POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Transkrypt

1 POLIECHNIA BIAŁOSOCA Wydział Eletryczny atedra Autmatyi i Eletrnii ĆWICZENIE Nr. 4 Badanie własnści uładu regulacji z regulatrem PID Labratrium z rzedmitu AUOMAYA d: ENS1C BIAŁYSO 2013 OPRACOWANIE: DR INŻ. ZBIGNIEW PRAJS

2 Badanie własnści uładu regulacji z regulatrem PID Cel ćwiczenia Ocena jaści uładu regulacji uwzględniającej regulatr mdelwany w śrdwisu ADAQView Przed ćwiczeniem Należy wtórzyć dstawwe infrmacje nt. ceny jaści uładów sterwania. Stanwis labratryjne muter PC z zainstalwaną artą awizycji danych PCI-1711 raz rgramwaniem ADAQView, erminal PCLD-8710 z ablem łączeniwym, Zestaw mdelu analgweg ietu (MAO), Przebieg ćwiczenia 1. Należy zarejestrwać w śrdwisu ADAQView charaterystyę swą człnu wielinercyjneg utwrzneg za mcą zestawu MAO. Parametry człnu dynamiczneg daje rwadzący. Dane miarwe winny być zaisywane d liu testweg. 2. Wyrzystując jedną z metd identyfiacji należy człn wielinercyjny zastąić człnem inercyjnym ierwszeg rzędu z óźnieniem. 3. Należy łączyć uład regulacji, w tórym iet jest sterwany regulatrem w struturze P, PI raz PID zargramwanym w systemie ADAQView. PCLD-8710 AO AI MAO wej. wyj. Nastawy regulatra wybieramy na dstawie dłącznych d instrucji (Ddate C), danych tabelarycznych dla charaterystyi swej z rzeregulwaniem 0% i 30%. 2 d: ENS1C AUOMAYA Ćwiczenie 4

3 Badanie własnści uładu regulacji z regulatrem PID 4. Należy zarejestrwać charaterystyi swe łączneg uładu regulacji, tj: rzebiegi sygnału zadaneg, wyjściweg i uchybu regulacji. Wynii rejestracji zaisujemy d liu testweg, a nastęnie rzensimy d śrdwisa MALAB i nastęnie wyznaczamy wartści wsaźniów jaści badaneg uładu regulacji tj. rzeregulwanie, czas regulacji Czy zgrubna cena wartści rzeregulwania jest zgdna z czeiwaną, tj. rzytczną w tabeli nastaw? Srawzdanie winn zawierać 1. Schematy blwe uładów miarwych. 2. Zestawienie tabelaryczne wsaźniów jaści w wyniwym uładzie regulacji. 3. Wnisi i mentarze na temat uzysanych wyniów raz rzebiegu dświadczeń. Literatura 1. Gessing R.: Pdstawy autmatyi. Wydawnictw Plitechnii Śląsiej, Gliwice Jędrzyiewicz Z.: eria sterwania uładów jednwymiarwych. Wydawnictw AGH, raów Brzóza J.: Regulatry i ułady autmatyi. MOM, Warszawa, styczeń uźni J.: Regulatry i ułady regulacji. Wyd. Plit. Śląsiej, Gliwice, Luft M., Łuasi Z.: Pdstawy terii sterwania. Wydawnictw Plitechnii Radmsiej, Radm d: ENS1C AUOMAYA Ćwiczenie 4 3

4 Badanie własnści uładu regulacji z regulatrem PID Ddate A Regulatry Pdstawwy uład regulacji autmatycznej słada się z regulatra transmitancji (s) i ietu regulacji transmitancji (s). Zadaniem regulatra jest wytwarzanie sygnału sterująceg () ietem regulacji rzez równanie wartści mierznej z wartścią zadaną = () () (tzw. uchyb regulacji) zaewniająceg żądany rzebieg zmiennej regulwanej (). Regulatr ma menswać wływ załóceń i na sygnał wyjściwy. Ma rzede wszystim minimalizwać uchyb regulacji. Wystęujące w ratyce regulatry mżna slasyfiwać według nastęujących ryteriów: Budwa regulatra: regulatry działania bezśrednieg nie rzystają z energii mcniczej; energia trzebna d sterwania ietem jest ierana z czujnia, regulatry działania średnieg rzystają z energii mcniczej i w zależnści d jej staci mżna wyróżnić regulatry neumatyczne, hydrauliczne i eletryczne. Sygnały wystęujące w regulatrze: analgwe ( wyjściu ciągłym i nieciągłym), cyfrwe, analgw-cyfrwe. Charater zmian wielści zadanej: regulatry stałwartściwe realizują zadanie regulacji wół untu racy, regulatry nadążne realizują zadanie śledzenia sygnału zadaneg rzez sygnał wyjściwy z ietu, regulatry estremalne nastawy regulatra diera się na dstawie tymalizacji zadaneg wsaźnia jaści. Liczba sterwanych arametrów: jednarametrwe, wielarametrwe, () () Rys. 2 Schemat blwy uładu regulacji d: ENS1C AUOMAYA Ćwiczenie 4 4

