Podstawy Automatyki Lab - 2010 - CW6

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania
Podstawy Automatyki – laboratorium
Ćw. 6:
Badanie regulatora PID w układzie sterowania prędkością obrotową silnika prądu
stałego
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest:
a) poznanie budowy układu regulacji prędkości obrotowej silnika prądu stałego oraz wpływu
regulatorów: proporcjonalnego P i proporcjonalno-całkującego PI na pracę silnika,
b) wyznaczenie podstawowych parametrów (współczynników wzmocnienia) głównych członów
układu,
c) wykreślenie charakterystyk mechanicznych napędu w układzie otwartej oraz zamkniętej pętli
sprzęŜenia zwrotnego.
Zakres niezbędnych wiadomości teoretycznych:
Obejmuje on:
- znajomość regulatorów liniowych (P,PI,PID),
- znajomość zaleŜności statycznych i umiejętność analizy dynamicznej, tj. zmian prędkości
obrotowej spowodowanej zmianą napięcia na szczotkach komutatora, silnika bocznikowego jako
elementu automatyki,
- metody oceny jakości regulacji
- znajomość zagadnień sterowania z zamkniętą pętlą sprzęŜenia zwrotnego
Opis stanowiska lab:
W celu lepszego poznania oraz przeprowadzenia analizy działania układu regulacji prędkości
obrotowej, utworzony został model silnika DC 28DT12 o parametrach: 24V, 27W, prędkości biegu
jałowego 6900obr/min, którego specyfikację umieszczono w załączniku.
Model znajduje się w pliku PI silnikDC.cos3 na pulpicie. Po jego uruchomieniu pojawia się
okno środowiska SciLab (czyt. sajlab) oraz symulator Scicos. W oknie symulatora widoczne jest
menu, gdzie najbardziej przydatną funkcją jest >Simulate/Run. Na schemacie blokowym moŜna
odnaleźć następujące elementy:
- Zadana prędkość: w którą po dwukrotnym kliknięciu moŜemy wpisać wymaganą wartość w
pole Final Value w obr/min.
- Regulator PI: składający się z dwóch członów: P oraz I. Wartości wzmocnień Ki oraz Kp
wpisujemy w pole gain. Wprowadzenie wartości 0 oznacza wyłączenie danego członu regulatora.
- Silnik DC: blok zawierający model silnika
- ObciąŜenie: tu w polu Final Value moŜemy ustawić wartość obciąŜenia, które wystąpi po
pierwszej sekundzie ruchu w postaci wymuszenia skokowego.
- MScope: rejestrator sygnałów aktualnej wartości prędkości (obr/min) oraz prądu (mA)
płynącego w uzwojeniach. Po otwarciu tego bloku moŜemy zmienić ustawienia prezentacji wyników
takie jak: rozdzielczość, pozycja, zakresy w obu osiach itp. Zarejestrowane wykresy pojawiają się po
uruchomieniu symulacji automatycznie. MoŜliwe jest podglądanie szczegółów wykorzystując opcję
powiększenia. RównieŜ przydatną funkcją jest moŜliwość zapisywania rezultatów w plików
graficznych poprzez uŜycie >File/Export w menu okna wykresu.
- Switch: przełącznik dający nam moŜliwość włączania i wyłączania pętli sprzęŜenia
zwrotnego. Wpisywanie wartości 1 w polu connected input oznacza wybranie pierwszego wejścia, a
więc włączenie pętli. Wpisanie wartości 2 spowoduje wysyłanie do węzła sumacyjnego sygnału
zerowego, równoznacznego z otwarciem pętli.
Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania
Podstawy Automatyki – laboratorium
Ćw. 6:
Badanie regulatora PID w układzie sterowania prędkością obrotową silnika prądu
stałego
Przebieg ćwiczenia:
a) sterowanie silnikiem w układzie otwartym
studenci mają za zadanie sprawdzić:
- Jak wpływa na pracę silnika zmiana nastaw regulatorów (P, I oraz PI) dla prędkości obrotowej
(np) oraz obciąŜenia (Mp) podanych przez prowadzącego zajęcia.
- Jak na pracę silnika wpływa zmiana wartości obciąŜania (przy nzad=7000 obr/min, Kp=1 i Ki=0).
- Jaką prędkość rozwija silnik pod nominalnym obciąŜeniem i jaki w ten czas płynie przez niego
prąd (przy nzad=7000 obr/min Kp=1 i Ki=0). Odczyt porównać ze specyfikacją silnika.
- Dla układu otwartego z regulatorem P naleŜy sporządzić charakterystykę mechaniczną
(zaleŜność ustalonej prędkości obrotowej od obciąŜenia) na podstawie czterech róŜnych punktów
odpowiadających następującym wartościom obciąŜenia: M1=0, M2=20, M3=40, M4=60 mNm dla
n = np .
b) Sterowanie silnikiem z ujemną pętlą sprzęŜenia zwrotnego
studenci mają za zadanie przeanalizować:
- działanie układu dla róŜnych nastaw i konfiguracji regulatorów (regulatorów, I oraz PI) dla
zadanej prędkości obrotowej (np) oraz obciąŜenia (Mp). NaleŜy zwrócić uwagę na wartość
uchybu maksymalnego i ustalonego.
- wpływ zmiany obciąŜenia na chwilową wartość maksymalną uchybu oraz na uchyb ustalony
(zwrócić uwagę na prąd).
- NaleŜy sporządzić charakterystyki mechaniczne (dla róŜnych konfiguracji regulatorów) podobnie
jak to miało miejsce w poprzednim przypadku.
Sprawozdanie:
- przebieg wykonywanego ćwiczenia
- wykresy prędkości zadanej, prędkości aktualnej i uchybu oraz wykres prądu i przyspieszenia w
funkcji czasu dla regulatora P, I oraz PI z otwartą i zamkniętą pętlą sprzęŜenia zwrotnego.
- wyznaczyć charakterystykę i sporządzić wykres prędkości ustalonej w funkcji zadanego
obciąŜenia dla regulatora P oraz PI z zamkniętą pętlą sprzęŜenia zwrotnego oraz dla regulatora P
z otwartą pętlą sprzęŜenia zwrotnego.
- interpretację i wnioski sporządzić indywidualnie dla kaŜdego wykresu
- Osiągnięte wnioski naleŜy odpowiednio udokumentować. W tym celu moŜna skorzystać z
wcześniej opisanej opcji eksportu wykresu do pliku graficznego.