AGH , Wydz. EAIiE Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych			Imię i nazwisko : Robert Eliasz
TEORIA STEROWANIA I TECHNIKA REGULACJI			Semestr : letni .
Rok akademicki : 1998 / 99	Rok studiów : II		Grupa : II
Kierunek : ELEKTROTECHNIKA			środa , godz . 8^3^0 .
Temat ćwiczenia : Regulacja temperatury .			Nr ćwiczenia : 14 .
Data wykonania ćwiczenia : 26.05.1999.		Ocena:

Cel ćwiczenia:

W ćwiczenia dokonamy automatycznej regulacji temperatury metodami powszechnie stosowanymi w grzejnictwie elektrycznym: regulacji dwustawnej, ciągłej, trójstawnej oraz przy użyciu regulatora elektronicznego MX7.

Przebieg ćwiczenia:

1. Regulacja dwustawna:

Regulacja dwustawna (dwupołożeniowa) jest najczęściej stosowaną metodą regulacji temperatury w urządzeniach grzejnictwa elektrycznego. Regulacja ta polega na załączaniu i wyłączaniu „pełnej mocy” urządzenia tak aby utrzymać zadaną średnią temperaturę.

Schemat pomiarowy:

S - obiekt regulacji

Reg - regulator dwustawny

W - stycznik

Schemat blokowy:

Obiekt regulacji S aproksymuje się członem inercyjnym pierwszego rzędu z czasem opóźnienia. Blok T uwzględnia stałą czasową czujnika, który traktuje się jako człon inercyjny pierwszego rzędu. Należy jednak zaznaczyć, że stała czasowa czujnika jest zwykle wielokrotnie mniejsza od stałej czasowej obiektu. Różnica między temperaturą zadaną a zmierzoną podawana jest na wyjście regulatora, który poprzez sygnał pośredniczący u i człon wykonawczy W decyduje o średniej wartości mocy P doprowadzonej do obiektu.

Po załączeniu pełnej mocy P_n temperatura narasta i po przekroczeniu zadanej wartości temperatury
, następuje wyłączenie mocy. Po wyłączeniu mocy temperatura obiektu jeszcze przez jakiś czas rośnie aż do wartości maksymalnej po czym zaczyna maleć. Jest to spowodowane tym iż pomiar temperatury obiektu i sterowanie wartością temperatury nie jest w tych samych miejscach. Gdy temperatura spadnie poniżej wartości zadanej, następuje ponowne załączenie mocy czynnej, temperatura jeszcze przez pewien okres maleje ale później zaczyna narastać. Cykl taki się powtarza prowadząc do oscylacji ustalonych.

Charakterystyka ustalania temperatury:

Wyniki pomiarów:

Elektroda grzewcza pieca akumulacyjnego:

• temperatura nastawiona: 300 °C,

• wartość temperatury, po której następuje załączenie stycznika: 315°C,

• wartość temperatury, przy której następuje wyłączenie stycznika: 323°C,

• minimalna wartość temperatury: 304°C,

• maksymalna wartość temperatury: 345°C,

• wartość histerezy H: 8°C.

• wartość rozrzutu R: 41°C,

• czas trwania jednego cyklu: 100s,

Spirala grzewcza:

• temperatura nastawiona: 300 °C,

• wartość temperatury, po której następuje załączenie stycznika: 315°C,

• wartość temperatury, przy której następuje wyłączenie stycznika: 323°C,

• minimalna wartość temperatury: 308°C,

• maksymalna wartość temperatury: 342°C,

• wartość histerezy H: 12°C.

