LABORATORIUM PODSTAW AUTOMATYKI

Transkrypt

1 LABORATORIUM PODSTAW AUTOMATYKI INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA 4.Wstęp - DOBÓR NASTAW REGULATORÓW opr. dr inż Krzsztof Kula Dobór nastaw regulatorów uwzględnia dnamikę obiektu jak i wmagania stawiane zamkniętemu układowi regulacji. Projektowanie układów regulacji obejmuje m.in. wbór tpu regulatora oraz dobór jego nastaw. Struktur regulatorów: Najczęściej spotkane struktur regulatorów to struktura szeregoworównoległa oraz równoległa bez interakcji czli z niezależnmi nastawami. Transmitancje regulatorów: P G ( s ) = K p T s PI G( s ) = K ( + ) p i PID G( s ) = K p ( + + Td s ) (3) Ti s Prz wznaczaniu nastaw regulatorów liniowch stosuje się wiele różnch metod.ich doboru. Generalnie jednak dąż się do uzskania pewnch oczekiwanch własności dnamicznch całego układu zamkniętego. Wówczas do ich osiągnięcia konieczna się staje znajomość dnamiki obiektu. Własności dnamiczne obiektu wznaczane mogą bć bądź w oparciu o charakterstki czestotliwościowe, bądź o charakterstki czasowe. Korzstniejsza jest snteza w oparciu o charakterstki częstotliwościowe. Wmaga ona jednak większego doświadczenia. Dlatego na zajęciach studenci korzstają z metod Zieglera Nicholsa, nomogramów bądź tabel, do którch użcia wstarcz wznaczenie charakterstk czasowch obiektu. Stosowanie regulatora ciągłego jest korzstne w zakresie.2<t o /T <, gdzie T o - zastępcze opóźnienie, T- zastępcza stała czasowa. Stosunek T o /T określa się jako opóźnienie względne. Prz mniejszch opóźnieniach względnch można bez obaw o znaczne popgorszenie jakości sterowania stosować regulator dwupołożeniow, zaś prz większm opóźnieniu względnm sterowanie impulsowe. 2.Przebieg ćwiczenia ZADANIE. () (2) Badanie charakterstk podstawowch regulatorów liniowch.. Wprowadzić do przestrzeni roboczej transmitancję regulatora PID z rzeczwistm członem Td s różniczkującm o transmitancji GD ( s ) =. Przjąć K p,.(-5), T i (4-8), T d (.5-2) const oraz + T s ustalić trz różne wartości T. Sporządzić charakterstki skokowe badanego regulatora

2 ZADANIE 2. Dobór nastaw regulatorów według I metod Zieglera-Nicholsa Wprowadzić do przestrzeni roboczej, podaną przez prowadzącego zajęcia, transmitancję obiektu regulacji G ob (s). Zamodelować pod sisotool zamknięt układ regulacji, ustalając wstępnie: G ob (s) -> G, F=H=C= Zwiększając wzmocnienie regulatora proporcjonalnego C= K P, doprowadzić zamknięt układ regulacji do granic stabilności. Wznaczć odpowiadające temu stanowi wzmocnienie regulatora K P =K kr, po czm pomierzć okres generowanch na wjściu tego układu drgań, T osc wielkość regulow ana 8 6 (t) 4 2 T osc Rs. Pomiar okresu osclacji drgań krtcznch t Sporządzić pod sisotool logartmiczną charakterstkę modułu układu otwartego / Analsis Other Loop Responses Open Loop- Loop Transfer- Bode / ( regulator P obiekt). Odcztać z niej ω o pulsację odcięcia ω o, dla której 2 Lm( ω o ) =. Obliczć stosunek. Tosc W oparciu o pomierzone wielkości oraz tabelę wznaczć nastaw regulatorów P,PI,PID. Tab. Dobór nastaw według I Metod Zieglera-Nicholsa Tp regulatora K p, T i T d P.5 K kr, - - PI.45 K kr,.85t osc PID.6 K kr.5 T osc.25 T osc Przeprowadzić smulację przebiegu wielkości regulowanej prz wstąpieniu: a) skokowej zmian wartości zadanej b) skokowej zmian zakłócenia Schemat blokow do smulacji przpadku b) przedstawia rs. poniżej. Konfigurację tę w sisotool ustawiam pod okienkiem import klikając na klawisz FS

