INSTRUKCJA Regulacja PID, badanie stabilności układów automatyki

Podobne dokumenty
Regulatory o działaniu ciągłym P, I, PI, PD, PID

Podstawy Automatyki. Wykład 9 - Dobór regulatorów. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia VI Dobór nastaw regulatora typu PID metodą Zieglera-Nicholsa.

Regulator PID w sterownikach programowalnych GE Fanuc

Podstawy Automatyki. Wykład 7 - Jakość układu regulacji. Dobór nastaw regulatorów PID. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

1. Regulatory ciągłe liniowe.

Automatyka i sterowanie w gazownictwie. Regulatory w układach regulacji

UWAGA 2. Wszystkie wyniki zapisywać na dysku Dane E: (dotyczy symulacji i pomiarów rzeczywistych)

Regulator P (proporcjonalny)

SIMATIC S Regulator PID w sterowaniu procesami. dr inż. Damian Cetnarowicz. Plan wykładu. I n t e l i g e n t n e s y s t e m y z e

Regulator PID w sterownikach programowalnych GE Fanuc

Instrukcja do ćwiczenia 6 REGULACJA TRÓJPOŁOŻENIOWA

Automatyzacja. Ćwiczenie 9. Transformata Laplace a sygnałów w układach automatycznej regulacji

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

UWAGA. Wszystkie wyniki zapisywać na dysku Dane E: Program i przebieg ćwiczenia:

Zespół Placówek Kształcenia Zawodowego w Nowym Sączu

Podstawy Automatyki. Wykład 7 - obiekty regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Podstawy automatyki i robotyki AREW001 Wykład 2 Układy regulacji i regulatory

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Politechnika Warszawska Instytut Automatyki i Robotyki. Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny PODSTAWY AUTOMATYKI

Obiekt. Obiekt sterowania obiekt, który realizuje proces (zaplanowany).

Dla naszego obiektu ciągłego: przy czasie próbkowania T p =2.

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA AUTOMATYKI I ELEKTRONIKI. Badanie układu regulacji dwustawnej

Regulacja prędkości posuwu belki na prowadnicach pionowych przy wykorzystaniu sterownika Versa Max

Automatyka i sterowania

Badanie wpływu parametrów korektora na własności dynamiczne układu regulacji automatycznej Ćwiczenia Laboratoryjne Podstawy Automatyki i Automatyzacji

REGULATORY W UKŁADACH REGULACJI AUTOMATYCZNEJ. T I - czas zdwojenia (całkowania) T D - czas wyprzedzenia (różniczkowania) K p współczynnik wzmocnienia

REGULATORY W UKŁADACH REGULACJI AUTOMATYCZNEJ

Dobór parametrów regulatora - symulacja komputerowa. Najprostszy układ automatycznej regulacji można przedstawić za pomocą

PODSTAWY AUTOMATYKI I MIERNICTWA PRZEMYSŁOWEGO Laboratorium 3 Regulatory PID i ich strojenie, Regulacja dwupołożeniowa

Automatyka i Regulacja Automatyczna Laboratorium Zagadnienia Seria II

11. Dobór rodzaju, algorytmu i nastaw regulatora

STEROWANIE MASZYN I URZĄDZEŃ I. Laboratorium. 8. Układy ciągłe. Regulator PID

Elementy układu automatycznej regulacji (UAR)

Ćw. S-III.4 ELEMENTY ANALIZY I SYNTEZY UAR (Dobór nastaw regulatora)

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Ćwiczenie PA5. Badanie serwomechanizmu połoŝenia z regulatorem PID

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Podstawy Automatyki. Wykład 6 - Miejsce i rola regulatora w układzie regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Temat ćwiczenia: Wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych podstawowych członów dynamicznych realizowanych za pomocą wzmacniacza operacyjnego

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

Laboratorium z podstaw automatyki

(Wszystkie wyniki zapisywać na dysku Dane E:)

(Wszystkie wyniki zapisywać na dysku Dane E:)

K p. K o G o (s) METODY DOBORU NASTAW Metoda linii pierwiastkowych Metody analityczne Metoda linii pierwiastkowych

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Automatyka i robotyka

Ćwiczenie 3 Badanie własności podstawowych liniowych członów automatyki opartych na biernych elementach elektrycznych

Automatyka i robotyka ETP2005L. Laboratorium semestr zimowy

Układ regulacji ze sprzężeniem zwrotnym: - układ regulacji kaskadowej - układ regulacji stosunku

Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej

Regulacja dwupołożeniowa.

