Podst. Automatyki ćwicz. 5 - Instytut Automatyki i Robotyki

Prowadzący(a)
Grupa
Zespół
Lp.
Nazwisko i imię
1.
Instytut
Automatyki i Robotyki
2.
LABORATORIUM
PODSTAW
4.
data ćwiczenia
Ocena
3.
5.
AUTOMATYKI
Ćwiczenie PA5
Badanie serwomechanizmu połoŜenia z regulatorem PID
NaleŜy zapoznać się z punktem 1 (Wprowadzenie) instrukcji do ćwiczenia
„Elektrohydrauliczny układ wspomagający montaŜ”.
Cel ćwiczenia: zapoznanie się z typową strukturą serwomechanizmu połoŜenia oraz
wpływem poszczególnych akcji regulatora PID na wskaźniki jakości sterowanego procesu.
Opis stanowiska: schemat, przy uŜyciu znormalizowanych symboli graficznych, jest
przedstawiony na rys.1.
Rys. 1. Schemat elektrohydraulicznego serwomechanizmu połoŜenia z regulatorem PID
Wielkością wejściową jest sygnał zadany (elektryczny) w, wielkością wyjściową połoŜenie x1
tłoczyska siłownika 3.
Objaśnienia schematu: 1 – regulator PID; 2 – układy elektroniczne serworozdzielacza; 3 –
siłownik; 4 – serworozdzielacz; 5 – zasilanie hydrauliczne; 6 – zbiornik cieczy roboczej; 7 –
czujnik połoŜenia; G – generator sygnału zadanego; w - wejście róŜnicowe wartości zadanej;
x – wejście róŜnicowe wartości regulowanej; B1 – wtyk biały, dodatnie wejście sygnału
sterującego; Cza1 – wtyk czarny, ujemne wejście sygnału sterującego; cz – wtyk czerwony
(podłączenie 24 V); N – wtyk niebieski (podłączenie 0 V); cza – wtyk czarny, dodatni sygnał
czujnika połoŜenia; B - wtyk biały, ujemny sygnał czujnika połoŜenia; S – sygnał
proporcjonalny do połoŜenia tłoczka w rozdzielaczu; P – króciec zasilania; T – króciec
spływu; A, B – króćce robocze; M – masa obciąŜająca tłoczysko.
2
Zastosowany regulator ma równoległą strukturę, poszczególne akcje opisują
zaleŜności:
yp = Kp*e; yI = KI *∫e dt = (1/TN) *∫e dt; yD = KD*de/dt = TV *de/dt
Sygnały wyjściowe regulatorów są sumowane do tej sumy moŜe być dodana stała „c”
z zespołu G, czyli:
yPID = Kp*e + KI*e*t + KD*de/dt + c lub yPID = Kp*e + (1/TN)*e*t + TV*de/dt + c
Dokładniejszy opis techniczny zastosowanego regulatora PID przedstawiono na
rysunku 2.
Rys. 2. Schemat i opis stosowanego regulatora
Oznaczenia: 1 – napięcie zasilania +24 V; 2 – masa obwodu zasilania 0 V; 3 – zasilanie
czujników +15 V; 4 – masa obwodu zasilania czujników (masa analogowa); 5 – wejście
róŜnicowe wartości zadanej; 6 – wejście róŜnicowe wartości regulowanej; 7 – węzeł
sumujący; 8 – wskaźnik przesterowania; 9 – gniazdo pomiarowe wartości zadanej; 10 gniazdo pomiarowe wartości regulowanej; 11 - gniazdo pomiarowe odchyłki regulacji; 12 gniazdo pomiarowe akcji P; 13 - gniazdo pomiarowe akcji I; 14 - gniazdo pomiarowe akcji D;
15 – potencjometr wzmocnienia akcji P; 16 – przełącznik, mnoŜnik nastawy potencjometru;
17 – kontrolka „gotowości„ akcji P; 18 - potencjometr wzmocnienia akcji I; 19 – przełącznik,
mnoŜnik nastawy potencjometru; 20 - kontrolka „gotowości„ akcji I; 21 - potencjometr
wzmocnienia akcji D; 22 - przełącznik, mnoŜnik nastawy potencjometru; 23 - kontrolka
„gotowości„ akcji D; 24 – węzeł sumujący; 25 – potencjometr nastawy „offset”; 26 –
przełącznik wyboru zakresu; 27 – sygnał nastawiający.
Dokładniejszy opis innych zespołów znajduje się w dodatkowych materiałach u
prowadzącego ćwiczenie.
Uwaga: poziomy napięć w układzie mierzy się w stosunku do masy analogowej (┴), a nie
względem zera sieci zasilającej.
Ogólny schemat układu pomiarowego przedstawia rysunek 3.
3
Gen
Serwo
Reg
<
x/u
PC
A/C
Oscy
Rys. 3. Schemat układu pomiarowego
Przebieg ćwiczenia.
NaleŜy:
1) Sprawdzić zgodność połączeń w stanowisku ze schematem w instrukcji. Ewentualne
rozbieŜności zgłosić prowadzącemu.
2) W zaleŜności od aktualnego zadania, podłączyć potrzebne przyrządy pomiarowo –
rejestrujące. Za zgodą prowadzącego uruchomić układ.
3) Po rozłączeniu pętli sprzęŜenia zwrotnego sprawdzić, obserwując przebiegi na
dwukanałowym oscyloskopie, działanie (przy róŜnych nastawach) poszczególnych
akcji regulatora PID. Zarejestrować przykładowy sygnał wyjściowy regulatora
(zanotować nastawy regulatora i rejestratora).
4) Włączyć pętlę sprzęŜenia zwrotnego. Wyłączyć akcje I i D. Do wejścia dla wartości
zadanej doprowadzić z generatora sygnał prostokątny w ≈ (1 ± 0,5) V. Obserwując na
oscyloskopie przebieg x1 i zmieniając Kp doprowadzić do drgań niegasnących dla
minimalnego wzmocnienia wejścia. Zarejestrować sygnał x1. Wyznaczyć Kpkryt i
Tkryt.
Czym kierować się przy wyborze częstotliwości sygnału prostokątnego?
5) Zwiększając (lub zmniejszając) sygnał wyjściowy z regulatora (pokrętłem 25 rys. 2)
sprawdzić czy stabilność tego układu zaleŜy od punktu pracy.
6) Korzystając z wyznaczonych w punkcie 4 wartości oraz reguł Zieglera – Nicholsa
wyznaczyć (± optymalne) nastawy. Kp = 0.6*Kpkryt ; TN = 0.5*Tkryt; TV = 0.12*Tkryt..
7) Nastawić na regulatorze wyliczone w punkcie 6 wartości. Uwaga: nastawia się Kp, KI,
KD.
8) Zarejestrować odpowiedzi skokowe układu (dla nastaw optymalnych i ew. podanych
przez prowadzącego).
9) Sporządzić charakterystykę statyczną układu.
Sprawozdanie powinno m.in. zawierać: wykresy uzyskane w punkcie 3, 4, 8 oraz wnioski.
1
1
Autor instrukcji do ćwiczenia : dr inŜ. Willi Mednis