Politechnika Śląska Wydział Elektryczny Laboratorium automatyki i sterowania	Studia Dzienne Magisterskie 2006 / 2007 rok Semestr: VI
Temat ćwiczenia: Regulacja dwustanowa
Studenci: Snitko Robert Sobek Marcin Sroka Adam	Data wykonania: 02.03.2007r. Grupa:PUE Sekcja: 2 Prowadzący: dr inż. Musiał

Cel ćwiczenia

Celem naszego ćwiczenia było zapoznanie się z realizacja, zasadą działania i wykorzystania regulacji dwustanowej. Nasze zadanie składało się z kilku etapów. Na początku wyznaczaliśmy odpowiedź skokową obiektu w układzie otwartym w celu wyznaczenia nastaw regulatora PID, a następnie sprawdzenie układów pracujących z regulatorami z korekcją dynamiczną i bez korekcji. Następnie obserwowaliśmy jak zachowuje się zamknięty układ regulacji w pracy z różnymi mocami, regulatorami o różnej szerokości pętli histerezy i różnymi czujnikami.

Wprowadzenie teoretyczne

Regulacja dwustanowa znajduje duże zastosowanie, najczęściej w układach regulacji temperatury, jako jeden z prostszych sposobów automatycznej regulacji. O popularności tego rodzaju regulacji decydują dwa istotne czynniki:

• powszechne stosowanie dwustanowych elementów wykonawczych, np. zaworów elektromagnetycznych, grzejników o stałej mocy,

• całkujący lub silnie inercyjny charakter wielu obiektów, co pozwala uzyskać dobrą jakość przebiegów regulowanych wielkości przy zastosowaniu regulatorów dwustanowych.

Układ regulacji dwustanowej ma strukturę typową dla zamkniętych układów regulacji:

Rys podstawowa struktura układu regulacji dwustanowej

Cechą wyróżniającą regulację dwustanową jest to, że sygnał sterujący, za pośrednictwem, którego regulator oddziałuje na wielkość regulowaną, może przyjmować tylko dwa stany, zwane umownie 0 i l. Stąd też regulacja dwustanowa jest regulacją nieciągłą, bowiem zmiany sygnału sterującego mają charakter nieciągły. Jednocześnie, ze względu na nieliniowość charakterystyki regulatora, układ regulacji jest układem nieliniowym. W najprostszym przypadku regulator jest obiektem statycznym i ma charakterystykę przekaźnikową. Opracowano również regulatory dwustanowe z członami dynamicznymi (tzw. regulatory z korekcją), pozwalające na znaczną poprawę właściwości układu regulacji.

Układ regulacji dwustanowej bez korekcji dynamicznej

Stosujemy regulator o charakterystyce przekaźnikowej zaprezentowanej na rysunku

Rys. Charakterystyki regulatora (a i c) oraz odpowiadające im przebiegi wielkości regulowanej i sygnału sterowania (b i d)

Wartość aktualna wielkości regulowanej y(t) obiektu zostaje porównana z wartością zadaną y_o w węźle sumacyjnym. Powstały w efekcie sygnał różnicy e(t)= y_o-y(t), zwany sygnałem uchybu regulacji, doprowadzony jest do regulatora będącego elementem nieliniowym o charakterystyce przekaźnikowej. Ponieważ sygnał sterujący u, w zależności od znaku sygnału

e, przyjmuje dwa stany, to wielkość regulowana y(t) na wyjściu obiektu wzrasta lub maleje, oscylując wokół wartości zadanej y_o.

Transmitancja regulatora

Wzmocnienie regulatora PID

Czas zdwojenia

Czas wyprzedzenia

Przebieg ćwiczenia:

Ćwiczenie :

Celem tego ćwiczenie jest wyznaczenie odpowiedzi skokowej obiektu w układzie otwartym.

Poglądowy rysunek pomiarowy:

Do elementu grzejnego doprowadzamy moc P1, a temperatura zadana przyjmuje wartość 50⁰C,a następnie 60⁰C,70⁰C, temperatura początkowa wynosiła ok. 30⁰

Wykresy :

Badanie układu regulacji dla czujnika 1 i mocy P1 ,temperatura zadana :

a)dla 50°C(nagrzewanie)

b)dla 50°C.

c)dla 60°C

d) dla 70°C

Badanie układu regulacji dla czujnika 2 i mocy P1 ,temperatura zadana :

a)dla 50°C(nagrzewanie)

a)dla 50°C

a)dla 60°C

a)dla 70°C

Analiza przebiegów.

WARTOSC ZADANA	50^◦C		60^◦C		70^◦C
Temperatura	[^◦C]		[^◦C]		[^◦C]
CZUJNIK1	X		X		X
CZUJNIK2		X		X		X
CZĘSTOTLIWOSC f [Hz]	0.045	0.014	0.50	0.018	0.37	0.018
WARTOŚĆ TEMP.tpp [°C]	3.72	2.14	1.90	1.80	2.11	0.70
WARTOŚĆ TEMP. t (AV)	48,31	44,74	57,15	54,87	68,85	63,45
OKRES[s]	28	74	20	58	22	54

Temperatura		50	60	70
		[^◦C]	[^◦C]	[^◦C]
CZUJNIK1	MIN	51,99	59,41	69,34
		MAX	55,72	61,31	71,45
Tpp	[^◦C]	3.72	1.90	2.11
CZUJNIK2	MIN	49,44	54,09	62,98
		MAX	51,58	55,88	63,59
Tpp	[^◦C]	2.14	1.80	0.70

tpp - wartość miedzyszczytowa

t _(AV) - wartość średnia

Spostrzeżenia i wnioski:

• czujnik 1-wszy osiąga wyższą temperaturę podczas nagrzewania,gdyż jest on umieszczony bliżej tranzystora

• na podstawie analizy odpowiedzi skokowej obiektu możemy powiedzieć że mamy do czynienia z obiektem inercyjnym drugiego rzędu o czym świadczy kształt charakterystyki i. Widzimy, że im bliżej ustawiony czujnik elementu grzejnego tym lepiej reaguje on na zmiany temperatury. W sytuacji drugiego czujnika temp. która do niego dociera jest o[8 ^◦C] i mniejsza i dłużej czujnik dochodzi do tej temperatury.

• badając układ regulacji zamkniętej badamy zachowanie się układu pod wpływem

• przypadku gdy regulator jest pozbawiony pętli histerezy w chwili, w której czujnik 1 osiąga wartość temp. zadanej powoduje natychmiastowe odłączenie wartości zadanej i szybkie chłodzenie czujnika. Czas potrzebny czujnikowi na osiągnięcie temp. zadanej to 85s natomiast czas, w którym po wzroście do temp max i powrocie do wartości uruchamiającej ponownie układ z wartością zadaną to ok.18s.

• w przypadku drugiego czujnika to czas po, którym osiąga on wartość zadaną jest większy , a czas schłodzenia jest także większy [ok.40s]. Widać, że bardziej ekonomiczniejszym układem jest czujnik pierwszy ponieważ wymaga doprowadzenia do elementu mniejszej mocy w krótszym czasie.

• Okres oscylacji (wahań) temperatury czujnika 1-wszego jest mniejszy niżeli czujnika 2-giego

Regulacja dwustanowa

Politechnika Śląska w Gliwicach

cz 1

cz 2

P1

P2

G

Tc=28s

T=72s

T=85s

T=74s

Tc=20s

Tc=22s

T=39,5s

T=34s

T=58s

T=54s

---