Instrukcja

ZESPÓŁ PLACÓWEK KSZTAŁCENIA ZAWODOWEGO W NOWYM SĄCZU
Instrukcja
Badanie obiektu regulacji z zachowaniem „I”
Badanie odpowiedzi regulatora „PD” na skok jednostkowy i funkcje
liniowo narastającą.
1. Badanie obiektu całkującego.
1.1 Wprowadzenie do ćwiczenia:
Obiekty I (całkujący) są szeroko stosowane w napędach obrabiarek numerycznych NC.
Obiekt ten scharakteryzowany jest przez dwa parametry:
1. Współczynnik integracji Ki – zdefiniowany jako stosunek prędkości narastania sygnału
wyjściowego do amplitudy sygnału wejściowego:
Ki = vi/Awe
gdzie: vi wyrażona jest wzorem:
vi = ∆ Awy /∆ t
vi – prędkość narastania sygnału wyjściowego,
∆ Awy – przyrost sygnału wyjściowego,
∆ t – czas narastania sygnału wyjściowego.
2. Czas integracyjny (stała czasowa członu całkującego) Ti – okres czasu liczony od momentu
pojawieniu się sygnału na wejściu do momentu osiągnięcia przez sygnał wyjściowy
wartości równej amplitudzie sygnału wejściowego. Między czasem integracyjnym Ti
a współczynnikiem integracji Ki występuje zależność:
Ti =1/ Ki
Charakterystyka skokowa obiektu całkującego wraz z graficzną definicją parametrów tego obiektu
pokazuje rysunek poniżej:
Rys.1 Odpowiedz skokowa obiektu całkującego.
2
1.2 Pomiary.
Należy połączyć układ pomiarowy wg poniższego schematu:
Rys.2 Schemat pomiarowy do wyznaczenia parametrów charakterystycznych obiektu
całkującego.
Uwaga!
Wtyczka RESET jest włożona, a gniazda single są otwarte.
Pomiary należy wykonać dla następujących parametrów i nastaw:
Pomiar nr
Cykl pomiarowy Tm
Amplituda wejściowa Awe
1
1V
2
10 ms
1,5V
3
2V
Parametry nastawcze oscyloskopu:
Kanał 1 oscyloskopu: mierzy wielkość nastawczą (wejściową) Uwe: 1V/dz.
Kanał 2 oscyloskopu: mierzy wielkość regulowaną (wyjściową) Uwy: 1V/dz.
Podstawa czasu: t: 1ms/dz.
1.3 Wyniki pomiarów.
Wyniki pomiarów przedstawione powinny być jako oscylogramy, na podstawie których należy
określić współczynnik integracji Ki oraz stałą czasową Ti. Na podstawie otrzymanych wyników
należy również odpowiedzieć na zadane pytania znajdujące się we wnioskach.
2. Badanie regulatora proporcjonalno – różniczkującego „PD”.
2.1 Wprowadzenie do ćwiczenia.
Gdy zachodzi potrzeba regulacji obiektu charakteryzującego się pewną bezwładnością
(np. obiekty grzewcze), wtedy układ regulacji musi zawierać w swojej strukturze regulator, który
przy zmianach zadziała zdecydowanie „mocno”. Taki regulator będzie w stanie wyrównać
początkową bezwładność obiektu. W takich układach regulacji stosujemy regulator „PD”.
W regulatorze PD poziom napięcia wyjściowego jest zależny nie tylko od wartości napięcia
wejściowego lecz również od prędkości jego zmian. Nawet najmniejsze zmiany różnicy
regulacyjnej Ue na wejściu regulatora „PD” powodują już względne duże zmiany sygnału
wyjściowego Uy.
W jakiej mierze regulatory z częścią „D” wyrównują początkową bezwładność obiektu,
pokazuje „powierzchnia wyprzedzenia” na charakterystyce skokowej regulatora „PD”.
3
Rys.3 Odpowiedz skokowa regulatora „PD”.
