Politechnika Śląska

w Gliwicach

Wydział Elektryczny

REGULACJA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ W UKŁADZIE ZE SPRZĘŻENIEM

ZWROTNYM OD ZAKŁÓCEŃ

SEKCJA V (EE)

1. Czaplok Krzysztof

2. Herka Dariusz

3. Kozieł Piotr

4. Wejs Jacek

WPROWADZENIE

Regulacja -jest to sterowanie w układzie zamkniętym , a wiec w układzie ze sprzężeniem zwrotnym.

Każdy układ regulacji automatycznej jednej zmiennej można przedstawić za pomocą schematu blokowego np.: Z

X_O + ε U X

-

X

Podstawowymi członami układu regulacji są : obiekt regulacji oraz regulator. Podstawowymi sygnałami w układzie regulacji są natomiast: sygnał regulowany x ,sygnał wartości zadanej x_o , sygnał uchybu ε oraz sygnał sterujący u , a także sygnał zakłócający z.

Rys.Zestaw urządzeń potrzebnych do budowy układu automatycznej regulacji

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest dobór parametrów i zapoznanie się z układem stabilizacji prędkości obrotowej silnika prądu stałego w warunkach zmiennego obciążenia silnika.

Na badany układ składa się silnik i prądnica. Zmiana obciążenia mechanicznego silnika realizowana jest przez mechaniczne sprzęgnięcie silnika z prądnicą i zmianę prądu pobieranego z prądnicy. Prąd prądnicy traktujemy jako zakłócenie wpływające na wartość prędkości obrotowej silnika.

Regulacja od zakłóceń polega na uzyskaniu sygnału regulacji uzależnionego od prądu prądnicy,
a nie od wielkości regulowanej tj prędkośći obrotowej silnika.

Silnik zasilany jest ze wzmacniacza o regulowanym sygnale zadającym U_Z i regulowanym k.

Prądnica obciążona jest rezystorem nastawnym . Spadek napięcia na rezystancji jest proporcjonalny do prądu obciążenia podawany jest na regulowany dzielnik napięcia.

Napięcie na wyjściu wzmacniacza U_S = k(U_Z + U_O) podawane jest na silnik .

Rys. Podstawowy układ stanowiska pomiarowego

Schemat blokowy zamkniętego układu regulacji

X₀(s) - transformata sygnału zadanego - regulowanego sygnału U_Z

X(s) - transformata sygnału regulowanego - prędkości obrotowej silnika

E(s) - transformata uchybu regulacji

Y(s) - transformata sygnału nastawiającego

Z(s) - transformata sygnału zakłóceń

G_r(s) - transmitancja regulatora

G_o(s) - transmitancja obiektu regulacji

Transmitancja układu otwartego:

Zależność ta jest prawdziwa gdy Z(t)=0 , a pętla sprzężenia zwrotnego zostanie przerwana.

Transmitancja układu zamkniętego:

Transmitancja uchybu: Transmitancja zakłóceniowa:

POMIARY

RN[Ω]	-	10	1000
UZ[V]	3,96	4,08	4,02
n[obr/min]	660	655	680
I1[A]	1,03	1,11	1,05
URN[V]	0,005	0,049	0,01
I2[mA]	6	59	13
US[kV]	3,96	4,08	4,02
kW	1	1	1

n₁=660

n₂=655 R=10[Ω]

n₃=680 R=1000[Ω]

U₁=3,96

n₁=aU₂[obr/min]

TABELA POMIAROWA

	WYKRES 1	WYKRES 2	WYKRES 3(obc.)	WYKRES 4	WYKRES 5	WYKRES 6(obc.)	WYKRES 7	WYKRES 8
Uz	3,18	6	2,82	6	6	2,88	3	6
n	420	1594	320	1325	950	390	112	564
I1	0,93	1,12	0,95	1,89	1,57	1,07	0,88	0,94
URN	0,004	0,005	0,061	0,509	0,341	0,093	0,004	0,004
I2	5	6	80	622	404	110	6	5
US	3,21	6,03	3,28	9,07	5,79	3,56	2,54	3,59
kW	1	1	1	1	3	3	1	1

WNIOSKI

W ćwiczeniu zapoznaliśmy się z prostym układem regulacji w którym wielkość wyjściowa
i wejściowa są różnymi wielkościami fizycznymi, a funkcję regulatora pełni obiekt posiadający wzmocnienie statyczne. Na podstawie pomiarów wyznaczyliśmy parametry badanego obiektu przy obciążeniu maksymalnym i przy braku obciążenia. Zbadaliśmy wpływ nastaw układu sprzężenia zwrotnego na przebieg charakterystyki danego obiektu . W pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego występuje element posiadający tylko wzmocnienie statyczne k_r. Tylko przy ściśle określonej nastawie przebieg dochodził najszybciej do wartości ustalonej i odbywało się to bez zachwiań charakterystyki. Dla innych nastaw przebieg był zachwiany i wydłużony nie dochodząc do założonych obrotów. Z analizy stanów dynamicznych możemy wyciągnąć następujące wnioski :

• Układ regulacji ze sprzężeniem zwrotnym od sygnału zakłóceń wolniej reaguje na zmianę wielkości zadanej niż układ ze sprzężeniem od wielkości wyjściowej. Wynika to z faktu, że wartość sygnału zakłócenia zależy od prędkości silnika, a więc jego wartość jest zdeterminowana stałą czasową silnika. W układzie ze sprzężeniem od wielości wyjściowej sygnał o różnicy prędkości jest uzyskiwany natychmiast przez co regulacja jest o wiele wydajniejsza.

• Układ ze sprzężeniem od zakłóceń ma jednak pewne zalety ponieważ szybciej reaguje na zmianę obciążenia. Jest to spowodowane tym że układ reaguje właściwie na wartość zakłócenia (sygnał zakłócenia podany jest bezpośrednio na wejście wzmacniacza).
  W układzie ze sprzężeniem od wielkości wyjściowej wiadomość o obciążeniu pojawia się dopiero po zmianie prędkości obrotowej, czyli jest ona zależna od prędkości reakcji silnika na obciążenie.
  

• Doboru układu regulacji należy dokonywać znając specyfikę pracy obiektu. Rozważając teoretycznie możliwość zastosowania danego układu regulacji należałoby zbadać jak się on zachowa w sytuacji awaryjnej obiektu

• W układzie z sygnałem sprzężenia od zakłóceń regulacja prędkości obrotowej silnika nie spełnia warunku utrzymania stałej prędkości.

OBJEKT

CZUJNIK

NADAJNIK WARTOŚCI

ZADANEJ

ELEMENT NASTAWCZY

SIŁOWNIK

PRZETWORNIK

POMIAROWY

CZŁON DYNAMICZNY

REGULATOR

URZĄDZENIE WYKONAWCZE

URZADZENIE POMIAROWE

X(s)

+

G_r(s)

Rysunek . Ogólny schemat blokowy ukł. regulacji

REGULATOR

OBJEKT

X₀(s)

Z(s)

Y(s)

-

E(s)

G₀(s)

---