AGH Wydział EAIiE		Imię Nazwisko : Dawid Gibek
ELEKTROTECHNIKA			Semestr: IV
KATEDRA AUTOMATYKI NAPĘDU I URZĄDZEŃ PRZEMYSŁOWYCH			Rok studiów: II Grupa: 2.2
LABORATORIUM SYSTEMÓW DYNAMICZNYCH			Nr ćwiczenia: 12
Temat ćwiczenia: Regulacja temperatury.			Rok akademicki: 1998/1999
Data wykonania ćwiczenia: 19.05.1999		Data zaliczenia sprawozdania: ...................

1. Regulacja dwustawna.

Regulacja dwustawna zwana też dwupołożeniową jest najczęściej stosowaną metodą regulacji temperatury w urządzeniach grzejnictwa elektrycznego. Regulacja ta polega na załączaniu i wyłączaniu „pełnej mocy” urządzenia tak aby zadana temperatura była cały czas utrzymana.

Układ:

S - obiekt regulacji

Reg - regulator dwustawny

W - stycznik

Schemat blokowy:

 mierzona temperatura

 sygnał z czujnika temperatury

 zadana wartość temperatury

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.

Pomiar 1:

• nastaw temperatury: 300 °C,

• czas trwania jednego cyklu: 100s,

• wartość temperatury, przy której następuje wyłączenie stycznika: 324°C,

• maksymalna wartość temperatury: 344°C,

• wartość temperatury, po której następuje załączenie stycznika: 311°C,

• minimalna wartość temperatury: 305°C,

• wartość rozrzutu R: 39°C,

• wartość histerezy H: 13°C.

Pomiar 2:

• nastaw temperatury: 300 °C,

• czas trwania jednego cyklu: 40s,

• wartość temperatury, przy której następuje wyłączenie stycznika: 325 °C,

• maksymalna wartość temperatury: 341 °C,

• wartość temperatury, po której następuje załączenie stycznika: 314 °C,

• minimalna wartość temperatury: 308 °C,

• wartość rozrzutu R: 33 °C,

• wartość histerezy H: 11 °C.

Jak widać z pomiarów zastosowanie innej spirali zmniejsza znacznie czas trwania cyklu oraz wartość rozrzutu i histerezy. Ciało szybciej się grzeje i szybciej stygnie (mniejsza stała czasowa obiektu). Dzięki temu regulator bardziej dokładniej dostosowuje temperaturę układu do zadanej.

2. Regulacja trójstawna.

Do ćwiczenia tego wykorzystaliśmy regulator RK2 a jako obciążenie spirale z poprzedniego ćwiczenia, która się załączała poniżej dolnego nastawu temperatury jako połączenie trójkąt (maksymalna moc, szybki nagrzew) a jeśli temperatura przekroczyła dolny nastaw połączenie obciążenia zmieniało się na gwiazdę (mniejsza moc, wolniejszy nagrzew). Najpierw górny nastaw był na tyle duży aby wentylator się nie włączał, później zmniejszyliśmy na tyle aby powyżej jego włączał się wentylator. Po zaobserwowanych zmianach doszliśmy do wniosku, że zastosowanie regulacji trójstawnej z wentylatorem m. in. zmniejsza rozrzut regulacji.

Pomiar bez wiatraczka:

• nastaw temperatury: 300 °C i 500 °C,

• czas trwania jednego cyklu: 40s,

• wartość temperatury, przy której następuje wyłączenie stycznika: 325 °C,

• maksymalna wartość temperatury: 341 °C,

• wartość temperatury, po której następuje załączenie stycznika: 314 °C,

• minimalna wartość temperatury: 308 °C,

• wartość rozrzutu R: 33 °C,

• wartość histerezy H: 11 °C.

Przy pomiarze z wiatraczkiem zmniejszył się rozrzut i czas chłodzenia.

3. Regulacja ciągła.

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

Układ:

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.

Do wykonania tego punktu użyliśmy elektroniczny regulator temperatury PID. Napięcie wyjściowe U(t) w funkcji czasu opisuje następujący wzór:

gdzie:

(t) - uchyb

K_R - współczynnik wzmocnienia

T_I - czas zdwojenia

T_D - czas wyprzedzenia

Dzięki zastosowaniu części I regulatora uzyskujemy zerowy ustalony błąd regulacji a dzięki części D szybką reakcję na zakłócenia.

Nastawy regulatora:

P=382 I=332 D=208

Po zastosowaniu funkcji Auto-tuning regulator sam się dopasował i przyjął następujące ustawienia:

P=182 I=33 D=8

Pomiar:

• nastaw temperatury: 300 °C

• czas regulacji: 20 s,

• maksymalna wartość temperatury: 307 °C,

• minimalna wartość temperatury: 297 °C,

• wartość rozrzutu R: 10 °C,

Po porównaniu nastaw regulatora z nastawami automatycznymi dochodzimy do wniosku, że układ z nastawami automatycznymi jest lepiej dopasowany i temperatura się stabilizuje z małą histerezą i niewielkim rozrzutem. Gdy nastawy były pierwotne to układ nie ustabilizował się.

4. Wnioski:

Regulatory temperatury odgrywają bardzo dużą rolę i mają bardzo szerokie zastosowania począwszy od zastosowań domowych aż po przemysł. Do niedawna udział układów regulacji ciągłej w przemysłowych urządzeniach elektrotermicznych był stosunkowo niewielki. Jednakże w ostatnich latach następuje szybki rozwój elektroniki powodując łatwy i tani dostęp do mikroprocesorów i mikrokomputerów. Powoduje to wypieranie regulatorów dwu- i trójstawnych przez regulatory ciągłe. Wadami tych regulatorów jest duża pulsacja temperatury. Lecz mają także zalety: niskie ceny, duża niezawodność, prostota układu, łatwość konserwacji, zapewnienie szybkiego usuwania wpływu zakłóceń (jeśli np. w razie awarii przy nagłym spadku temperatury następuje włączenie natychmiastowe pełnej mocy grzejnej). Więc dzięki tym zaletą nadal stosuje się regulatory dwu- i trójstawne (m. in. w klimatyzacjach). 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 -

---