Badanie układu regulacji z elementami wykonawczymi o
Transkrypt
Badanie układu regulacji z elementami wykonawczymi o
Badanie układu regulacji z elementami wykonawczymi o charakterystyce wentylatorowej Część I 1) Wyznaczenie nieliniowej charakterystyko napędu śmigłowego. Należy zasilić silnik napędu śmigłowego pracujący w płaszczyźnie poziomej napięciem regulowanym w zakresie 0 – 6 V. W tym celu rozpinamy łącze silnika z regulatorem i dodatkowe wyprowadzenia przewodów zasilających (kostka elektryczna) łączymy z zasilaczem wykorzystując zaciski woltomierza cyfrowego. Napięcie zasilania regulujemy za pomocą autotransformatora. Odczytu dokonujemy za pomocą miniaturowego dynamometru dla dwóch kierunków obrotu śmigła. Szczególnie dokładnie należy wyznaczyć napięcie, przy którym silnik zaczyna się obracać. Uwaga! Wirujące śmigło może stanowić zagrożenie. Należy zadbać o pewne połączenie ramienia dźwigni z dynamometrem i podczas pomiaru przebywać poza zasięgiem napędu śmigłowego. Wyniki pomiarów należy umieścić w Tabeli 1, 2. Tabela 1 Kierunek obrotów Napięcie zasilania 0V 1V 2V 3V 4V 5V 6V prawy Siła [g] Moment [Nm] lewy Siła [g] Moment [Nm] Przy obliczaniu momentu napędowego należy uwzględnić długość i stosunek długości ramion, na których umieszczony jest napęd śmigłowy i punkt pomiaru siły. Tabela 2 Kierunek obrotów Napięcie prawy Napięcie startu Napięcie zatrzymania lewy Napięcie startu Napięcie zatrzymania Wyniki pomiarów należy przedstawić na wykresach M = f(Uz) dla obu kierunków wirowania. Osobno wyznaczamy napięcie, przy którym silnik zaczyna się obracać (regulacja napięcia „w górę”) i napięcie, przy którym silnik przestaje się obracać (regulacja napięcia „w dół”). Pomiary powtarzamy dla obu kierunków pracy napędu wentylatorowego. Wyznaczone napięcia należy zaznaczyć na wykresach M = f(Uz). 2) Zapoznanie się ze strukturą programu narzędziowego służącego do oprogramowania mikro-sterownika cyfrowego. Włączenie regulatora: a- Odłączyć napęd śmigłowy od bezpośredniego źródła zasilania i połączyć z układem sterownika (złącze listwowe); b- Ustawić przełącznik rodzaju pracy (PD/0/P) w pozycji „0” (na silniki wykonawcze nie jest podawane napięcie); c- Ustawić ramię regulatora tak, aby wskaźniki położenia pionowego (V) i poziomego (H) wskazywały 900; d- Włączyć regulator. W komputerze wywołujemy program WindLDR i uruchamiamy skrypt smiglo4.ldr w menu „File”. Struktura programu jest tak zwaną strukturą drabinkową (historycznie stosowana w automatyce wykorzystującej przekaźniki), wszystkie instrukcje wykonywane są sekwencyjnie. Drabinka 1 (RUNG 1) inicjalizuje przetworniki A/C, C/A i inicjalizuje tablicę przekodowań liczby całkowitej ze znakiem (wykorzystywanej w arytmetyce regulatora) na liczbę binarną 12 bitową (wykorzystywaną w układach wejścia wyjścia typu przetworniki A/C i C/A). Drabinka 2 (RUNG 2) inicjalizuje regulator PID obsługujący napęd śmigłowy pracujący w pionie. Drabinka 3 (RUNG 3) inicjalizuje regulator PID obsługujący napęd śmigłowy pracujący w poziomie. Stałe całkowania i różniczkowania przekazywane są do regulatora dzięki instrukcjom zawartym w drabince 4 (RUNG 4). Indeks „V” oznacza regulator i napęd pionowy, indeks „H” – poziomy. Dokładność realizacji nastaw wynosi 0.1 sek. (nastawa 10 oznacza wprowadzenie stałej czasowej T = 1 sek). W procesie regulacji tylko stałe czasowe całkowania i różniczkowania podlegają modyfikacji. Drabinka 5 (RUNG 5) zawiera parametry regulatora typu P Drabinki 6 i 7 (RUNG 6, RUNG 7) obsługują przełącznik PID/0/P umożliwiający przejście z pracy regulatora typu PID do pracy regulatora typu P. Drabinki 8 i 9 (RUNG 8, RUNG 9) wykonują instrukcje regulatorów PID. Po dokonaniu zmian parametrów (klikniecie w ramkę danej instrukcji powoduje otwarcie się okna dialogowego) należy wpisać nowe wartości parametrów. Zmodyfikowany program należy następnie przesłać do sterownika połączonego łączem RS z komputerem. W tym celu wchodzimy do menu „Online” i wywołujemy komendę „Download”. Instrukcja „Monitor” pozwala na obserwację zmian wielkości regulowanych i stanu przekaźników „on line” – podczas pracy sterownika. Część II 3) Wyznaczenie okresu drgań oscylacyjnych w płaszczyźnie pionowej (regulator V i napęd śmigłowy V) i poziomej (regulator H i napęd śmigłowy H). a- Włączamy regulator (patrz punkt 2) i ustawiamy przełącznika pracy w położeniu „P” – regulator proporcjonalny; b- Włączamy pisak Y-T, Sygnał Y podawany jest bezpośrednio z potencjometrów (czujników położenia). Przełączenia pomiędzy układem pionowym (V) i poziomym (H) dokonujemy przez rozłączenie złączki listwowej i ponowne połączenie po obróceniu o 1800. Podstawa czasy pisaka Y-T powinna być nastawiona na wartość: 2 sek/cm; c- Po odchyleniu ramienia regulatora o dany kąt βp (położenie spoczynkowe wynosi βs = 900), uruchamiamy start rejestracji i puszczamy ramię regulatora. Rejestrację należy powtórzyć dla różnych katów wychylenia początkowego βp tak, aby uchwycić kątowy zakres powstania drgań gasnących, drgań stabilnych i/lub drgań niestabilnych (o narastającej amplitudzie). W tym ostatnim wypadku należy wyznaczyć kąt βpg , przy którym drgania gasnące przechodzą w drgania narastające. Doświadczenie powtarzamy dla obu kierunków wychyleń wokół pozycji spoczynkowej βs = 900. Przy opisie zarejestrowanych drgań należy uwzględnić kąt początkowy βp; d- Na podstawie zarejestrowanych przebiegów czasowych oscylacji układu regulacyjnego należy wyznaczyć okres drgań (drgania stabilne) i średni okres drgań (bierzemy pod uwagę początkowe okresy drgań gasnących i drgań narastających); e- Na podstawie wyznaczonego okresu drgań należy zgodnie ze wskazówkami podanymi w skrypcie „Laboratorium pomiarów maszyn elektrycznych” – Badanie układu regulacji z elementami wykonawczymi o charakterystyce wentylatorowej należy wyznaczyć stałe całkowania i różniczkowania dla regulatora pionowego (V) i poziomego (H). Dane zapisujemy w Tabeli 3: Tabela 3 Stała całkowania [s] Stała różniczkowania [s] Regulator pionowy Regulator poziomy Następnie należy wprowadzić obliczone nastawy do regulatora (zgodnie z punktem 2). Po przełączeniu przełącznika pracy regulatora w położenie „PID” wychylamy ramię regulatora o dany kąt βp i badamy jakość procesu regulacji (rejestrując zmiany położenia za pomocą pisaka Y-T). Doświadczenie powtarzamy dla kilku kątów początkowych βp wokół położenia spoczynkowego βs = 900. Jeżeli jakość procesu regulacji automatycznej nie jest zadowalająca (należy dążyć do wyeliminowania „przeregulowań”, regulator powinien osiągnąć położenie spoczynkowe w możliwie najkrótszym czasie) należy skorygować doświadczalnie stałe czasowe wyznaczone na podstawie ogólnie przyjętych zależności. Należy zarejestrować jakość procesu regulacji po korekcji nastaw (stałych czasowych). W sprawozdaniu należy uzasadnić dokonane zmiany stałych czasowych. Pytania 1) W jaki sposób oceniamy jakość procesów regulacji automatycznej? 2) Omówić poszczególne bloki systemu regulacji automatycznej. 3) Co jest przyczyną nieliniowej charakterystyki układu napędowego (moment w funkcji napięcia zasilania) złożonego z silnika prądu stałego i śmigła? Literatura: Adam Biernat, Laboratorium pomiarów maszyn elektrycznych WPW 2006. Instrukcję opracował Adam Biernat