Ćwiczenie 6

Regulator pneumatyczny PID

1. Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z działaniem zadajnika pneumatycznego, stacyjki operacyjnej i zaworu regulacyjnego z pneumatycznym siłownikiem membranowym oraz zbadanie charakterystyk przemysłowego regulatora pneumatycznego PID.

2. Schemat układu do badania właściwości pneumatycznego regulatora PID:

Przedmiotem doświadczeń jest regulator typu TRPID(R) połączony ze stacyjka operacyjna(SO). Regulator, stacyjka i inne elementy układu pomiarowego są zasilane powietrzem o ciśnieniu P_o=150 kPa z reduktora RD, do którego doprowadzane jest przez zawór odcinający (ZZ) powietrze o ciśnieniu P_z=250-300kPa.

3. Tabele i pomiary:

• Wykres charakterystyki sterowania ręcznego zaworem S=f(u):

S%	0	20	40	60	80	100
u [kPa]	35	30	25	23	20	18

• Wykresy charakterystyk statycznych u=f(e) regulatora P dla wszystkich badanych zakresów proporcjonalności, kierunków pracy i wartości u_o:

• Pomiary dla pracy odwrotnej, x_p=100%

xp	w	y	E x	U y	uo
100	60	20	40	20	60
100	60	30	30	30	60
100	60	40	20	42	60
100	60	50	10	51	60
100	60	60	0	60	60
100	60	70	-10	65	60
100	60	80	-20	79	60
100	60	90	-30	90	60
100	60	100	-40	100	60

• Pomiary dla pracy normalnej, x_p=100%

xp	w	y	e	u	uo
100	60	20	40	104	60
100	60	30	30	93	60
100	60	40	20	83	60
100	60	50	10	74	60
100	60	60	0	64	60
100	60	70	-10	54	60
100	60	80	-20	44	60
100	60	90	-30	32	60
100	60	100	-40	23	60

• Pomiary dla pracy normalnej, x_p=200%

Xp	w	y	e	u	uo
200	60	0	60	91	60
200	60	10	50	87	60
200	60	20	40	80	60
200	60	30	30	77	60
200	60	40	20	70	60
200	60	50	10	66	60
200	60	60	0	60	60
200	60	70	-10	55	60
200	60	80	-20	50	60
200	60	90	-30	44	60
200	60	100	-40	40	60
200	60	110	-50	33	60
200	60	120	-60	28	60

• Pomiary dla pracy normalnej, x_p=50%

xp	w	y	e	u	uo
50	60	30	30	121	60
50	60	40	20	102	60
50	60	50	10	83	60
50	60	60	0	59	60
50	60	70	-10	34	60
50	60	80	-20	12	60
50	60	90	-30	0	60

• Pomiary na przesunięcie punktu pracy

xp	w	y	E	U	Uo
100	60	0	60	98	40
100	60	20	40	80	40
100	60	30	30	69	40
100	60	40	20	60	40
100	60	50	10	49	40
100	60	60	0	39	40
100	60	70	-10	31	40
100	60	80	-20	19	40
100	60	90	-30	9	40
100	60	100	-40	0	40
xp	w	y	e	u	uo
100	60	0	60	133	80
100	60	20	40	115	80
100	60	30	30	106	80
100	60	40	20	96	80
100	60	50	10	87	80
100	60	60	0	79	80
100	60	70	-10	68	80
100	60	80	-20	59	80
100	60	90	-30	49	80
100	60	100	-40	40	80




Wykres funkcji u=f(e) dla pracy odwrotnej, x­_p=100% o równaniu y = -0,98x + 59,667

Wykres funkcji u=f(e) dla pracy normalnej, x­_p=100% o równaniu y = 1,0083x + 63,444

Wykres funkcji u=f(e) dla pracy normalnej, x­_p=200% o równaniu y = 0,5264x + 60,077

Wykres funkcji u=f(e) dla pracy normalnej, x­_p=50% o równaniu y = 2,1143x + 58,714

Wykres funkcji u=f(e) dla pracy normalnej, uo=40 kPa o równaniu y = 0,9909x + 39,455

