INSTYTUT AUTOMATYKI i ROBOTYKI WYDZIAŁ MECHATRONIKI - laboratorium Ćwiczenie PA7b Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg Instrukcja laboratoryjna Opracowanie : dr inż. Danuta Holejko dr inż. Jakub Możaryn mgr inż. Rafał Kurtyka Warszawa 2011
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływajacego przez rurociąg Celem ćwiczenia jest określenie na podstawie wyznaczonych doświadczalnie charakterystyk statycznych i dynamicznych rzeczywistego obiektu regulacji, którym jest proces. zmiany temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg, modelu matematycznego tego procesu. Proces pozyskiwania modelu matematycznego nazywany jest identyfikacją obiektu. Na podstawie zdjętych doświadczalnie charakterystyk statycznych i odpowiedzi skokowych wyznaczony zostanie model matematyczny w postaci transmitancji operatorowych. 1. WPROWADZENIE Obiektem regulacji nazywamy zachodzący w urządzeniu proces technologiczny podlegający oddziaływaniu zakłóceń, którego pożądany przebieg uzyskuje się przez zewnętrzne oddziaływanie sterujące (sterowanie). Przebiegi zautomatyzowanych procesów technologicznych są oceniane (kontrolowane) na podstawie pomiarów wielkości charakteryzujących dany proces, a których pożądany przebieg jest określony w zadaniu regulacji. Są to najczęściej wielkości fizyczne takie jak np. temperatura, ciśnienie, lepkość, zawartość składników. Mówi się, że wielkości te są wielkościami wyjściowymi obiektu regulacji (procesu) wielkościami regulowanymi oznaczanymi umownie symbolami y 1, y 2,... y n. Aby dany proces technologiczny mógł być realizowany, muszą być do niego doprowadzone odpowiednie strumienie materiałów (np. odpowiednie ilości reagujących ze sobą składników) lub strumienie energii (np. paliwa, energii elektrycznej). Od wielkości tych strumieni i od ich parametrów zależeć będzie pożądany przebieg wielkości regulowanych. Zatem ilości dostarczanej energii lub materii są wielkościami wejściowymi x 1, x 2,...x m obiektu regulacji (procesu). Innymi wielkościami wejściowymi są wielkości wpływające niekorzystnie na przebieg wielkości regulowanych. Są to różnego rodzaju zakłócenia (umownie oznaczane symbolami z 1, z 2,... z k ). Zakłócenia te mogą bezpośrednio oddziaływać na proces, np. w układzie regulacji temperatury takimi zakłóceniami są zmiany temperatury otoczenia, lub zniekształcać doprowadzone do obiektu strumienie energii lub materii, np. w układzie regulacji temperatury takimi zakłóceniami są zmiany wartości opałowej paliwa. Związek między wielkościami regulowanymi a wejściowymi tworzy opis obiektu w sensie procesowym (rys. 1a). Urządzenia, w których realizowane są procesy technologiczne wyposażone są w zespoły wykonawcze (ZW), którymi są np. zawory regulacyjne, pompy o zmiennej wydajności, silniki, styczniki itp., umożliwiające dostarczanie strumieni energii lub materiałów do procesu oraz w przetworniki pomiarowe (PP), dostarczające informacje o przebiegu zmian wielkości regulowanych. Zespoły wykonawcze, w wyniku oddziaływania na nie sygnałów sterujących oznaczanych stosując terminologię techniczną symbolami CV 1, CV 2,... CV m, i wytwarzanych przez regulatory (sterowniki), kształtują natężenie strumieni materiałów lub energii. Sygnały te są wielkościami wejściowymi obiektu regulacji w sensie 2
