POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Transkrypt

1 POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆWICZENIE Nr 1 Badanie prostych układów dynamicznych Laboratorium z przedmiotu TECHNIKA REGULACJI 3 Kod: TS1C BIAŁYSTOK 2014 OPRACOWANIE: DR INŻ. ZBIGNIEW PRAJS

2 Cel ćwiczenia Zbadanie wpływu określonych parametrów (oraz ich zmian) na charakterystyki czasowe wybranych członów dynamicznych. Przed ćwiczeniem Należy przypomnieć, bazując na wiedzy powziętej z wykładów i odpowiednich pozycji literaturowych, podstawowe informacje nt. członów dynamicznych rzędu od pierwszego do trzeciego (transmitancje operatorowe, charakterystyki czasowe, wpływ poszczególnych parametrów członu na postać charakterystyki skokowej) Stanowisko laboratoryjne Komputer PC z zainstalowaną kartą akwizycji danych PCI-1711 oraz oprogramowaniem ADAQView, Terminal PCLD-8710 z kablem połączeniowym, Zestaw modelu analogowego obiektu (MAO), Przebieg ćwiczenia 1. Skonfigurować układ regulacji zgodnie z poniższym rysunkiem poglądowym. PCLD-8710 AO AI MAO wej. wyj. Pokazane tu są kanały przesyłu sygnałów pomiędzy: obiektem (MAO)oraz terminalem PCLD Linia zielona symbolizują przepływ sygnału z wyjścia karty pomiarowej AO (czerwone kółka) na wejście obiektu MAO (zielone kółka). Sygnał wyjściowy z obiektu (linia czerwona) jest rejestrowany w systemie Advantech za pośrednictwem wejścia (AI) terminala PCLD Należy zarejestrować w środowisku ADAQView charakterystyki skokowe następujących członów dynamicznych: a) całkującego oraz inercyjnego (PWR w pozycji 1), 2

3 b) całkującego z inercją w dwóch przypadkach położenia członu całkującego względem inercyjnego (PWR w pozycji 2), c) podwójnie inercyjnego (PWR w pozycji 2), d) oscylacyjnego, otrzymanego poprzez objęcie sprzężeniem zwrotnym (sz w pozycji zwartej) i. członu całkującego z inercją, ii. członu podwójnie inercyjnego. e) człon inercyjnego z opóźnieniem dla dwóch nastaw czasy opóźnienia. Stałe czasowe i wzmocnienie podaje prowadzący zajęcia. Dane pomiarowe powinny być zapisywane do pliku tekstowego i następnie wykreślane w środowisku MATLAB. 3. Należy zbadać wpływ zmian wartości wzmocnienia i jednej ze stałych czasowych członów wymienionych w punkcie b), c) d) na postacie ich odpowiedzi skokowych. Dane pomiarowe powinny być zapisywane do pliku tekstowego i następnie wykreślane w środowisku MATLAB. Sprawozdanie powinno zawierać 1. Schematy blokowe stosowanych układów pomiarowych oraz zarejestrowane charakterystyki skokowe. 2. Wnioski i komentarze związane z analizą porównawczą uzyskanych rezultatów oraz przebiegu doświadczeń. Literatura 1. Kaczorek T., Dzieliński A., Dąbrowski W., Łopatka R.: Podstawy teorii sterowania. WNT, Warszawa Gessing R.: Podstawy automatyki. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice Jędrzykiewicz Z.: Teoria sterowania układów jednowymiarowych. Wydawnictwo AGH, Kraków Luft M., Łukasik Z.: Podstawy teorii sterowania. Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, Radom

4 Dodatek A ADAQView środowisko programowe typu SCADA Program ADAQView przeznaczony jest do współpracy z kartami pomiarowymi firmy Advantech. Program ten umożliwia zapis danych pomiarowych zbieranych w czasie rzeczywistym (ang. real time) do pliku oraz wyświetlanie ich na bieżąco w postaci: cyfrowej, wykresu słupkowego lub funkcji czasu. Oprócz akwizycji danych program ten może również sterować systemami automatyki. ADAQView opiera się na zasadzie schematu blokowego budowanego z predefiniowanych bloków funkcyjnych, dostępnych w programie jako ikony. Obsługa programu Po uruchomieniu programu ADAQView dostępne są dla użytkownika dwa podstawowe okna: - Okno Edytora Zadania (Task Designer), - Okno Edytora Ekranowego (Display Designer). 4