Wykres funkcji u=f(e) dla pracy normalnej, uo=80 kPa o równaniu y = 0,9338x + 77,597

Porównując równania prostych w poszczególnych przypadkach do równania:

u=K_p*e+u_o

możemy łatwo wyznaczyć K_p i u_o :

1. Dla pracy odwrotnej i x_p=100% K_p=-0,98 a u_o=59,667;

2. Dla pracy normalnej i x_p=100% K_p=1,0083 a u_o=63,444;

3. Dla pracy normalnej i x_p=200% K_p=0,5264 a u_o=60,077;

4. Dla pracy normalnej i x_p=50% K_p=2,1143 a u_o=58,714;

5. Dla pracy normalnej przy u_o=40 kPa K_p=0,9909 a u_o=39,455;

6. Dla pracy normalnej przy u_o=80 kPa K_p=0,9338 a u_o=77,597.

• Wykresy charakterystyk dynamicznych u=f(
  ) regulatora PI i wykres e=f(
  ):

w [kPa]	yz [kPa]	e [kPa]	τ [s]	u [kPa]
60	60	0	0	0
60	60	0	10	0
60	60	0	20	0
60	40	20	30	5
60	40	20	40	32
60	40	20	50	37
60	40	20	60	43
60	40	20	70	49
60	40	20	80	56
60	40	20	90	61
60	40	20	100	68
60	40	20	110	74
60	40	20	120	80
60	40	20	130	86
60	40	20	140	93
60	40	20	150	99
60	60	0	160	80
60	60	0	170	80
60	60	0	180	52
60	80	-20	190	45
60	80	-20	200	40
60	80	-20	210	34
60	80	-20	220	28
60	80	-20	230	22
60	80	-20	240	17
60	80	-20	250	12
60	80	-20	260	7
60	80	-20	270	3
60	80	-20	280	1
60	80	-20	290	0




• Wykres charakterystyk dynamicznych u=f(
  ) regulatora PD i wykres e=f(
  ):

[s]	u	e
0	10	10
10	10	10
20	10	10
30	10	10
40	94	30

Czas osiągnięcia maksimum: t=3s

Osiągnięte maksimum: u=106kPa




• Wykres charakterystyk dynamicznych u=f(
  ) regulatora PID i wykres e=f(
  ):

w	y	e	u
60	60	0	0	0
60	60	0	0	10
60	60	0	4	20
60	60	0	9	30
60	40	20	88	40
60	40	20	87	50
60	40	20	86	60
60	40	20	86	70
60	40	20	88	80
60	40	20	88	90
60	40	20	89	100
60	40	20	90	110
60	40	20	91	120
60	40	20	92	130
60	40	20	92	140
60	40	20	93	150
60	40	20	94	160
60	40	20	95	170
60	40	20	96	180
60	40	20	98	190
60	40	20	99	200
60	40	20	100	210




• Wykres u=f(P_o):

w	y	e	u	Po
90	30	60	58	100
90	30	60	58	110
90	30	60	59	120
90	30	60	59	130
90	30	60	59	140
90	30	60	59	150
90	30	60	60	160

Współczynnik stabilizacji wewnętrznej regulatora:


,










4. Wnioski:

• Charakterystyka sterowania ręcznego zaworem S jest nieliniowa

• Wartość X_p zmienia nachylenie prostej w układzie współrzędnych, dla X_p=200% wykres funkcji jest nachylony pod mniejszym kątem do osi X niż dla X_p=100%, natomiast dla X_p=50% wykres jest bardziej nachylony do osi X;

• Powyższe wnioski znajdują uzasadnienie również w wartościach K_p;

• Zmiana wartości u_o powoduje przesunięcie wykresu funkcji w dół lub w górę równolegle do wykresu pierwotnego;

• W trakcie badania dynamicznej charakterystyki pracy regulatora PI w miarę upływu czasu, dla wartości e=0 ciśnienie u rośnie w stosunkowo wolnym tempie. Gdy e>0 ciśnienie u rośnie szybko a dla e<0, maleje

• wpływ ciśnienia zasilającego układ na ciśnienie u jest niewieki

---