3 F r F G C H G C H Rs. Schemat blokow układu zamkniętrego, na któr oddziałwują zakłócenia Wznaczć podstawowe wskaźniki jakości regulacji takie jak: uchb ustalon.maksmalne przeregulowanie oraz czas regulacji ( można skorzstać z opcji pomiaru pod Matlabem / kliknąć prawm przciskiem mszki Characteristics Peak response lub Settling Time /) W protokole odrsować przebiegi wielkości regulowanej z zaznaczeniem pomierzonch wielkości Dobre wniki prac zamkniętego układu regulacji otrzmuje się prz niezmiennej wartości zadanej i kompensacji pojawiającch się zakłóceń. Jeśli otrzmane przebiegi nie będą satsfakcjonujące, prowadząc zajęcia może nakazać ręczne dostrojenie regulatora. ZADANIE 3. Dobór nastaw regulatorów według II metod Zieglera-Nicholsa oraz innch metod bazującch na odpowiedzi skokowej obiektu. Dobór nastaw regulatorów musi uwzględnić dnamikę obiektu. Inna metoda doboru nastaw zaproponowana przez Zieglera i Nicholsa odnosi się do obiektów wieloinercjnch. Ab dobrać nastaw należ wkonać charakterstkę skokową układu otwartego ( w praktce jest to charakterstka obiektu) a następnie w oparciu o nią wznaczć dwa parametr: L i R. W tm celu w punkcie przegięcia charakterstki skokowej wznaczam stczną, która przetnie oś odciętch w punkcie t=l, zaś asmptotę przebiegającą na poziomie h( )=K w punkcie t L =L+L. Poszukiwan K parametr R obliczć można z zależności : R = L Rs. Charakterstka skokowa obiektu wieloinercjnego. Opóźnienie względne jest w tm przpadku równe L/L.

4 Tp regulatora K p, T i T d P - - L R PI. 9 L R 3.3 *L PID. 2 L R 2* L.5 * L Tabela nastaw regulatorów według II metod Zieglara- Nicholsa Podobnie jak w zadaniu 2 zarejestrować przebiegi uchbu regulacji i wznaczć podstawowe wskaźniki jakości regulacji e ust, t r oraz maksmalnego przeregulowania. II. PROTOKÓŁ DO ĆWICZENIA Data wkonania : Temat: DOBÓR NASTAW REGULATORÓW. Zadanie Badanie charakterstk podstawowch regulatorów liniowch. Przez : _ Tp regulatora K p, T i T d T T2 T3 PID Rs. 2 Charakterstka skokowa regulatora PID z rzeczwistm członem różniczkującm Zadanie 2 I metoda Zieglera-Nicholsa ) Wpisać do przestrzeni roboczej transmitancję obiektu ( podana przez prowadzącego ), a także transmitancje regulatorów w postaci ogólnej ( z smbolami nastaw np. Kp*Ti ) sprowadzonej do wspólnego mianownika.

5 2) Wznaczenie wzmocnienia krtcznego oraz okresu osclacji Kkr= Rs. Pomiar okresu osclacji niegasnącch układu na granic stabilności. Imię Nazwisko 3) Zamodelowanie pod sisotool przebiegów wielkości regulowanej (t) i wznaczenie podstawowch wskaźników jakości regulacji t.5 Rs. Przebieg wielkości regulowanej układzie z regulatorem P, dobranm według I metod Z-N prz skokowej zmianie

6 .5 Rs. Przebieg wielkości regulowanej w układzie z regulatorem PI, dobranm według I metod Z-N Prz skokowej zmianie....5 Rs. Przebieg wielkości regulowanej w układzie z regulatorem PID, dobranm według I metod Z-N

7 Zadanie 3 Dobór nastaw regulatorów z wkorzstaniem metod bazującch na charakterstce skokowej układu otwartego. Dla tego samego obiektu regulacji, co w dwóch poprzednich zadaniach wkonać charakterstkę skokową obiektu: Rs. Charakterstka skokowa obiektu regulacji. Wznaczenie parametrów L i R L L= R= opóźnienie względne - = L... Jeśli opóźnienie względne zawiera się w granicach.2.7 można stosować regulator PID. Dla przedziału.7-. wstarcz regulator PI..5 Rs. Przebieg wielkości regulowanej =f(t) z regulatorem PID o nastawach dobranch według II metod

8 Zieglera- Nicholsa prz skokowej zmianie....5 Rs. Przebieg wielkości regulowanej =f(t) z regulatorem PI o nastawach dobranch według II metod Zieglera- Nicholsa prz skokowej zmianie... III. Sprawozdanie. Na podstawie pomierzonch w zadaniu charakterstk opisać właściwości poszczególnch tpów regulatorów oraz wpłw nastaw na ich kształt. 2. Na podstawie pomierzonch wskaźników jakości opisać oddziałwanie poszczególnch regulatorów na proces sterowania w układzie zamkniętm. 3. Porównać wbrane metod doboru nastaw regulatorów. UWAGI PROWADZĄCEGO ZAJĘCIA ZAGADNIENIE data i podpis