Z charakterystyki skokowej można wyznaczyć jeden z parametrów regulatora „PD”,
a mianowicie współczynnik proporcjonalności KP definiowany jako: stosunek amplitudy sygnału
wyjściowego Ay do amplitudy sygnału wejściowego Ae w stanie ustalonym:
KP = Ay / Ae .
Parametry części „D” regulatora „PD” trudno jest ustalić z odpowiedzi skokowej ponieważ
część ta prawie zawsze prowadzi do przesterowania. Dlatego do wyznaczenia parametrów części
„D” wykorzystuje się odpowiedz regulatora na funkcje liniowo rosnącą.
Rys.4 Odpowiedz na funkcje liniowo rosnącą regulatora „PD”.
Z charakterystyki tej możemy wyznaczyć następujące parametry:
Współczynnik proporcjonalności:
KP = Ay / Ae ,
Współczynnik różniczkowy:
KD = Ay / ve ,
gdzie: ve prędkość narastania sygnału wejściowego wyrażona wzorem:
ve = ∆ Ae /∆ t ,
Czas wyprzedzenia Tv:
4
Tv = KD/KP .
2.2 Pomiary.
Należy połączyć układ pomiarowy wg poniższego schematu:
Rys.5 Schemat pomiarowy do wyznaczenia parametrów charakterystycznych regulatora „PD”.
Uwaga!
Wtyczka RESET jest włożona, a gniazda single są otwarte.
Do pomiarów odpowiedzi skokowej podajemy napięcie impulsowe bezpośrednio na
potencjometr wartości żądanej, natomiast dla odpowiedzi na funkcję liniowo rosnącą włączamy
międzyczasie integrator wartości żądanej.
Pomiary należy wykonać dla następujących parametrów i nastaw:
Odpowiedz na funkcję liniowo
rosnącą
3
4
P
PD
Odpowiedz skokowa
Pomiar nr
Regulator
Cykl pomiarowy Tm
Integrator wartości
żądanej
Skok Ae
Współczynnik
proporcjonalności KP
Współczynnik
wyprzedzenia Kd
1
P
2
PD
20[ms]
X
X
Kreska podziałki 2
1[V]
4
X
0,1 [s] kreska
podziałki 2
X
0,1 [s] kreska
podziałki 2
Parametry nastawcze oscyloskopu dla pomiaru 1 i 2:
Kanał 1 oscyloskopu: mierzy wielkość nastawczą (wejściową) Ue: 2V/dz.
Kanał 2 oscyloskopu: mierzy wielkość regulowaną (wyjściową) Uy: 2V/dz.
Podstawa czasu: t: 2ms/dz.
Parametry nastawcze oscyloskopu dla pomiaru 3 i 4:
Kanał 1 oscyloskopu: mierzy wielkość nastawczą (wejściową) Ue: 1V/dz.
Kanał 2 oscyloskopu: mierzy wielkość regulowaną (wyjściową) Uy: 1V/dz.
Podstawa czasu: t: 2ms/dz.
5
2.3 Wyniki pomiarów.
Wyniki pomiarów przedstawione powinny być jako oscylogramy, na podstawie których należy
określić:
1. Współczynnik proporcjonalności: KP (dla odpowiedzi skokowej i liniowo narastającej),
2. Współczynnik różniczkowy: (tylko dla odpowiedzi na funkcję liniowo rosnącą regulatora
„PD”)
3. Czas wyprzedzenia: Tv (tylko dla odpowiedzi na funkcję liniowo rosnącą regulatora
„PD”)
4. Na podstawie otrzymanych wyników należy również odpowiedzieć na zadane pytania
znajdujące się we wnioskach.
6
1. Cel ćwiczenia:
Pomiar parametrów dynamicznych obiektu całkującego „I”. Określenie właściwości
dynamicznych regulatora proporcjonalno – różniczkującego „PD”.
2. Program ćwiczenia.
a) przygotowanie stanowiska laboratoryjnego do wykonania poszczególnych ćwiczeń:
- przygotowanie przewodów łączeniowych,
- połączenie stanowiska z oscyloskopem.
b) pomiar parametrów dynamicznych obiektu całkującego „I”:
- wykonanie połączeń zgodnych ze schematem pomiarowym,
- odrysowanie oscylogramów,
- wyznaczenie parametrów charakterystycznych badanego obiektu,
- odpowiedz na pytania znajdujące się we wnioskach.
c) pomiar odpowiedzi skokowej i odpowiedzi na funkcje liniowo – rosnącą regulatora „PD”.