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg aparaturowym jako elementu składowego układu regulacji. Wielkościami wyjściowymi tak rozumianego obiektu regulacji są sygnały wyjściowe przetworników pomiarowych PV 1, PV 2,... PV n, nazywane zmiennymi procesowymi. Zależność zachodząca pomiędzy sygnałami wyjściowymi obiektu (zmiennymi procesowymi) a jego sygnałami wejściowymi (sygnały sterujące i zakłócenia) stanowi opis obiektu w sensie aparaturowym (rys.1b). a) b) Rys. 1. Schemat ideowy obiektu regulacji o jednej wielkości regulowanej : a) - obiekt regulacji w sensie procesowym, b) obiekt regulacji w sensie aparaturowym; oznaczenia: x, y - wielkość wejściowa, wyjściowa obiektu w sensie procesowym, CV - sygnał sterujący, PV - sygnał wyjściowy przetwornika pomiarowego (zmienna procesowa), z 1, z 2,.. z k zakłócenia W najprostszych przypadkach, obiekt regulacji może mieć jeden sygnał wyjściowy (jedną wielkość regulowaną), jeden sygnał sterujący i wiele wielkości zakłócających (rys. 1a). Jego matematycznym opisem jest zależność sygnału wyjściowego od sygnałów wejściowych,,. (1) która, w zależności od właściwości obiektu, może być równaniem algebraicznym albo liniowym lub nieliniowym równaniem różniczkowym o stałych lub zmiennych współczynnikach. Poprawna ocena właściwości obiektów regulacji jest podstawowym warunkiem umożliwiającym projektowanie układów regulacji. Na ogół analiza właściwości obiektu przebiega dwuetapowo. Pierwszy etap jest analizą procesową, której efektem jest ustalenie związków procesowych między wielkościami regulowanymi jako zmiennymi fizycznymi a wielkościami wejściowymi procesu, którymi są najczęściej parametry strumieni energii lub materiałów dostarczanych do procesu. Wyniki tej analizy są podstawą do właściwego doboru przetwornika pomiarowego oraz zespołu wykonawczego, czyli do poprawnego zaprojektowania obiektu regulacji w sensie aparaturowym. Ogólne związki procesowe powinny zostać określone przez technologa, który najlepiej rozumie fizyczną stronę procesu. Często jednak konieczna jest przy tym pomoc automatyka, aby opis właściwości obiektu podany był w formie użytecznej dla celów regulacji. Drugim etapem analizy jest określenie modelu matematycznego zaprojektowanego w sensie aparaturowym obiektu jako związku między sygnałami (zmiennymi procesowymi) PV a sygnałami sterowania CV i zakłóceniami. Tworzone modele ze względu na ich cechy aplikacyjne mogą być modelami: globalnymi lub lokalnymi (parametrycznymi). 3
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg Modele globalne ( bilansowe) tworzone dla celów analizy procesu technologicznego, jego optymalizacji i prowadzenia rozruchu określane są na podstawie zależności między zmiennymi procesowymi wiążącymi np. energię, masę, położenie i stan poszczególnych elementów tworzących proces w pełnym zakresie ich zmienności oraz na podstawie bilansów tych wielkości dla całego obiektu. Model taki ma najczęściej postać nieliniowych zależności różniczkowo-całkowych. Można go wykorzystać zarówno przy projektowaniu układu regulacji jak i optymalizacji punktu pracy. Modele lokalne (parametryczne) opisują właściwości obiektu w otoczeniu danego punktu pracy co na ogół jest wystarczające do doboru parametrów zainstalowanych w układzie regulacji elementów, do analizy stabilności układu z regulatorem oraz doboru algorytmu sterowania i struktury układu regulacji. Model taki ma zazwyczaj postać założonego z góry opisu matematycznego np. w postaci transmitancji operatorowych : obiektu oraz transmitancji zakłóceniowych. których nieznane parametry określane są w procesie identyfikacji. Model matematyczny obiektu może być także przedstawiony w postaci schematu blokowego, który dostarcza informacji o strukturze obiektu, co jest pomocne przy projektowaniu struktury układu regulacji. Przykładowy schemat blokowy obiektu o jednej wielkości regulowanej i dwu działających zakłóceniach z 1, z 2 opracowany dla zmiennych przyrostowych przedstawia rys.2. a) b) Rys. 2. Schemat blokowy obiektu regulacji : a) schemat szczegółowy, b) schemat zastępczy Jak już wcześniej wspomniano, obiekt regulacji w sensie aparaturowym to nie tylko proces zachodzący w