5 Schemat blokowy struktury sterowania tworzymy w oknie Task Deigner. Na ilustracji poniżej pokazany jest zbiór bloków funkcyjnych Task Toolbox, dostępnych w pasku tego okna. Wskaźnik BASIC DI wejście cyfrowe Pomiar czasu CFTO liczni sprzętowy Gen. sygnauł liniowego Zapis danych pomiarowych Alarm sprzętowy Wymiana danych NETin Kanał inform. Interfejs TASK/DISP AI wejście AO wyjście analogowe DO -wyjście cyfrowe Linear. termopary Czas aktualny CNT -licznik impulsów Regulator PID Przekaźnik Wartość. średnia Odczyt danych pomiar. SP - głośnik Łącze szeregowe RS 232 SOC kalkulator Wymiana danych Dźwięki WAV NETout ALOG alarm Programy użytkownika W zależności od potrzeb i celów projektowanego zadania (task) wybieramy za pomocą myszki odpowiednie ikony i następnie, klikając lewym jej klawiszem w dowolnym miejscu okna zadań, wprowadzamy je do struktury naszej strategii (schematu) sterowania. Każdy z użytych elementów edytujemy poprzez dwukrotne kliknięcie myszką. Edycja polega na ustawieniu parametrów w otwartym oknie dialogowym wskazanego bloku funkcyjnego Po wybraniu wszystkich potrzebnych bloków łączymy je (uaktywniając ikonę połączeń) tak, by utworzyć pożądany schemat. Na kolejnej ilustracji pokazana jest elementarna struktura sterowania w układach otwartych regulacji. Schemat taki jest użytkowany w tym ćwiczeniu, które w swojej czę- ści eksperymentalnej sprowadza się do rejestracji odpowiedzi sko- kowych prostych członów dyna- micznych. Widać tu blok TAG, któ- ry stanowi zadajnik sygnału przesyłanego do bloku AO (Analog Output), reprezentującego kanały sygnałów wyjściowych karty pomiarowej. Podobnie blok AI (Anakanały log Input) reprezentuje sygnałów wejściowych karty. Iko- plik, w którym są rejestrowane na LOG natomiast symbolizuje Kod: TS1C TECHNIKA REGULACJI 3 5 Ćwiczenie 1

6 (zapisywane do pamięci trwałej) sygnały ze wskazanych bloków. W tym przypadku będą rejestrowane: z bloku AI sygnały wejściowe do karty pomiarowej, czyli sygnał wyjściowy z obiektu sterowania oraz z bloku TAG sygnał zadany, czyli sygnał wejściowy, poprzez blok AO, do obiektu sterowania. W przypadku realizowanych ćwiczeń laboratoryjnych sygnałem zadanym będzie sygnał stałowartościowy, wygenerowany w oknie Display Designer za pomocą wirtualnego potencjometru Spin, którego reprezentantem jest blok TAG. Dla przygotowanej struktury sterowania należy utworzyć w oknie Display Designer ekran wynikowy - ekran wizualizacji. W oknie tym umieszcza się wirtualne narzędzia kontrolno - pomiarowe w celu graficznej obserwacji i nadzoru przebiegu procesu sterowania. Zestaw ikon Display Toolbox, symbolizujących takie wirtualne instrumentarium znajduje się na pasku narzędziowym okna, zawiera: Wskaźnik Wykres słupkowy Wykres w płaszczyźnie X-Y Pole tekstowe Sygnalizator Nastawnik obrotowy Nastawnik suwakowy Tekst Przycisk kontrolny Przycisk Wykres w funkcji czasu Ramka grupująca Wyświetlacz cyfrowy Nastawnik cyfrowy Wyświetlacz kołowy Histogram Bitmapa Szybki histogram Ilustracja obok pokazuje okno wizualizacji procesu w prostej strukturze (strategii) sterowania. Widać tu suwakowy nastawnik napięcia stałego w zakresie 0-10 V, dwa wyświetlacze cyfrowe - mierniki sygnału zadanego oraz sygnału wyjściowego, a także graficzny wyświetlacz przebiegu sygnałów w funkcji czasu. 6