- wykonanie połączeń zgodnych ze schematem pomiarowym,
- odrysowanie oscylogramów,
- wyznaczenie parametrów charakterystycznych regulatora „PD”,
- odpowiedz na pytania znajdujące się we wnioskach.
3. Badanie obiektu całkującego „I”.
3.1 W polu rysunkowym należy narysować schemat pomiarowy do wyznaczenia parametrów
charakterystycznych obiektu całkującego:
7
3.2 Tabela pomiarowa:
Nr
pomiaru
Awe [V]
Awy [V]
vi [V/ms]
Ki [1/ms]
Ti [ms]
obliczone
Ti [ms]
odczytane
1
2
3
3.3 Oscylogramy:
Dla danego pomiaru przerysuj na pole rysunkowe przebieg sygnału wejściowego Uwe
i wyjściowego Uwe.
Oscylogram dla pomiaru pierwszego.
Oscylogram dla pomiaru drugiego.
8
Oscylogram dla pomiaru trzeciego.
3.4 Wnioski.
Odpowiedz na pytania:
1. Czy człon całkujący „I” posiada czas opóźnienia, czy też wzrost napięcia na wyjściu
rozpoczyna się natychmiast ze skokiem wejściowym?
…………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………....
2. Jak zachowuje się sygnał na wyjściu członu ,jeśli wartość sygnału wejściowego zbliża się do
zera?
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
3. Jaki wpływ ma wartość sygnału wejściowego na zachowanie się wielkości sygnału
wyjściowego?
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
4. Udowodnij że współczynnik integracji Ki jest odwrotnością stałej czasowej Ti obiektu
całkującego Ti =1/ Ki ?
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
9
4. Badanie regulatora proporcjonalno – różniczkującego „PD”.
4.1 W polu rysunkowym należy narysować schemat pomiarowy do wyznaczenia parametrów
charakterystycznych regulatora „PD”:
4.2a Tabela pomiarowa dla odpowiedzi skokowej:
Pomiar nr
Ae [V]
Ay [V]
KP
1
2
4.2b Oscylogram dla odpowiedzi skokowej.
Dla pomiaru 1 i 2 przerysuj na pole rysunkowe przebieg sygnału wejściowego Ue i
wyjściowego Uy (pomiar 1– dla regulatora typu „P”, pomiar 2 – dla regulatora typu „PD”).
Oscylogram dla pomiaru 1 i 2.
10
4.3a Tabela pomiarowa dla odpowiedzi na funkcję liniowo rosnącą:
Pomiar nr
Ae [V]
3
Ay [V]
Ve [V/ms]
KP
KD [1/ms]
Tv[1/ms]
X
X
4
4.2b Oscylogram dla odpowiedzi na funkcję liniowo rosnącą.
Dla pomiaru 3 i 4 przerysuj na pole rysunkowe przebieg sygnału wejściowego Ue i
wyjściowego Uy (pomiar 3 – dla regulatora typu „P”, pomiar 4 – dla regulatora typu „PD”).
Oscylogram dla pomiaru 3 i 4.
3.4 Wnioski.
Odpowiedz na pytania:
1. Jak reaguje regulator „PD”, gdy jego napięcie wejściowe(różnica regulacyjna) zmienia się
powoli?
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
2. Jak zachowuje napięcie wyjściowe regulatora, gdy różnica regulacyjna przy wejściu wynosi
zero?
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
3. Z oscylogramu dla odpowiedzi skokowej wyznacz powierzchnie wyprzedzenia i porównaj ją
z leżącym poniżej polem regulacji regulatora „P”?
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
4. Proszę porównać odpowiedz na funkcję liniowo rosnącą regulatora typu „P” z odpowiedzią
na funkcję liniowo rosnącą regulatora typu „PD”?
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
11