Badanie układu regulacji z elementami wykonawczymi o

Badanie układu regulacji z elementami
wykonawczymi o charakterystyce wentylatorowej
Część I
1) Wyznaczenie nieliniowej charakterystyko napędu śmigłowego.
Należy zasilić silnik napędu śmigłowego pracujący w płaszczyźnie poziomej napięciem
regulowanym w zakresie 0 – 6 V. W tym celu rozpinamy łącze silnika z regulatorem i
dodatkowe wyprowadzenia przewodów zasilających (kostka elektryczna) łączymy z
zasilaczem wykorzystując zaciski woltomierza cyfrowego. Napięcie zasilania regulujemy
za pomocą autotransformatora. Odczytu dokonujemy za pomocą miniaturowego
dynamometru dla dwóch kierunków obrotu śmigła. Szczególnie dokładnie należy
wyznaczyć napięcie, przy którym silnik zaczyna się obracać.
Uwaga! Wirujące śmigło może stanowić zagrożenie. Należy zadbać o pewne
połączenie ramienia dźwigni z dynamometrem i podczas pomiaru przebywać poza
zasięgiem napędu śmigłowego.
Wyniki pomiarów należy umieścić w Tabeli 1, 2.
Tabela 1
Kierunek obrotów
Napięcie zasilania
0V
1V
2V
3V
4V
5V
6V
prawy
Siła [g]
Moment [Nm]
lewy
Siła [g]
Moment [Nm]
Przy obliczaniu momentu napędowego należy uwzględnić długość i stosunek długości
ramion, na których umieszczony jest napęd śmigłowy i punkt pomiaru siły.
Tabela 2
Kierunek obrotów
Napięcie
prawy
Napięcie
startu
Napięcie
zatrzymania
lewy
Napięcie
startu
Napięcie
zatrzymania
Wyniki pomiarów należy przedstawić na wykresach M = f(Uz) dla obu kierunków wirowania.
Osobno wyznaczamy napięcie, przy którym silnik zaczyna się obracać (regulacja napięcia „w
górę”) i napięcie, przy którym silnik przestaje się obracać (regulacja napięcia „w dół”).
Pomiary powtarzamy dla obu kierunków pracy napędu wentylatorowego. Wyznaczone
napięcia należy zaznaczyć na wykresach M = f(Uz).
2) Zapoznanie się ze strukturą programu narzędziowego służącego do
oprogramowania mikro-sterownika cyfrowego.
Włączenie regulatora:
a- Odłączyć napęd śmigłowy od bezpośredniego źródła zasilania i połączyć z układem
sterownika (złącze listwowe);
b- Ustawić przełącznik rodzaju pracy (PD/0/P) w pozycji „0” (na silniki wykonawcze nie
jest podawane napięcie);
c- Ustawić ramię regulatora tak, aby wskaźniki położenia pionowego (V) i poziomego
(H) wskazywały 900;
d- Włączyć regulator.
W komputerze wywołujemy program WindLDR i uruchamiamy skrypt smiglo4.ldr w
menu „File”. Struktura programu jest tak zwaną strukturą drabinkową (historycznie
stosowana w automatyce wykorzystującej przekaźniki), wszystkie instrukcje wykonywane są
sekwencyjnie.
Drabinka 1 (RUNG 1) inicjalizuje przetworniki A/C, C/A i inicjalizuje tablicę
przekodowań liczby całkowitej ze znakiem (wykorzystywanej w arytmetyce regulatora) na
liczbę binarną 12 bitową (wykorzystywaną w układach wejścia wyjścia typu przetworniki
A/C i C/A).
Drabinka 2 (RUNG 2) inicjalizuje regulator PID obsługujący napęd śmigłowy pracujący
w pionie.
Drabinka 3 (RUNG 3) inicjalizuje regulator PID obsługujący napęd śmigłowy pracujący
w poziomie.
Stałe całkowania i różniczkowania przekazywane są do regulatora dzięki instrukcjom
zawartym w drabince 4 (RUNG 4). Indeks „V” oznacza regulator i napęd pionowy, indeks
„H” – poziomy. Dokładność realizacji nastaw wynosi 0.1 sek. (nastawa 10 oznacza
wprowadzenie stałej czasowej T = 1 sek). W procesie regulacji tylko stałe czasowe
całkowania i różniczkowania podlegają modyfikacji.
Drabinka 5 (RUNG 5) zawiera parametry regulatora typu P
Drabinki 6 i 7 (RUNG 6, RUNG 7) obsługują przełącznik PID/0/P umożliwiający
przejście z pracy regulatora typu PID do pracy regulatora typu P.
