LABORATORIUM AUTOMATYKI Ćw. A – 9 Strojenie

POLITECHNIKA L SKA
WYDZIAŁIN YNIERII RODOWISKA I ENERGETYKI
INSTYTUT MASZYN I URZ DZE ENERGETYCZNYCH
LABORATORIUM AUTOMATYKI
w. A – 9
Strojenie regulatorów
Opracował: mgr in . Janusz M DRYCH
Zatwierdził: J.W.
1.
Cel wiczenia.
Celem wiczenia jest poznanie zasad doboru parametrów regulatora (strojenia
regulatora) metod do wiadczaln oraz wpływu poszczególnych parametrów na
jako
regulacji.
2. Wprowadzenie.
Strojenie regulatorów odbywa si na modelu obiektu i regulatora zrealizowanym w
rodowisku obliczeniowym programu symulacyjnego MATLAB. Tworzenie
programu
polega
na
narysowaniu
odpowiedniego
schematu
blokowego
symulowanego zjawiska; u yta symbolika niewiele ró ni si od stosowanej w
najcz ciej spotykanych podr cznikach automatyki i w wi kszo ci przypadków nie
budzi w tpliwo ci co do realizowanej funkcji.
Symulacja pozwala na przedstawienie sygnałów w modelu w postaci wykresów
czasowych aktualizowanych w czasie „pracy” układu. Podobnie przedstawiane s
sygnały w rzeczywistych układach, w których regulacja realizowana jest za
pomoc
sterowników programowanych wyposa onych w wizualizacj
procesu
sterowania i regulacji, a tak e w wielu współczesnych regulatorach posiadaj cych
mo liwo
graficznego
przedstawienia
zmiennych
procesowych.
Podczas
symulacji mo na dokonywa zmian parametrów układu, a zatem wpływa na
nastawy regulatora oraz parametry ródła zakłóce .
Na rysunku 1 przedstawiono model układu regulacji składaj cy si z
modelu obiektu
modelu przetwornika pomiarowego
modelu regulatora ci głego
1
Constant
Signal
Generator1
Sum2
1
PID
Sum
20s+1
Transfer Fcn
PID Controller
Signal
Generator
1
1
10s+1
5s+1
Transfer Fcn1
Sum1
Transfer Fcn2
Mux
Mux
Graph
Rys. 1. model układu regulacji
Obiekt zastał zamodelowany jako inercja II rz du (bloki Fcn, Fcn1), dla
uproszczenia
pomini to
element
wykonawczy
(transmitancja
elementu
wykonawczego G(s)=1). Regulator (PID Controller) umo liwia uzyskanie
algorytmów regulacji P, PI , PD, PID. Przetwornik pomiarowy – inercja I rz du
(Fcn2). Generator1 pozwala wytworzy
zakłócenia. Moduł Graph przedstawia
otrzymane w wyniku symulacji wyniki w postaci wykresów czasowych. Dla
ułatwienia analizy otrzymanych
wyników (ich wykresów) przyj to
jednolit bezwymiarow skal dla
wszystkich sygnałów.
Na przedstawionym wykresie
(wynik działania symulacji) kolor
czerwony (3) oznacza odchyłk
regulacji, niebieski (2) - wielko
mierzon , zielony (1)– sygnał
wyj ciowy regulatora.
Rys. 2. wynik symulacji
Celem wiczenia jest pokazanie wpływu parametrów (nastaw) regulatora na
jako
regulacji, ocenian na podstawie przebiegu czasowego warto ci odchyłki
regulacji. Zadaniem regulatora jest stabilizacja parametru obiektu, odchyłka
regulacji powinna by jak najmniejsza, odpowied układu na zakłócenie powinna
si
charakteryzowa
mo liwie mał
amplitud
zmian odchyłki, oraz krótkim
czasem powrotu do ustalonej warto ci.
3. Przebieg wiczenia:
1.
regulacja P – regulator proporcjonalny P, wył czone całkowanie i
ró niczkowanie, zmieniaj c wzmocnienie obserwowa zachowanie si
układu regulacji, oceni odchyłk regulacji przy braku zakłóce , oraz w
obecno ci zakłóce
o amplitudzie 0.1 (10% warto ci zadanej) i
przebiegach prostok tnym i sinusoidalnym.
2.
Regulacja PI – regulator proporcjonalno-całkuj cy PI, wył czy
całkowanie (wzmocnienie w torze całkowania = 0), znale
warto
wzmocnienia KPr dla którego wyst pi drgania niegasn ce układu o stałej
(w przybli eniu) amplitudzie i okresie TR, nast pnie ustawi wzmocnienie
KP = 0.5×KPr oraz stał czasow całkowania TD = 0.45×TR (wzmocnienie
w torze całkowania = 1/TD) oceni odchyłk regulacji jak w poprzednim
punkcie.
3.
Regulacja PID – regulator proporcjonalno-całkuj co-ró niczkuj cy PID,
ustawi dodatkowo stał czasow ró niczkowania na 0.12×TR, oceni
odchyłk regulacji jak w poprzednim punkcie.
4.
Dokona zmiany modelu obiektu poprzez zmian transmitancji bloku
Fcn1 z inercji I rz du na element całkuj cy o stałej czasowej T = 30s,
powtórzy dla nowego modelu punkty 1,2,3.