Podstawy Automatyki Lab - 2010 - CW6
Transkrypt
Podstawy Automatyki Lab - 2010 - CW6
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 Ki oraz Kp 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 (np) oraz obciąŜenia (Mp) podanych przez prowadzącego zajęcia. - Jak na pracę silnika wpływa zmiana wartości obciąŜania (przy nzad=7000 obr/min, Kp=1 i Ki=0). - Jaką prędkość rozwija silnik pod nominalnym obciąŜeniem i jaki w ten czas płynie przez niego prąd (przy nzad=7000 obr/min Kp=1 i Ki=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: M1=0, M2=20, M3=40, M4=60 mNm dla n = np . 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 (np) oraz obciąŜenia (Mp). 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.