urządzeniu (transmitancja G proc () ale także zespół wykonawczy ZW (transmitancja G ZW () sterowany sygnałem CV oraz przetwornik pomiarowy PP (transmitancja G PP () generujący sygnał PV (rys. 2a). Iloczyn tych transmitancji przedstawia sobą wyrażoną operatorowo zależność wielkości procesowej PV od sterowania CV i jest transmitancją operatorową obiektu określoną symbolem (rys.2 b). Charakter zmian wielkości regulowanej wywołany zakłóceniami określają transmitancje zakłóceniowe (transmitancje zakłóceniowe ze względu na niemierzalność zakłóceń można określić w sposób przybliżony raczej jakościowo niż ilościowo). Schemat blokowy z rys. 2a jest pozyskiwany i weryfikowany w fazie projektowania i doboru poszczególnych zespołów instalacji obiektowej, natomiast schemat z rys. 2b jest pozyskiwany w uruchomionym i działającym układzie regulacji. Działające na obiekt zakłócenia, których jest najczęściej wiele są niemierzalne i działają w sposób przypadkowy w różnych miejscach obiektu, w efekcie jednak zawsze 4
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg zaburzają pożądany przebieg procesu, a ich działanie ujawnia się poprzez zmiany wielkości regulowanej a zatem i zmiennej procesowej powodując jej wzrost wartości lub jej spadek. Również zależnie od konstrukcji zespołu wykonawczego, natury fizycznej i właściwości procesu oraz charakterystyki statycznej zastosowanego przetwornika pomiarowego, wzrost wartości sygnału wyjściowego CV regulatora sterującego procesem ma wywoływać wzrost lub spadek wartości wielkości regulowanej. Oddziaływania te zostały na schemacie blokowym z rys. 2 przedstawione za pośrednictwem węzła sumacyjnego. Znaki w węźle sumacyjnym pokazują możliwe kierunki oddziaływań sterowania i zakłóceń. Pozyskiwanie modelu może być realizowane analitycznie na podstawie znajomości równań opisujących zależności fizyko - chemicznych obiektu lub eksperymentalnie. Metoda eksperymentalna może być eksperymentem czynnym lub biernym. Eksperyment czynny polega na pobudzeniu obiektu zdeterminowanym wymuszeniem. Jest to najczęściej wymuszenie skokowe, impulsowe lub sinusoidalnie zmienne. Otrzymana odpowiedź na to wymuszenie pozwala na podstawie odpowiednich konstrukcji graficznych określić parametry założonego modelu matematycznego, który ze względów praktycznych i projektowych ma postać niezbyt złożonej transmitancji tzw. transmitancji zastępczej. Transmitancja ta w sposób przybliżony oddaje właściwości rzeczywistego badanego obiektu w otoczeniu wybranego punktu pracy. Przed rozpoczęciem doświadczenia obiekt musi znajdować się w stanie ustalonym. Dokładność identyfikacji zależy od amplitudy wymuszenia, która winna być na tyle duża aby zminimalizować wpływ zakłóceń a na tyle mała aby nie wprowadzić obiektu w nasycenie. Czas trwania wymuszenia powinien być dostatecznie długi aby możliwe było ujawnienie charakteru odpowiedzi. Obiekty podobnie jak inne elementy automatyki, klasyfikuje się ze względu na ich właściwości dynamiczne. Taką najbardziej ogólną klasyfikacją jest podział ze względu na zdolność osiągania lub nie osiągania równowagi trwałej po wprowadzeniu wymuszenia skokowego. Z tego punktu widzenia obiekty dzieli się na : statyczne, astatyczne. Przykładowe odpowiedzi obiektów statycznych i astatycznych na wymuszenie skokowe sterowania CV wykonane we współrzędnych przyrostowych przedstawia rys.3. a) b) 5
