148_Zadania lab 6 - Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Politechnika Gdańska
Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Katedra Inżynierii Systemów Sterowania
Podstawy Automatyki
Silnik prądu stałego (NI Elvis 2)
Projektowanie filtru pomiarowego.
Zadania do ćwiczeń laboratoryjnych – termin T6
Opracowanie:
Mieczysław A. Brdyś, prof. dr hab. inż.
Grzegorz Ewald, mgr inż.
Wojciech Kurek, mgr inż.
Tomasz Zubowicz, mgr inż.
Gdańsk, kwiecień 2010
Analiza widma mocy sygnału w środowisku Matlab
Analizę mocy widma sygnału w środowisku Matlab można przeprowadzić w oparciu o
dostarczoną funkcję powerSpectrum (oplik powerSpectrum.p). Funkcja jest
skryptem środowiska Matlab, pozwalającym na dokonanie analizy widma sygnału w
oparciu o zestaw próbek.
Parametry funkcji powerSpectrum:
• Dane wejściowe
o samales – wektor próbek sygnału poddawanego analizie
o fs – częstotliwość próbkowania sygnału poddawanego analizie
• Wyjście funkcji
o freq – wektor częstotliwości
o power – wektor wartości mocy dla poszczególnych częstotliwości
Widmo mocy sygnału można wyświetlić za pomocą komendy plot(), bądź z
wykorzystaniem komendy loglog(), komendy analogicznej, wyświetlającej wykresy
w skali logarytmicznej.
Przykład
Analizie zostanie poddany syntetyczny sygnał sinusoidalny o częstotliwości 10 Hz.
Okres próbkowania T=0.4 s. Wektor wartości mierzonych składa się z 1000 próbek.
>> [freq,p] = powerSpectrum(signal,fs);
>> loglog(freq,p);
Wynikiem uruchomienia komend będzie wyświetlenie wykresu, przedstawionego na
rysunku 1.
0
10
-5
10
-10
10
-15
10
-20
10
-25
10
-30
10
-35
10
-40
10
0
10
10
1
2
10
10
3
Rysunek 1. Widmo mocy badanego sygnału
2
4
10
Parametry badanego obiektu
Częstotliwość próbkowania układu cyfrowego oraz filtra (fs): 250 Hz
Nastawy regulatora PID:
Kp
Ki
Kd
Kaw
Constrain
„Mały silnik”
0,7 (włączone)
3 (włączone)
0 (wyłączone)
1 (włączone)
± 8 V (włączone)
„Duży silnik”
0,06 (włączone)
1 (włączone)
0 (wyłączone)
1 (włączone)
± 8 V (włączone)
Uwaga
Aby efekt zmiany parametrów filtru był natychmiastowy, należy kliknąć przycisk „Init”
– powoduje on natychmiastowe rozładowanie stanu filtru.
3
Zadanie 1
Należy zapoznać się z układem NI Elvis 2 z dołączonym silnikiem prądu stałego. Na
podstawie obserwacji i dotychczasowej wiedzy określ:
• Obiekt regulacji
• Sygnały wejściowe
• Sygnały wyjściowe
• Sygnały zakłócające
• Wielkości regulowane
• Sygnały sterowane
• Sygnały sterujące
• Strukturę układu regulacji
• Ograniczenia dla poszczególnych sygnałów oraz ich źródło
Przeanalizuj jakie elementy układu mogą być źródłem zakłóceń.
Czym jest analiza spektrum mocy?
Zadanie 2
Przeanalizuj pracę układu sterowania z filtrami o różnych częstotliwościach odcięcia:
2, 5, 10, 15, 20, 30 i 50 Hz. Szczególną uwagę zwróć na uchyb oraz sygnał
sterujący. Przedyskutuj otrzymane wyniki. Porównaj otrzymane przebiegi z
przebiegami otrzymanymi w trakcie symulacji. Parametry regulatora zostaną podane
przez prowadzącego.
Badania przeprowadź dla różnych trajektorii wartości zadanej (co najmniej dla
sygnału sinusoidalnego oraz prostokątnego).
Zadanie 3
• Przeanalizuj widmo mocy sygnału mierzonego;
• Przeanalizuj widmo mocy sygnału „idealnego”, bazując na zidentyfikowanym
modelu obiektu;
• Wyznacz widmo mocy szumu (w tym celu należy odpowiednio przygotować
eksperyment);
• W oparciu o widmo mocy sygnałów: idealnego pomiaru oraz szumu
zaprojektuj filtr pomiarowy;
• Zaimplementuj zaprojektowany filtr w układzie;
o Porównaj pracę układu z filtrem oraz bez niego;
o Przeanalizuj sygnał przed i po filtracji – zarówno w dziedzinie czasu jak
i częstotliwości (widmo mocy sygnału).
Zadanie 4
W oparciu o analizę widma oraz odpowiedzi układu w dziedzinie czasu przeanalizuj
zakres przenoszonych częstotliwości w zależności od częstotliwości odcięcia filtru.
4
Zadanie 5 – dla chętnych
Czy filtr pomiarowy może wpłynąć na stabilność układu regulacji? Odpowiedź
uzasadnij.
5