Politechnika Poznańska  

Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania 

 

Podstawy Automatyki – laboratorium 

 

Ćw. 6: 

Badanie regulatora PID w układzie sterowania prędkością obrotową silnika prądu 

stałego

 

 

Cel ćwiczenia: 

Celem ćwiczenia jest: 
a)  poznanie  budowy  układu  regulacji  prędkości  obrotowej  silnika  prądu  stałego  oraz  wpływu 

regulatorów: proporcjonalnego P  i proporcjonalno-całkującego  PI  na pracę silnika, 

b)  wyznaczenie  podstawowych  parametrów  (współczynników  wzmocnienia)  głównych  członów 

układu, 

c)  wykreślenie  charakterystyk  mechanicznych  napędu  w  układzie  otwartej  oraz  zamkniętej  pętli 

sprzęŜenia zwrotnego.  

 

Zakres niezbędnych wiadomości teoretycznych: 

Obejmuje on: 

- znajomość regulatorów liniowych (P,PI,PID),  
-  znajomość  zaleŜności  statycznych  i  umiejętność  analizy  dynamicznej,  tj.  zmian  prędkości 

obrotowej  spowodowanej  zmianą  napięcia  na  szczotkach  komutatora,  silnika  bocznikowego  jako 
elementu automatyki, 

- metody oceny jakości regulacji  
- znajomość zagadnień sterowania z zamkniętą pętlą sprzęŜenia zwrotnego 

 

Opis stanowiska lab: 

 

W  celu  lepszego  poznania  oraz  przeprowadzenia  analizy  działania  układu  regulacji  prędkości 

obrotowej,  utworzony  został  model  silnika  DC  28DT12  o  parametrach:  24V,  27W,  prędkości  biegu 
jałowego 6900obr/min, którego specyfikację umieszczono w załączniku. 
 

Model  znajduje  się  w  pliku  PI  silnikDC.cos3  na  pulpicie.  Po  jego  uruchomieniu  pojawia  się 

okno  środowiska  SciLab  (czyt.  sajlab)  oraz  symulator  Scicos.  W  oknie  symulatora  widoczne  jest 
menu,  gdzie  najbardziej  przydatną  funkcją  jest  >Simulate/Run.  Na  schemacie  blokowym  moŜna 
odnaleźć następujące elementy: 
 

- Zadana prędkość: w którą po dwukrotnym kliknięciu moŜemy wpisać wymaganą wartość w 

pole Final Value w obr/min. 
 

-  Regulator  PI:  składający  się  z  dwóch  członów:  P  oraz  I.  Wartości  wzmocnień  K

i

  oraz  K

p

 

wpisujemy w pole gain. Wprowadzenie wartości 0 oznacza wyłączenie danego członu regulatora. 
 

- Silnik DC: blok zawierający model silnika 

 

-  ObciąŜenie:  tu  w  polu  Final  Value  moŜemy  ustawić  wartość  obciąŜenia,  które  wystąpi  po 

pierwszej sekundzie ruchu w postaci wymuszenia skokowego. 
 

-  MScope:  rejestrator  sygnałów  aktualnej  wartości  prędkości  (obr/min)  oraz  prądu  (mA) 

płynącego w uzwojeniach. Po otwarciu tego bloku moŜemy zmienić ustawienia prezentacji wyników 
takie jak: rozdzielczość, pozycja, zakresy w obu osiach itp. Zarejestrowane wykresy pojawiają się po 
uruchomieniu  symulacji  automatycznie.  MoŜliwe  jest  podglądanie  szczegółów  wykorzystując  opcję 
powiększenia.  RównieŜ  przydatną  funkcją  jest  moŜliwość  zapisywania  rezultatów  w  plików 
graficznych poprzez uŜycie >File/Export w menu okna wykresu. 
 

-  Switch:  przełącznik  dający  nam  moŜliwość  włączania  i  wyłączania  pętli  sprzęŜenia 

zwrotnego. Wpisywanie wartości 1 w polu connected input oznacza wybranie pierwszego wejścia, a 
więc  włączenie  pętli.  Wpisanie  wartości  2  spowoduje  wysyłanie  do  węzła  sumacyjnego  sygnału 
zerowego, równoznacznego z otwarciem pętli. 
 

Politechnika Poznańska  

Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania 

 

Podstawy Automatyki – laboratorium 

 

Ćw. 6: 

Badanie regulatora PID w układzie sterowania prędkością obrotową silnika prądu 

stałego

 

 

Przebieg ćwiczenia: 
 

a)

 

sterowanie silnikiem w układzie otwartym 

studenci mają za zadanie sprawdzić: 

- Jak wpływa na pracę silnika zmiana nastaw regulatorów (P,  I  oraz PI) dla prędkości obrotowej 

(n

p

) oraz obciąŜenia (M

p

) podanych przez prowadzącego zajęcia. 

- Jak na pracę silnika wpływa zmiana wartości obciąŜania (przy n

zad

=7000 obr/min, K

p

=1 i K

i

=0). 

- Jaką prędkość rozwija silnik pod nominalnym obciąŜeniem i jaki w ten czas płynie przez niego 

prąd (przy n

zad

=7000 obr/min K

p

=1 i K

i

=0). Odczyt porównać ze specyfikacją silnika. 

-  Dla  układu  otwartego  z  regulatorem  P  naleŜy  sporządzić  charakterystykę  mechaniczną 

(zaleŜność ustalonej prędkości obrotowej od obciąŜenia) na podstawie czterech róŜnych punktów 
odpowiadających następującym wartościom obciąŜenia: M

1

=0, M

2

=20, M

3

=40, M

4

=60 mNm dla 

n = n

p

. 

 
b)

 

Sterowanie silnikiem z ujemną pętlą sprzęŜenia zwrotnego 

studenci mają za zadanie przeanalizować: 

-  działanie  układu  dla  róŜnych  nastaw  i  konfiguracji  regulatorów  (regulatorów,  I  oraz  PI)  dla 

zadanej  prędkości  obrotowej  (n

p

)  oraz  obciąŜenia  (M

p

).  NaleŜy  zwrócić  uwagę  na  wartość 

uchybu maksymalnego i ustalonego. 

-  wpływ  zmiany  obciąŜenia  na  chwilową  wartość  maksymalną  uchybu  oraz  na  uchyb  ustalony 

(zwrócić uwagę na prąd). 

- NaleŜy sporządzić charakterystyki mechaniczne (dla róŜnych konfiguracji regulatorów) podobnie 

jak to miało miejsce w poprzednim przypadku.  

 

Sprawozdanie: 

- przebieg wykonywanego ćwiczenia 
- wykresy prędkości zadanej, prędkości aktualnej i uchybu oraz wykres prądu i przyspieszenia w 

funkcji czasu dla regulatora P, I oraz PI z otwartą i zamkniętą pętlą sprzęŜenia zwrotnego. 

-  wyznaczyć  charakterystykę  i  sporządzić  wykres  prędkości  ustalonej  w  funkcji  zadanego 

obciąŜenia dla regulatora P oraz PI z zamkniętą pętlą sprzęŜenia zwrotnego oraz dla regulatora P 
z otwartą pętlą sprzęŜenia zwrotnego. 

- interpretację i wnioski sporządzić indywidualnie dla kaŜdego wykresu 
-  Osiągnięte  wnioski  naleŜy  odpowiednio  udokumentować.  W  tym  celu  moŜna  skorzystać  z 

wcześniej opisanej opcji eksportu wykresu do pliku graficznego.