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

Praktyka inżynierska korzystamy z tego co mamy. regulator. zespół wykonawczy. obiekt (model) Konfiguracja regulatora

1. Rejestracja odpowiedzi skokowej obiektu rzeczywistego i wyznaczenie podstawowych parametrów dynamicznych obiektu

1. POJĘCIA PODSTAWOWE I RODZAJE UKŁADÓW AUTOMATYKI

4. Właściwości eksploatacyjne układów regulacji Wprowadzenie. Hs () Ys () Ws () Es () Go () s. Vs ()

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI I INFORMATYKI INSTYTUT AUTOMATYKI I INFORMATYKI KIERUNEK AUTOMATYKA I ROBOTYKA STUDIA STACJONARNE I STOPNIA

REGULATOR PI W SIŁOWNIKU 2XI

Automatyka i robotyka

LAB-EL LB-760A: regulacja PID i procedura samostrojenia

Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki. Badanie układu regulacji poziomu cieczy

1. Opis teoretyczny regulatora i obiektu z opóźnieniem.

Spis treści. Dzień 1. I Elementy układu automatycznej regulacji (wersja 1109) II Rodzaje regulatorów i struktur regulacji (wersja 1109)

UWAGA. Program i przebieg ćwiczenia:

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ D-1 LABORATORIUM Z MIERNICTWA I AUTOMATYKI Ćwiczenie nr 7. Badanie jakości regulacji dwupołożeniowej.

KOMPUTEROWY MODEL UKŁADU STEROWANIA MIKROKLIMATEM W PRZECHOWALNI JABŁEK

Z-ZIP-103z Podstawy automatyzacji Basics of automation

Sposoby modelowania układów dynamicznych. Pytania

Regulatory wykonywane są z zaworami zamykanymi lub otwieranymi przy wzroście temperatury. Pozycja temperatury może być ukośna, pozioma lub pionowa.

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ D-1 LABORATORIUM Z AUTOMATYKI I ROBOTYKI Ćwiczenie nr 4. Badanie jakości regulacji dwupołożeniowej.

Wykład nr 1 Podstawowe pojęcia automatyki

Sterowanie pracą reaktora chemicznego

Politechnika Warszawska Instytut Automatyki i Robotyki. Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny PODSTAWY AUTOMATYKI

7. PNEUMATYCZNY REGULATOR PID WŁAŚCIWOŚCI STATYCZNE I DYNAMICZNE. Cel zadania: Zbadanie statycznych i dynamicznych właściwości przemysłowego,

ZASTOSOWANIE PRZEKAŹNIKÓW PLC DO REALIZACJI ALGORYTMÓW STEROWANIA OGRZEWANIEM

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Podział regulatorów: I. Regulatory elektroniczne: II. Regulatory bezpośredniego działania: III. Regulatory dwustawne i trójstawne:

Ćwiczenie 21. Badanie właściwości dynamicznych obiektów II rzędu. Zakres wymaganych wiadomości do kolokwium wstępnego: Program ćwiczenia:

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Laboratorium Metod i Algorytmów Sterowania Cyfrowego

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Katedra Ciepłownictwa. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Dobór typu regulatora i jego nastaw w procesie syntezy układu regulacji automatycznej Ćwiczenia Laboratoryjne Podstawy Automatyki i Robotyki

Cel ćwiczenia: Podstawy teoretyczne:

Automatyka w inżynierii środowiska. Wykład 1

Selection of controller parameters Strojenie regulatorów

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Badanie wzmacniacza operacyjnego

SKRÓCONY OPIS REGULATORA AT-503 ( opracowanie własne TELMATIK - dotyczy modeli AT i AT )

BEZDOTYKOWY CZUJNIK ULTRADŹWIĘKOWY POŁOŻENIA LINIOWEGO

Wykład 1. Standardowe algorytmy regulacji i sterowania

II. STEROWANIE I REGULACJA AUTOMATYCZNA

SYNTEZA UKŁADU AUTOMATYCZNEJ REGULACJI TEMPERATURY

Rozdział 22 Regulacja PID ogólnego przeznaczenia

7.2.2 Zadania rozwiązane

PODSTAWY AUTOMATYKI IV. URZĄDZENIA GRZEJNE W UKŁADACH AUTOMATYCZNEJ REGULACJI

Przetworniki AC i CA

PNEUMATYCZNA TECHNIKA PROPORCJONALNA

Transkrypt:

Opracowano na podstawie: INSTRUKCJA Regulacja PID, badanie stabilności układów automatyki 1. Kaczorek T.: Teoria sterowania, PWN, Warszawa 1977. 2. Węgrzyn S.: Podstawy automatyki, PWN, Warszawa 1980 3. Żelazny M., Podstawy automatyki, PWN, Warszawa 1976 4. Markowski A., Kostro J., Lewandowski A.: Automatyka w pytaniach i odpowiedziach, WNT, Warszawa 1979 5. Materiały dydaktyczne FESTO https://www.festo.com/cms/pl_pl/index.htm Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z możliwościami stosowania regulacji PID do sterowania pracą fizycznych członów automatyki. Nabycie umiejętności doboru metody nastaw regulatorów PID na podstawie oceny wskaźników regulacji osiąganych po zastosowaniu różnych metod strojenia wykorzystujących metodę drgań granicznych. 1. Układy automatycznej regulacji wyposażone w PID Regulator jest jednym z podstawowych elementów w układach automatyki. Jego zadaniem jest wygenerowanie takiego sygnału sterującego, aby w jak najszybszy sposób uzyskać wielkość zadaną. Regulator PID występuje w układzie zamkniętym, a sposób jego działania jest następujący: porównanie wielkości regulowanej (aktualnej) z wielkością zadaną, na podstawie tych dwóch danych wejściowych, obliczenie uchybu E(s) (różnicy między wielkością zadaną, a wielkością regulowaną), wygenerowanie sygnału sterującego w taki sposób, aby uchyb dążył do zera. Rys. 1. Schemat blokowy regulatora PID Regulator PID (Proporcjonalno całkująco różniczkujący) składa się z trzech członów: P Proporcjonalny parametr regulowany: wzmocnienie k p 1 S t r o n a

Człon ten jest głównie odpowiedzialny za sterowanie obiektem sterowanym w sposób proporcjonalny do wartości uchybu. Innymi słowy można ująć, że reaguje na bieżące wartości uchybu. Równanie czasowe regulatora typu P: U P (t) = K p e(t) I Całkujący parametr regulowany: czas zdwojenia T i Człon całkujący umieszczony w układzie regulacji powoduje powolne wzmacnianie lub osłabianie sygnału sterującego w przypadku niezerowego uchybu. Z tego względu, że część całkująca wprowadza pewne opóźnienie do układu, to w przypadku zbyt dużego jej wzmocnienia powstaną oscylacje o częstotliwości mniejszej od tych, spowodowanych przez część proporcjonalną. Równanie członu całkującego: U I (t) = 1 T i e(t)dt τ horyzont sterowania 0 τ D Różniczkujący parametr regulowany: czas wyprzedzenia T d Ostatni człon regulatora PID, to człon różniczkujący. Jest on odpowiedzialny za wyliczanie gradientu wielkości regulowanej w taki sposób, aby przewidzieć uchyb w następnym cyklu pomiarowym i go zniwelować. Równanie czasowe członu różniczkującego jest następujące: U D (t) = T d de(t) dt Nie wszystkie obiekty regulowane zawsze muszą wykorzystywać wszystkie człony regulatora PID. Możliwe jest wyłączenie członu całkującego (regulator PD) jeżeli układ ma sam w sobie charakter całkujący (obiekty astatyczne). W przypadku, gdy człon różniczkujący wpływa negatywnie na sterowanie obiektem (w obiektach o małej dynamice np. grzanie czy utrzymywanie stałej temperatury) stosuje się tylko dwa pierwsze człony regulatora PID. Aby z regulatora PID zrobić regulator z członem proporcjonalnym P należy przyjąć poniższe nastawy czasów całkowania i różniczkowania: T i =, T d = 0 Tabela 1. Ręczne strojenie regulatora PID 2 S t r o n a