5 Badanie własnści uładu regulacji z regulatrem PID Ze względu na właściwści dynamiczne: rrcjnalne P, całujące I, rrcjnaln-różniczujące PD, rrcjnaln-całujące PI, rrcjnaln-całując-różniczujące PID. Regulatr P Regulatr tyu P charateryzuje się tym, że jeg sygnał wyjściwy u (t) jest rrcjnalny d sygnału wejściweg. ransmitancja eratrwa taieg regulatra wyraża się wzrem = () () = rzy czym jest wsółczynniiem wzmcnienia (rrcjnalnści). Pratyczna realizacja regulatra P, lega na jęciu wzmacniacza eletrniczneg dużym wzmcnieniu sztywnym, ujemnym srzężeniem zwrtnym wzmcnieniu 1. Uzysuje się w ten ssób stałść wsółczynnia wzmcnienia rzez eliminację nieliniwści charaterysty wzmacniacza raz wrażliwści na zmiany nietórych arametrów. Regulatr P stsuje się w uładach regulacji statycznej. Zaewnia n realizację dstawweg celu regulacji, tj. zmniejszenie uchybu regulacji. Wzrst wzmcnienia wduje zmniejszenie zaasu stabilnści, dając jedynie ewne szerzenie asma rczeg i zmniejszenie uchybu ustalneg (nie zaewnia zmniejszenia uchybu d zera w rzyadu wystąienia załóceń). Regulatr I ransmitancja eratrwa regulatra ma stać = 1 Właściwści regulatra tyu I zwalają srwadzić uchyb regulacji d zera, wdując w stsunu d regulatra P, wydłużenie czasu regulacji. Ze względu na całwanie sygnał wyjściwy (sterujący) z regulatra zmienia się ta dług, aż uchyb rzyjmie wartść równą zeru. d: ENS1C AUOMAYA Ćwiczenie 4 5

6 Badanie własnści uładu regulacji z regulatrem PID Regulatr PI W regulatrze tyu PI sygnał wyjściwy jest rrcjnalny d sumy i całi sygnału wejściweg. ransmitancja eratrwa ma stać = rzy czym jest czasem zdwjenia. Wyraża n intensywnść dziania całująceg i jest t czas trzebny na t, aby rzy wymuszeniu swym sładwa sygnału wyjściweg regulatra, będąca wyniiem działania całująceg, stała się równa sładwej sygnału wyjściweg z części rrcjnalnej regulatra. Zatem łączny sygnał czasie staje się dwurtnie więszy. Regulatr PI zaewnia srwadzenie uchybu d zera i srócenie czasu regulacji. Czas regulacji w równaniu d czasu regulacji w uładzie z regulatrem P jest dłuższy. Waruniem uzysania zerweg uchybu ustalneg jest, aby mduł transmitancji regulatra rzy częsttliwści blisiej zeru dążył d niesńcznści. 2 Rys. 3. Odwiedź swa regulatra PI Regulatr PD ransmitancja eratrwa regulatra PD (idealneg) ma stać () = 1 + Regulatr ten ze względu na bra człnu całująceg nie zaewnia srwadzenie uchybu d zera. Stała czaswa nsi nazwę czasu wyrzedzenia i reśla czas, jai musi ułynąć, aby wystąieniu uchybu narastająceg liniw sygnał uchybu e (t) zrównał się z sygnałem wyjściwym u(t) z regulatra. Regulatr PD zwięsza mduł transmitancji wielich częsttliwści, c wduje nieżądany efet wzmacniania załóceń dużej częsttliwści. = + 1 Rys. 4. Odwiedź liniwa regulatra PI dla celów identyfiacji czasu wyrzedzenia d: ENS1C AUOMAYA Ćwiczenie 4 6