Drabinki 8 i 9 (RUNG 8, RUNG 9) wykonują instrukcje regulatorów PID.
Po dokonaniu zmian parametrów (klikniecie w ramkę danej instrukcji powoduje otwarcie
się okna dialogowego) należy wpisać nowe wartości parametrów. Zmodyfikowany program
należy następnie przesłać do sterownika połączonego łączem RS z komputerem. W tym celu
wchodzimy do menu „Online” i wywołujemy komendę „Download”.
Instrukcja „Monitor” pozwala na obserwację zmian wielkości regulowanych i stanu
przekaźników „on line” – podczas pracy sterownika.
Część II
3) Wyznaczenie okresu drgań oscylacyjnych w płaszczyźnie pionowej (regulator V i
napęd śmigłowy V) i poziomej (regulator H i napęd śmigłowy H).
a- Włączamy regulator (patrz punkt 2) i ustawiamy przełącznika pracy w położeniu „P”
– regulator proporcjonalny;
b- Włączamy pisak Y-T, Sygnał Y podawany jest bezpośrednio z potencjometrów
(czujników położenia). Przełączenia pomiędzy układem pionowym (V) i poziomym
(H) dokonujemy przez rozłączenie złączki listwowej i ponowne połączenie po
obróceniu o 1800. Podstawa czasy pisaka Y-T powinna być nastawiona na wartość: 2
sek/cm;
c- Po odchyleniu ramienia regulatora o dany kąt βp (położenie spoczynkowe wynosi βs =
900), uruchamiamy start rejestracji i puszczamy ramię regulatora. Rejestrację należy
powtórzyć dla różnych katów wychylenia początkowego βp tak, aby uchwycić kątowy
zakres powstania drgań gasnących, drgań stabilnych i/lub drgań niestabilnych (o
narastającej amplitudzie). W tym ostatnim wypadku należy wyznaczyć kąt βpg , przy
którym drgania gasnące przechodzą w drgania narastające. Doświadczenie
powtarzamy dla obu kierunków wychyleń wokół pozycji spoczynkowej βs = 900. Przy
opisie zarejestrowanych drgań należy uwzględnić kąt początkowy βp;
d- Na podstawie zarejestrowanych przebiegów czasowych oscylacji układu
regulacyjnego należy wyznaczyć okres drgań (drgania stabilne) i średni okres drgań
(bierzemy pod uwagę początkowe okresy drgań gasnących i drgań narastających);
e- Na podstawie wyznaczonego okresu drgań należy zgodnie ze wskazówkami podanymi
w skrypcie „Laboratorium pomiarów maszyn elektrycznych” – Badanie układu
regulacji z elementami wykonawczymi o charakterystyce wentylatorowej należy
wyznaczyć stałe całkowania i różniczkowania dla regulatora pionowego (V) i
poziomego (H). Dane zapisujemy w Tabeli 3:
Tabela 3
Stała całkowania [s]
Stała różniczkowania [s]
Regulator pionowy
Regulator poziomy
Następnie należy wprowadzić obliczone nastawy do regulatora (zgodnie z punktem 2). Po
przełączeniu przełącznika pracy regulatora w położenie „PID” wychylamy ramię regulatora o
dany kąt βp i badamy jakość procesu regulacji (rejestrując zmiany położenia za pomocą pisaka
Y-T). Doświadczenie powtarzamy dla kilku kątów początkowych βp wokół położenia
spoczynkowego βs = 900.
Jeżeli jakość procesu regulacji automatycznej nie jest zadowalająca (należy dążyć do
wyeliminowania „przeregulowań”, regulator powinien osiągnąć położenie spoczynkowe w
możliwie najkrótszym czasie) należy skorygować doświadczalnie stałe czasowe wyznaczone
na podstawie ogólnie przyjętych zależności. Należy zarejestrować jakość procesu regulacji po
korekcji nastaw (stałych czasowych). W sprawozdaniu należy uzasadnić dokonane zmiany
stałych czasowych.
Pytania
1) W jaki sposób oceniamy jakość procesów regulacji automatycznej?
2) Omówić poszczególne bloki systemu regulacji automatycznej.
3) Co jest przyczyną nieliniowej charakterystyki układu napędowego (moment w funkcji
napięcia zasilania) złożonego z silnika prądu stałego i śmigła?
Literatura:
Adam Biernat, Laboratorium pomiarów maszyn elektrycznych WPW 2006.
Instrukcję opracował Adam Biernat