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg Rys. 3. Przykładowe ogólne odpowiedzi na wymuszenie skokowe a) obiektu statycznego, b) astatycznego. Dla obiektów statycznych, których odpowiedź skokowa ma przebieg jak na rys.3a przyjmuje się najczęściej następujące modele matematyczne przedstawione w postaci transmitancji operatorowej: lub gdzie: PV( k G ob e T s ob( 0 CV( T z s 1 PV( kob e s Gob( CV( ( Ts 1) n k ob wzmocnienie obiektu (w sensie aparaturowym wielkość niemianowana), T z zastępcza stała czasowa [min], T 0 zastępczy czas opóźnienia [min]. Parametry modelu obiektu regulacji określonego wzorem (2) można określić z odpowiedzi na wymuszenie skokowe stosując metodę : stycznej (rys.3a) lub siecznej (rys.4). (2) (3) Rys.4. Ilustracja metody siecznej wyznaczania stałych czasowych modelu (2) obiektu regulacji W przypadku metody stycznej parametry te określa się bezpośrednio z wykresu tak jak to pokazuje rys.3a, natomiast stosując metodę siecznej (rys.4) przechodzącej przez punkty P1, P2, wartości stałych czasowych T 0, T z określa się z zależności t1 t2 ln 2) T0 1 ln2 (4) Tz t2 T0 Parametry modelu określonego wzorem (3) zwanego modelem Strejca określa się z wykresu i z tablic podanych w literaturze. 6
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg Dla obiektów astatycznych, których odpowiedź skokowa ma przebieg jak na rys.3b przyjmuje się najczęściej model matematyczny przedstawiony w postaci transmitancji operatorowej PV( 1 G s e T0 s ob( ) (5) CV( Tzs Parametry modelu określonego wzorem (5) odczytuje się wprost z wykresu na rys.3b. W eksperymencie biernym parametry modelu określa się na podstawie pomiaru dostępnych sygnałów podczas normalnej pracy układu regulacji bez konieczności przerywania jego pracy i naruszania warunków eksploatacji. W metodzie tej nie mamy wpływu na sygnały podawane na obiekt i identyfikacja obiektu jest w tej metodzie trudna ze względu na często niską zdolność pobudzającą sygnałów. Analiza sygnałów pozwala określić model tzw. stochastyczny, który ze względu na dokładność opisu właściwości obiektu może być wykorzystywany w systemach diagnostycznych lub do optymalizacji procesu regulacji lub też opracowania innego od standardowego algorytmu regulacji. 7
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg 2. OPIS INSTALACJI OBIEKTOWEJ Obiektem regulacji jest proces zmiany temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg. Schemat instalacji obiektowej przedstawia rys.5. Przepływ powietrza jest wymuszony przez wentylator (S). Regulację temperatury można realizować w instalacji obiektowej z rys.4 sterując ilością ciepła wydzielanego przez grzałkę (G) przy stałym przepływie powietrza dostarczanego przez wentylator lub sterując ilością powietrza dostarczanego przez wentylator przy stałej ilości ciepła dostarczanego przez grzałkę. Sygnały sterujący mocą grzałki Y G oraz obrotami silnika wentylatora Y w są sygnałami standardowymi 4-20 ma i generowane są przez zastosowany w układzie regulacji sterownik PLC. Wielkościami zakłócającymi są : skokowa zmiana przekroju wlotowego powietrza (przez przestawienie pozycji przesłony P z zamknięte /otwarte co oznacza zmianę przekroju z 389 na 1661 mm 2 ), skokowa zmiana mocy grzejnej grzałki G przez dołączenie lub odłączenie dodatkowej rezystancji ( pozycja przełącznika 0 lub 1 );powoduje to zmianę oporności grzałki z 100 na 75. skokowa zmiana prędkości obrotowej silnika wentylatora realizowana przez skokową zmianę sygnału Y W podawanego do układu sterowania silnikiem S wentylatora dla przypadku sterowania obiektu mocą grzejną Y G, lub skokowa zmiana mocy grzejnej przez skokową zmianę sygnału Y G podawanego do grzałki dla przypadku sterowania prędkością obrotową silnika wentylatora Y w. Do pomiaru temperatury zastosowano przetwornik pomiarowy T/I z czujnikiem oporowym Pt100 ( wykonanie specjalne o małej bezwładności ) z linearyzacją i standardowym wyjściem 4-20 ma. Zakres pomiarowy przetwornika wynosi 25-75 0 C. Pomiar natężenia przepływu odbywa się przez pomiar spadku ciśnienia p na zwężce pomiarowej. Zakres przetwornika różnicy ciśnień p / I z wyjściem 4-20 ma wynosi 0-50 mm H 2 O. 8