7 Badanie własnści uładu regulacji z regulatrem PID Ze względu na niewystęwanie idealneg różniczwania, w celu fizycznej realizacji regulatra tyu PD wrwadza się różniczwanie z inercją. ransmitancja regulatra (rzeczywisteg) w tym rzyadu ma stać (1 + ) () = Efetem wrwadzenia inercji jest zmniejszenie min. sutów załóceń wieliej częsttliwści. Stała wystęująca w transmitancji rzyjmuje wartść 5 3 rzy czym w regulatrach rzemysłwych ma na wartść = 1 + Rys. 3. Odwiedź swa regulatra PD Regulatr PID ransmitancja eratrwa regulatra PID (idealneg) ma stać () = Regulatr tyu PID jest najbardziej uniwersalnym regulatrem, umżliwiającym sterwanie różnymi tyami ietów. Łączy n zalety regulatrów PI raz PD, zwalając na uzysanie rótieg czasu regulacji, małeg rzeregulwania raz zerweg uchybu ustalneg. W regulatrze PID, dnie ja w regulatrze PD, cześć różniczującą zastęuje się różniczwaniem z inercją, rzez c uzysuje się graniczenie wartści mdułu dla częsttliwści dążącej d niesńcznści, rzy zachwaniu właściwści regulatra PID z idealnym różniczwaniem. ransmitancja eratrwa rzeczywisteg regulatra tyu PID jest nastęująca () = W więszści styanych w ratyce zadaniach sterwania (uwzględniającej różne iety i frmułwane wymagania) wystarczające jest stswanie regulatrów tyu PI, PD i PID. (1 + ) = Rys. 6. Odwiedzi swe regulatra PID. d: ENS1C AUOMAYA Ćwiczenie 4 7

8 Badanie własnści uładu regulacji z regulatrem PID Mdelwanie zadań sterwania w ramach strutury PID mże różnić się frmalnie i merytrycznie w zależnści d stswaneg śrdwisa rgramweg. W ramach systemu rgramwania ADAQView wyrzystywany jest regulatr cyfrwy, będący symulatrem dysretnym regulatra ciągłeg, tóre raw sterwania w dziedzinie czasu dysretneg = ma stać = + () ( 2) ( 3) w tórym: jest wyjściem PID w n-tym tacie róbwania, P jest wsółczynniiem wzmcnienia części rrcjnalnej regulatra, = 60 stanwi wsaźni wzmc- nienia w części całującej regulatra, natmiast = 60 t równważni czasu wyrzedzenia, zaś jest rzyjętym czasem róbwania (samling time). a) b) Rys. 7. Mdel blwy regulatra PID w śrdwisu ADAQView a) ina regulatra, b) n dialgwe d wisywania arametrów (nastaw) d: ENS1C AUOMAYA Ćwiczenie 4 8

9 Badanie własnści uładu regulacji z regulatrem PID Ddate B Dynamiczne wsaźnii jaści uładu regulacji Wymagania dtyczące dynamii uładu regulacji autmatycznej frmułuje się w dniesieniu d wyniwych charaterysty czaswych i częsttliwściwych. Sełnienie dwiednich wymagań jest wiązane z jaścią uładu regulacji. Z rzebiegiem charaterystyi swej (zmiennej regulwanej) () uładu regulacji związane są nastęujące wsaźnii jaści: czas regulacji, czas narastania, %, czas óźnienia %, raz rzeregulwanie. Przyładwy rzebieg charaterystyi y(t) azan na niższym rysunu 9 ± 1 t % % Czas regulacji jest t czas, uływie tóreg wartść dwiedzi różni się nie więcej niż d wartści ńcwej = ( ). Najczęściej rzyjmuje się rzedział = Czas narastania % jest t czas wymagany, aby rzy dwiedź swa () ietu wzrsła d wartści 10% d wartści 90%. Czas óźnienia % jest czasem, tórym dwiedź swa siąga wartść 10% y u. Przeregulwanie χ reśla niższa zależnść = 100%. Drze zarjetwany uład regulacji winien mieć rzeregulwanie nie więsze niż 30% - 40%. d: ENS1C AUOMAYA Ćwiczenie 4 9

10 Ddate C Nastawy regulatrów i wsaźnii jaści regulacji dla ietów transmitancji: =, y Regulatra Przeregulwanie 0% Minimum czasu regulacji tr Przeregulwanie 20% Minimum czasu regulacji tr Minimum ε 2 dt= F 0 tr ε u A z ε 1 A z Nastawy tr ε u A z ε 1 A z Nastawy F ( A ) z tr ε 1 A z Nastawy P 4, = 3 6,5 7+ 1, 2 7+ = PI = 6 = 8+ i = 7 = + 3 i , , 9 = 1, 0 PID = 95 = 1, 2 = 1, 4 5, = 2, 4 i = 4 d = 2, 0 i = 4 d , , 7 = 1, 3 i = 5 d OPRACOWANIE: DR INŻ. ZBIGNIEW PRAJS