• wartość rozrzutu R: 34°C,

• czas trwania jednego cyklu: 40s,

2. Regulacja trójstawna:

W ćwiczeniu tym wykorzystaliśmy regulator RK2, a jako obciążenie użyliśmy spiralę 3-faz. z poprzedniego ćwiczenia, która się załączała poniżej dolnego nastawu temperatury najpierw w połączeniu w trójkąt (maksymalna moc, szybsze nagrzewanie), natomiast gdy temperatura przekroczyła dolny nastaw połączenie faz zmieniało się na gwiazdę (mniejsza moc, wolniejsze nagrzewanie). Najpierw górny nastaw był na tyle duży aby wentylator się nie włączał, później zmniejszyliśmy na tyle aby powyżej niego włączał się wentylator.

Wyniki pomiarów:

Pomiar bez zastosowania wiatraka:

• minimalna wartość temperatury 304°C,

• maksymalna wartość temperatury 327°C,

• wartość rozrzutu R: 29°C,

• błąd histerezy H=10°C

• czas trwania jednego cyklu: 40s.

Pomiar z wentylatorem

- rozrzut regulacji R=23°C

- błąd histerezy H=9°C

- stała czasowa obiektu T=30°C

Przebieg temperatury w przypadku regulacji trójstawnej z wentylatorem

3. Regulacja ciągła:

Regulacje ciągłą stosujemy, gdy wymagane jest duża dokładność utrzymywanej temperatury.

Schemat pomiarowy:

Temperatura wnętrza obiektu, będąca wielkością regulowaną, jest mierzona czujnikiem termometrycznym T. Sygnał z czujnika jest podawany do regulatora Reg o wyjściu ciągłym. Regulator steruje członem wykonawczym W zmieniając moc grzejną doprowadzoną do obiektu w sposób ciągły. Dzięki temu uzyskujemy niewielkie oscylacje.

Charakterystyka zmian temperatury:

Charakterystyka w stanie ustalonym

7

Do wykonania tego doświadczenia użyliśmy elektronicznego regulatora temperatury PID. Napięcie wyjściowe U(t) w funkcji czasu opisuje następujący wzór:

gdzie:

ε(t) - uchyb

K_R - współczynnik wzmocnienia

T_I - czas zdwojenia

T_D - czas wyprzedzenia

Dzięki zastosowaniu członu całkującego „I” uzyskujemy zerowy ustalony błąd regulacji, a dzięki członowi różniczkującemu „D” uzyskaliśmy szybką reakcję na zakłócenia.

Przypadkowe nastawy regulatora:

P=10 I=433 D=0

Przy powyższych nastawach układ niestety się nie ustalił (temperatura cały czas rosła), co świadzcy o złych nastawach regulatora.

Po zastosowaniu funkcji Auto-tuning regulator sam dopasował nastawy, które ywnoszą:

P=183 I=32 D=8

Pomiar:

• temperatura nastawiona: 300 °C,

• minimalna wartość temperatury: 296°C,

• maksymalna wartość temperatury: 306°C,

• wartość rozrzutu R: 10°C,

• czas trwania jednego cyklu: 16s.

Jak widać z powyższych pomiarów w układ z nastawami automatycznymi temperatura się stabilizuje z niewielkim rozrzutem, a czas trwania cyklu ustalania temperatury jest krótki.

Wnioski:

Porównanie zastosowanych w ćwiczeniu metod regulacji pozwala wyciągnąć następujące wnioski:

1. Zaletami regulacji dwustawnej są: duża niezawodność, prostota układu, łatwość konserwacji, niska

cena, zapewnienie szybkiego usuwania wpływu zakłóceń gdyż np. przy spadku temperatury następuje natychmiastowe załączenie pełnej mocy grzewczej. Wadą tej metody jest duża pulsacja temperatury. W przypadku regulacji dwustawnej czas ustalania się temperatury w znacznej mierze zależy od stałej czasowej obiektu.

2) Regulatory trójstawne znajdują zastosowanie w urządzeniach klimatyzacyjnych

3. Regulatory ciągłe stosuje się jedynie tam gdzie wymagana jest duża dokładność utrzymywanej

temperatury (głównie przy szybko zmiennych temperaturach i obiektach o małej bezwładności cieplnej).

- 2 -

---