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg 44444 4-2 P1 T/I p/i Y G Y w PV 4-20 [ma] 4-20 [ma] 4-20 [ma] 4-20 [ma] Rys.5. Schemat części obiektowej stanowiska układu regulacji temperatury powietrza Oznaczenia : P - przesłona dla skokowej zmiany przekroju wlotowego powietrza, S - silnik o regulowanych obrotach napędzający wentylator, G - grzałka elektryczna, PV sygnał prądowy z przetwornika temperatury T/I, Q - sygnał prądowy z przepływomierza zwężkowego, p/i- przetwornik różnicy ciśnień, 0-1 pozycje przełącznika P1 do zmiany oporności grzałki, Y w - sygnał sterujący obrotami silnika, Y G - sygnał sterujący mocą grzałki. 9
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg 3. PRZEBIEG ĆWICZENIA W ćwiczeniu identyfikacja obiektu przeprowadzona będzie na podstawie pomiaru charakterystyki statycznej obiektu w pełnym możliwym zakresie zmian wielkości regulowanej wywołanej zmianą sterowania i zakłóceniami. oraz odpowiedzi badanego obiektu na celowo wprowadzone wymuszenie skokowe w wybranym z charakterystyki statycznej punkcie pracy. Będzie to zatem eksperyment czynny, w którym celowe oddziaływanie na obiekt odbywać się będzie poprzez sygnał sterowania zadawany przez operatora. Pomiary właściwości statycznych i dynamicznych obiektu przeprowadza się wówczas gdy regulator i inne elementy układu regulacji są już zainstalowane, ich funkcjonowanie jest sprawdzone. Układ regulacji pracuje wówczas w trybie sterowania ręcznego. Właściwości statyczne i dynamiczne będą reprezentowane poprzez związki między wielkością regulowaną, którą jest temperatura powietrza T przetworzona na sygnał mierzony PV, a sygnałem Y G sterującym mocą grzałki oraz między wielkością regulowaną a wielkościami zakłócającymi. Związki te reprezentować będą transmitancje :operatorowa obiektu Gob (s ) oraz transmitancje zakłóceniowe Gz1(, G z 2(, G z 3( obiektu. Schemat połączeń części obiektowej stanowiska z panelem sterowania przedstawia rys.6. Rys.6. Schemat połączeń elementów układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg 10
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg Stanowisko do identyfikacji obiektu składa się ze sterownika PLC (1), panelu HMI (2), komputera PC (3) - połączonych w sieć ethernetową (4), rurociągu (5) i zasilacza (6). Wyjścia analogowe sterownika połączone jest z wejściem sterującym obrotami wentylatora S (AO1) i mocą grzałki G (AO2) zainstalowanych w rurociągu. Do wejść cyfrowych sterownika, poprzez zasilacz, doprowadzone są sygnały informujące o położeniu przesłony (DI1) i o zmianie rezystancji grzałki (DI2). W sterowniku zaimplementowano program umożliwiający sterowanie obrotami wentylatora (%) i mocą grzałki. Panel HMI umożliwia zadawanie wielkości sterujących. Symulacja na monitorze komputera umożliwia rejestrowanie przebiegów wymuszeń i odpowiedzi układu. 3.1. Wizualizacja Przy identyfikacji obiektu wykorzystane zostaną dwie wizualizacje. Pierwsza, zrealizowana na panelu SIMATIC KPT600, umożliwia sterowanie mocą grzałki i obrotami wentylatora (rys.7). Wielkości te są wprowadzane w procentach, poprzez pola Input/Output (1). Wartości są dodatkowo monitorowane na poziomych wykresach słupkowych (2). Na panelu zrealizowano także monitorowanie temperatury (3). Rys.7 Wizualizacja na panelu SIMATIC KPT600 Drugą wizualizację, zrealizowano na komputerze PC, w którym korzystając z funkcji oprogramowania TIA Portal zasymulowano panel SIMATIC TP1500. Na wizualizacji monitorowane są przebiegi wielkości procesowej PV oraz wymuszenia (zakłócenia). Na ekranie głównym (rys.8) znajduje się Menu z przyciskami, włączającymi ekrany pomocnicze przystosowane do identyfikacji poszczególnych parametrów. Na dodatkowych ekranach (rys.9) umieszczone są procentowe wykresy oraz przyciski umożliwiające operowanie wykresem: przycisk START/STOP (1), przyciski zmniejszające i zwiększające przedział czasu (2,3), przyciski przesuwające wykres wstecz i wprzód (4), przycisk Aktualny (5) realizujący szybki powrót do aktualnego przebiegu, przycisk Powrót (6) po naciśnięciu ukazuje się ekran główny. 11
