pod adres 4115 obliczoną wartość T i a w 4117 wpisać wartość Badanie skuteczności kompensacji zakłóceń wywołanych zmianą prędkości obrotowej silnika wentylatora h) jeŝeli wielkość mierzona PV SP to naleŝy skorygować wartość SP z pulpitu operatora doprowadzając do PV = SP, i) po odczekaniu ok. 1 min. przełączyć regulator na tryb A, j) włączyć rejestrator, w układzie pracującym w trybie A wprowadzić zakłócenie zmianą prędkości obrotowej silnika wentylatora z 50 % na 70 %, k) zarejestrować przebieg zmian wielkości regulowanej PV aŝ do uzyskania stanu zanotować minimalną i ustaloną wartość PV, l) wyłączyć rejestrator, przełączyć regulator na tryb M, ustawić ponownie Y G = 50%,oraz Y w =50% odczekać aŝ do uzyskania stanu ustalonego Badanie skuteczności kompensacji zakłóceń wywołanych zmianą mocy grzałki Procedura badawcza jest analogiczna jak w p Badanie skuteczności nadąŝania wielkości regulowanej PV za zmianami wielkości zadanej SP Procedura badawcza jest analogiczna jak w p Dobór nastaw regulatorów metodą Zieglera Nicholsa Eksperyment Zieglera Nicholsa przeprowadzić w następujący sposób : 1. Regulator ustawić na tryb M, nastawić Y G = 50 %, Y w = 50 % i odczekać do stanu ustalonego PV. 2. Programowo wstawić nastawy regulatora : k p = 6, T i = 0, T d = 0.

5 5 3. Włączyć rejestrator, odczekać do stanu ustalonego PV, ręcznie z pulpitu regulatora ustawić SP = PV a następnie przełączyć regulator na tryb A. 4. Wprowadzić impulsową zmianę wartości SP = 2-3 % o czasie trwania impulsu wystarczający do wywołania zauwaŝalnych zmian PV. W czasie eksperymentu układ nie moŝe wejść w nasycenie. 5. Ocenić zarejestrowany na taśmie rejestratora przebieg zmian PV i porównać go z przebiegiem z rys.1. JeŜeli oscylacje odpowiadają wzorowi C, to przejść do p.6. JeŜeli oscylacje odpowiadają wzorowi A, to naleŝy przełączyć regulator na tryb M, ustawić Y G = 50 %,w trybie Programowanie zwiększyć k p regulatora i powtórzyć czynności od p JeŜeli oscylacje odpowiadają wzorowi B, to naleŝy przełączyć regulator na tryb M, ustawić Y G = 50 %,w trybie Programowanie zmniejszyć k p regulatora, i powtórzyć czynności od p.3-5. Rys.1. Przebiegi przejściowe wielkości regulowanej otrzymane w eksperymencie Zieglera- Nicholsa 6. Przełączyć regulator na tryb M, ustawić Y G = 50 %. 7. Zanotować bieŝącą wartość k p =k kryt, która wywołała oscylacje, następnie odczytać z zarejestrowanego przebiegu okres oscylacji T osc. 8. Obliczyć nastawy regulatora PI wg wzoru : k p = 0.45 k kryt, T i = 0.85 T osc 9. Powtórzyć badania układu regulacji wg procedury opisanej w p Wyniki i wnioski Narysować schematy blokowe badanego układu regulacji Narysować spodziewany przebieg zmian wielkości regulowanej PV i sterowania Y G wywołany zmianą mocy grzejnej grzałki po zastosowaniu regulatora o algorytmie P z działaniem normalnym N. załączyć i opisać otrzymane z rejestratora przebiegi zmian wielkości regulowanej, załączyć i opisać wyniki eksperymentu Zieglera Nicholsa. porównać przebiegi przejściowe układu regulacji i ocenić jego jakość statyczną i dynamiczną. na podstawie odczytanych z wykresów następujących wskaźników : e 1, e 2, e st, e m, t r, χ ( przeregulowanie). Wyniki podać w zaproponowanej tabeli.

6 6 porównać wyniki badań otrzymane dla nastaw regulatora wg tablic i wg metody Zieglera Nicholsa. Ocenić skuteczność kompensacji wpływu zakłóceń oraz skuteczność nadąŝania wielkości regulowanej za zadaną w układzie regulacji z regulatorem o algorytmie P i PI. Obliczyć wartości odchyłek statycznych na podstawie transmitancji obiektu i transmitancji regulatora i porównać je z wartościami otrzymanymi z badań. Jak z przebiegu przejściowego układu wywołanego zmianą skokową wartości zadanej SP odczytać nastawioną wartość wzmocnienia k p regulatora.