Temat ćwiczenia:

Badanie symulacyjnych układów regulacji - w dziedzinie czasu.

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się ze sposobami realizacji układów automatycznej regulacji w postaci bloków programu symulacyjnego, analiza badanego układu, dobór właściwego regulatora.

Narzędzia pomiarowe:

W ćwiczeniu wykorzystano pakiet symulacyjny Matlab we współpracy z komputerem PC i drukarką.

Opis ćwiczenia:

Należało zaprojektować układ automatycznej regulacji - regulator dwustanowy z przekaźnikiem i wzmacniaczami, służący do regulacji temperatury w pewnym procesie przemysłowym.

Dane zadania:

ϑ_Z = 92°C - temperatura zadana

ϑ_o = +25°C - temperatura otoczenia

a_z =
- napięcie wejściowe

Grzejnik:

U_N = 220V

ϑ_N = 440°C

T = 160s

Czujnik temperatury (termopara): miedź - konstantan

Układ zaprojektowany:

Opis układu:

1. wejściowe napięcie a_z odniesione do temperatury zadanej 93°C

2. węzeł sumacyjny

3. regulator PID

4. przekaźnik

5. obiekt pierwszego rzędu symulujący zastosowany grzejnik

6. wirtualny oscyloskop rejestrujący

7. układ symulujący termoparę

Napięcie wyjściowe z termopary jest proporcjonalne do różnicy temperatur (zadanej i otoczenia). Na wyjściu wzmacniacza Gain1 otrzymujemy napięcie proporcjonalne do temperatury
. W dalszym torze sprzężenia zwrotnego w celu wzmocnienia sygnału trzeba zastosować wzmacniacz Gain, którego współczynnik wzmocnienia wyznacza się na podstawie obliczeń.

8. wzmacniacz sygnału

Przebieg symulacji:

Dobory nastaw parametrów układu
Nr wykresu:	Regulator			Wzmacniacz	Uwagi:
	P	I	D	Gain	-
1	6	0	0	327	Optymalne nastawy
2	6	0	0	450	Ocena wpływu nastaw wzmacniacza Gain
3	6	0	0	1000
4	6	0	0	100
5	1	0	0	100		Ocena wpływu nastaw członu proporcjonalnego regulatora PID
6	100	0	0	100
7	1	0	0	327
8	100	0	0	327
9	6	1	1	327		Ocena wpływu członu całkującego i różniczkującego regulatora PID
10	6	0,1	0,1	327
11	6	10	0,1	327
12	6	0,5	0,5	327

Podczas wszystkich pomiarów ustawienia przekaźnika były następujące:

• Input for on: 0,3

• Input for off: 0,1

• Output when on: 220

• Output when off: 0

Symulację przeprowadzono wykorzystując metodę: Runge - Kutta 3Wnioski:

Po przeprowadzeniu ćwiczenia i wykreśleniu wymaganych charakterystyk można wysunąć następujące wnioski.

W celu zapewnienia regulacji procesu utrzymywania stałej temperatury zaproponowano układ pokazany powyżej. Podczas analizy układu automatycznej regulacji przeanalizowano kilka przypadków ustawień parametrów zastosowanych elementów, wyniki przedstawiono w powyższej tabeli.

Optymalne działanie układu uzyskano dla regulatora PID z aktywnym członem proporcjonalnym, natomiast człon różniczkujący i całkujący był nieaktywny. Wzmocnienie wzmacniacza Gain w pętli sprzężenia zwrotnego zmniejszono nieco w stosunku do wartości wyznaczonej teoretycznie.

Badając wpływ wzmocnienia Gain przy stałych parametrach regulatora PID sporządzono wykresy nr 2, 3, 4. Można zauważyć, że wzrost wzmocnienia powoduje obniżenie wartości ustalonej, trzykrotne zmniejszenie wzmocnienia powoduje ponad 2,5 krotny wzrost wartości ustalonej.

W kolejnych punktach (5-8) prześledzono wpływ części proporcjonalnej regulatora PID na układ. Zwiększenie członu P powoduje prawie całkowity zanik oscylacji wprowadzanych przez przekaźnik, natomiast zmniejszenie tej wartości powoduje istotne zwiększenie oscylacji.

Dokonując oceny wpływu członu różniczkującego i całkującego regulatora PID (wykresy: 9-12) można ogólnie powiedzieć, iż uaktywnienie tych członów powoduje pogorszenie jakości regulacji. W przypadku 9 i 11 pojawiają się istotne przeregulowania, które mają charakter zanikający co świadczy o zachowanej stabilności układu.

---