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg Rys.8. Ekran monitora komputera stacjonarnego Rys.9. Ekran pomocniczy identyfikacja obiektu. 12
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg 3.2. Identyfikacja eksperymentalna właściwości statycznych obiektu regulacji Własności statyczne obiektu regulacji przedstawia charakterystyka statyczna, czyli zależność między sygnałem wyjściowym PV a sygnałem sterującym w stanie ustalonym. W badanym rurociągu należy wyznaczyć zależność temperatury PV [%] od sygnału sterującego mocą grzałki Y G [%] przy zadanych obrotach wentylatora Y W =40%, Y W =50% oraz Y W =60%. W tym celu: wybrać na wizualizacji komputerowej opcję Charakterystyka statyczną, ustawić na panelu obroty wentylatora Y W = 40%, zadawać moc grzałki Y G, wartości temperatury odczytywać po ustaleniu przebiegu. pomiary powtórzyć dla obrotów wentylatora Y W = 50% i Y W = 60%, wyniki pomiarów umieścić w tablicy 1. Tablica 1. Wyniki pomiarów charakterystyki statycznej obiektu regulacji Y G [%] Y W = 40% PV [%] Y W = 50% PV [%] Y W = 60% PV [%] 10 30 40 50 60 70 3.3. Wyznaczenie transmitancji operatorowej G ob ( na podstawie odpowiedzi skokowej dla przypadku sterowania mocą grzejną Właściwości dynamiczne obiektu określa transmitancja operatorowa, którą można wyznaczyć na podstawie odpowiedzi skokowej. W tym celu należy: wybrać na wizualizacji komputerowej opcję Identyfikacja obiektu, ustawić przedział czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 180 sekund, ustawić na panelu obroty wentylatora Y W = 50%, ustawić na panelu moc grzałki Y G = 50%, odczekać na ustalenie temperatury, zmienić moc grzałki na wartość Y G = 70%, odczekać na ustalenie temperatury. Zapisać cały przebieg przejściowy na komputerze dobierając odpowiedni przedział czasu. Zaleca się przyjąć ok. 100 sek. Po zatrzymaniu przebiegu na monitorze przyciskiem STOP, wcisnąć na klawiaturze komputera przycisk prtsc,wkleić zapamiętany ekran do edytora graficznego i wydrukować dwie kopie przebiegu przejściowego ( do obróbki wykresu stosując metodę stycznej (rys.9) i siecznej rys.4). 13
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg Zgodnie z p.1. dla badanego obiektu można przyjąć model matematyczny opisany transmitancją (6) : PV( k G ob e T s ob( 0 (6) Y G ( T z s 1 Stosując konstrukcję graficzną opartą o metodę stycznej przedstawioną na rys. 10 z zarejestrowanego przebiegu należy odczytać wartości parametrów zastępczej transmitancji operatorowej obiektu :T 0,T z, k ob. Rys.10. Przykład konstrukcji graficznej do określania parametrów transmitancji operatorowej obiektu regulacji metodą stycznej Parametry transmitancji operatorowej obiektu określić także stosując metodę siecznej przedstawioną w p.1 rys.4 Przedstawione transmitancje zostaną zastosowane do doboru nastaw regulatora w układzie regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg. 3.4. Wyznaczanie transmitancji operatorowej obiektu G ob ( na podstawie odpowiedzi skokowej dla przypadku sterowania prędkością obrotową silnika wentylatora Transmitancja zakłóceniowa G ob pozwoli określić wpływ zmian obrotów wentylatora na wartość temperatury powietrza w rurociągu. W celu wyznaczenia tej transmitancji należy: wybrać na wizualizacji komputerowej opcję Skokowa zmiana obrotów wentylatora, ustawić przedział czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 300sek, ustawić na panelu obroty wentylatora Y W = 50%, ustawić na panelu moc grzałki Y G = 50%, odczekać na ustalenie temperatury, zmienić obroty wentylatora na wartość Y W = 70%, 14