1.1. Dobór parametrów regulatora PID Istnieje wiele metod heurystycznych na dobór parametrów regulatora PID przy nieznanej transmitancji obiektu sterowania. Metody te polegają na pomiarze okresu oscylacji oraz wzmocnieniu krytycznym. Aby otrzymać te dane wejściowe należy skorzystać z poniższego algorytmu: 1) Przyjęcie regulatora PID jako regulatora tylko z członem proporcjonalnym P, 2) Eksperymentalnie znaleźć wzmocnienie krytyczne k kryt, dla którego układ będzie pracował na granicy stabilności (dokładność 0,1) oscylacje niegasnące, 3) Na podstawie wykresu odpowiedzi układu, odczytać okres oscylacji T osc, 4) Skorzystać z jeden z dwóch metod zamieszczonych w tabeli poniżej, 5) Ręczna regulacja obliczonych nastaw dla jak najlepszej regulacji. Metoda Zieglera-Nicholsa Metoda Pessena k c k kryt 0,6 k kryt 0,2 T i T osc 0,5 T osc 0,33 T d T osc 0,125 T osc 0,5 2. Stanowisko badawcze Na rysunku 2 pokazano stanowisko badawcze działania regulatorów PID wraz z opisem. Stanowisko badawcze stanowi zespół przygotowania sprężonego powietrza wraz z potrzebnymi elementami pneumatycznymi do sterowania siłownikiem. Rys. 2. Widok stanowiska badawczego. 1) Zespół przygotowania powietrza wraz z reduktorem, 2) Rozdzielacz, 3) Zbiornik ciśnienia, 4) Rozdzielacz proporcjonalny, 5) Przetwornik drogi, 6) Siłownik pneumatyczny, 7) Dodatkowa masa 3 S t r o n a

Sprężone powietrze, jako medium, trafia do układu poprzez zespół przygotowania powietrza, gdzie jego ciśnienie jest redukowane (1) do ustawionej wartości. Wartość ciśnienia w układzie reguluje się za pomocą ręcznego zaworu znajdującego się na górze zespołu przygotowania powietrza. Następnie przez zbiornik (3) oraz rozdzielacze (2, 4) powietrze jest kierowane do obiektu sterowania, którym jest siłownik pneumatyczny (6). Informacja zwrotna w postaci pozycji siłownika (5) wyrażona napięciem od 0 do 10 V trafia do karty pomiarowej National Instruments, która przetwarza ten sygnał na zakres od 0 do 50 cm. Dodatkowa masa (7) może być przymocowana do siłownika pneumatycznego w celu sprawdzenia, jak regulator zareaguje na dodatkowe zakłócenie w obiekcie sterowanym spowodowane jego zwiększoną bezwładnością. Istnieją dwie możliwości regulacji obiektem sterowania: manualna lub za pomocą programu Lab VIEW przy wykorzystaniu karty pomiarowej podłączonej do komputera PC. 2.1. Regulacja manualna Dane techniczne manualnego regulatora PID (rys. 3): Napięcie zasilania: 24 V DC Wskaźnik przesterowania:-10 > Ue > +10 V Zakres napięcia wejściowego: -13 +13 V Ograniczenie napięcia wyjściowego: [0 +10 V] [-10 +10 V] Przesunięcie wielkości nastawczej: 5 ±3,5 V przy [0 +10 V], 0 ±7 V przy [-10 +10 V] Współczynnik proporcjonalny KP: 0 1000 Współczynnik całkowania KI: 0 1000 s-1 Współczynnik różniczkowania KD: 0 1000 ms Przyłącze: wtyczka bezpieczeństwa 4 mm Regulator zawiera następujące funkcje: Zasilanie napięciem Wejścia różnicowe Komparator Człony regulacyjne: człon proporcjonalny, człon całkujący, człon różniczkujący Przesunięcie wielkości nastawczej Punkt sumujący Ogranicznik Wyjście 4 S t r o n a

Rys. 3. Widok regulatora manualnego PID [https://www.festo.com/cms/pl_pl/index.htm] 2.2. Regulacja cyfrowa Drugim sposobem regulacji obiektu sterowanego jest panel sterujący przygotowany w oprogramowaniu LabVIEW. Poniżej przedstawiono rysunek 4 z widokiem panelu programu sterującego tym obiektem. Rys. 4. Zrzut ekranu programu sterującego. 1) Załączenie regulatora PID, 2) Zadawanie wartości SP, 3) Wartość aktualna PV, 4) Nastawy poszczególnych członów regulatora PID 3. Zadania do wykonania Zadaniem do wykonania w trakcie zajęć laboratoryjnych jest dobór takich parametrów poszczególnych członów regulatora PID, aby w jak najkrótszym czasie siłownik pneumatyczny osiągnął zadaną wartość w przedziale od 200 do 300 mm. 5 S t r o n a

4. Pytania kontrolne 1) Opisz działanie regulatora w układzie otwartym i zamkniętym, 2) Wymień i scharakteryzuj człony regulatora PID, 3) Opisz metodę wyznaczania parametrów poszczególnych członów regulatora PID 4) Wymień 3 przykłady zastosowania regulatora PID 6 S t r o n a