7 Po przygotowaniu struktury sterowania oraz wizualizacji jego efektów należy następnie wybrać z menu głównego programu opcję SETUP/TASK PROPERTIES i ustawić parametry zadania, tj.: Scan Period - krok próbkowania, Duration czas trwania procesu (bez limitu czasu, zadany określony czas lub liczba impulsów) Starting Method - sposób uruchomienia (startu) procesu. Proces sterowania uruchamiamy za pomocą opcji RUN/START w menu głównym. 7

8 Dodatek B Model Analogowy Obiektu Dynamicznego (MAO) Ideowy schemat modelu analogowego obiektu dynamicznego przedstawiony jest na poniższym rysunku. SW S.wyj s.z S.wej. SW 1 Rys. 1. Ideowy schemat modelu analogowego obiektu dynamicznego Zasadniczą część modelu dynamicznego stanowią cztery kaskadowo połączone bloki, z których każdy składa się z członu całkującego, objętego lokalnie włączalną/wyłączalną pętlą jednostkowego sprzężenia zwrotnego. Bloki z włącznikami w pozycji rozwartej reprezentują człony całkujące = 1, gdzie = 1, 2, 3,4, czyli człony rzędu pierwszego, a ze względu na pierwszy stopień astatyzmu, są typu pierwszego lub klasy pierwszej. W pozycji zwartej włącznika każdy z bloków (każdy i-ty blok) stanowi zaś człon inercyjny rzędu pierwszego, typu zerowego (astatyzm stopnia zerowego) = 1 + = Na panelu stanowiska laboratoryjnego stan zamknięty każdego z włączników sygnalizowany jest świeceniem diody umieszczonej w torze pętli zwrotnej. W stanie rozwarcia diody nie świecą. OPRACOWANIE: DR INŻ. ZBIGNIEW PRAJS

9 Badanie prostych układów dynamicznych Wybór rzędu układu dynamicznego dokonywany jest za pomocą pięciopozycyjnego przełącznika. Pozycja 0 określa rząd zerowy układu, pozostałe zaś położenia, czyli od 1 do 4, wskazują wybrany rząd układu. Typ, klasa układu, czyli stopień astatyzmu układu wybierany jest poprzez rozwarcie włączników w pętlach zwrotnych, w odpowiadającej temu stopniowi liczbie bloków podstawowych. Zatem liczba nieświecących diod w lokalnych pętlach zwrotnych wskazuje na klasę układu dynamicznego. Do wejścia i wyjścia opisanej kaskady czterech bloków całkujących dołączone są pary kaskadowo połączonych bloków, składających się z członów proporcjonalnych i opóźniających = gdzie = 1, 2. W blokach modelu analogowego obiektu dynamicznego można zmieniać wartości parametrów takich jak: stałe czasowe całkowania z zakresu: 0,25, 0,5, 1, 1,5, 2,5, 5 sekund, wzmocnienia w zakresie , czasy opóźnień transportowych z zakresu 0, 0,25, 0,5, 1, 1,5, 2,5, 5 sekund. Model dynamiczny może podlegać różnego typu wymuszeniom podawanym na wejście układu oraz w torze sygnału wyjściowego. Tor sygnału wejściowego (kolor zielony) reprezentuje sygnał pochodzący z zewnętrznych urządzeń układu regulacji np. z generatora sygnałowego, regulatora, karty akwizycji danych i.t.p. W torze wejściowym możliwa jest zmiana polaryzacji sygnału sterowania. Tor sygnału wyjściowego (kolor czerwony) reprezentuje sygnał kierowany do urządzeń zewnętrznych np. regulatora, karty akwizycji danych i.t.p. Sygnały wejściowe SW1 i SW2 mogą być wykorzystywane jako sygnały zakłócające w badaniach układu zamkniętego, tzn. wtedy, gdy np. włącznik sz (sprzężenie zwrotne), będzie zwarty, co na panelu modelu zostanie zasygnalizowane świeceniem diody lub, gdy model będzie sterowany za pośrednictwem regulatora. Kod: TS1C TECHNIKA REGULACJI 3 Ćwiczenie 2 9