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg odczekać na ustalenie temperatury, zapisać przebieg na komputerze a następnie go wydrukować.. Wyznaczyć parametry transmitancji j obiektu regulacji o postaci PV( k G ob e T s ob( 0 Y w ( T z s 1 (7) 3.5. Wyznaczanie transmitancji operatorowej zakłóceniowej G z2 ( (zmiana oporności grzałki) na podstawie odpowiedzi skokowej Transmitancja zakłóceniowa G z2 pozwoli określić wpływ zmiany mocy grzałki na wartość temperatury powietrza w rurociągu. W tym celu należy: wybrać na wizualizacji komputerowej opcję Skokowa zmiana rezystancji grzałki, ustawić przedział czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 300sek, ustawić na panelu obroty wentylatora Y W = 50%, ustawić na panelu moc grzałki Y G = 50%, odczekać na ustalenie temperatury, przestawić przełącznik P1 (rys.6) w pozycję 1, odczekać na ustalenie temperatury, zapisać przebieg na komputerze, a następnie go wydrukować. przestawić przełącznik P1 (rys.6) w pozycję 0 Wyznaczyć parametry transmitancji zakłóceniowej obiektu regulacji o postaci PV( k G s 2 e s z2( ) 2 R( T2s 1 gdzie: R zmiana oporności grzałki. (7) 3.6. Wyznaczanie transmitancji operatorowej zakłóceniowej G z3 ( (zmiana otwarcia przesłony) na podstawie odpowiedzi skokowej Transmitancja zakłóceniowa G z3 pozwoli określić wpływ zmiany przekroju wlotu powietrza na wartość temperatury powietrza. W tym celu należy: wybrać na wizualizacji komputerowej opcję Skokowa zmiana przekroju wlotu powietrza, ustawić przedział czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 300sek, ustawić na panelu obroty wentylatora Y W = 50%, ustawić na panelu moc grzałki Y G = 50% 15
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg odczekać na ustalenie temperatury, zamknąć przesłonę P (rys.6) odczekać na ustalenie temperatury, zapisać przebieg na komputerze, a następnie go wydrukować otworzyć przesłonę P. Wyznaczyć parametry transmitancji zakłóceniowej obiektu regulacji o postaci PV( k G s 3 e s z3( ) 3 f ( T3s 1 gdzie: f zmiana przekroju przepływowego przesłony. (8) 16
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg 4. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA Sprawozdanie winno zawierać takie elementy jak: opis przebiegu ćwiczenia, schematy, wykresy otrzymane z rejestratora z naniesioną obróbką danych, wykresy wykonane na podstawie pomiarów itp. oraz odpowiedzi na pytania poniżej: 1) Określ parametry transmitancji obiektu stosując metodę siecznej oraz stycznej dla dwu omówionych przypadków sterowania. 2) Określ przebieg odpowiedzi skokowej obiektu obliczony na podstawie przyjętych transmitancji i dokonaj porównania z przebiegiem rzeczywistym. 3) Narysuj schemat blokowy badanego obiektu regulacji oraz przeprowadź jego analizę dla dwu omówionych przypadków sterowania. 4) Narysuj charakterystykę statyczną obiektu i przeprowadź analizę właściwości statycznych obiektu, 5) Określ na podstawie charakterystyki statycznej obiektu możliwe punkty pracy układu regulacji 6) Porównaj wartość wzmocnienia obiektu k ob otrzymaną z charakterystyki statycznej obiektu oraz z charakterystyki skokowej. Skomentuj otrzymane wyniki. 7) Określ na podstawie schematu blokowego obiektu jaki winien być kierunek działania regulatora w układzie zamkniętym. 17
Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg 5. LITERATURA 1.Kościelny W.J.: Materiały pomocnicze do nauczania podstaw automatyki dla studiów wieczorowych, WPW, 1997, 2001. 2. Węgrzyn S.: Podstawy automatyki. PWN 1980 3. Żelazny M.: Podstawy automatyki. PWN, 1976 18