Sterowanie Procesami Ciągłymi - Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Politechnika Gdańska
Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Katedra Inżynierii Systemów Sterowania
Sterowanie Procesami Ciągłymi
Laboratorium termin T2a
Opracowanie:
Mieczysław A. Brdyś, prof. dr hab. inż.
Wojciech Kurek, mgr inż.
Tomasz Zubowicz, mgr inż.
Gdańsk, październik 2009
Wprowadzenie
Badany układ ma za zadanie sterować temperaturą obiektu. Wejściem sterującym jest
napięcie podawane na lampę halogenową oświetlającą czujnik pomiaru temperatury.
Schemat układu pokazany jest na rysunku 1. Do sterowania układem wykorzystany jest
regulator PI z filtrem przeciwnasyceniowym (antiwindup) i ważonym sygnałem wejściowym.
(set-point weight). Schemat regulatora przedstawiony jest na rysunku 2.
Obiekt
sterowania
r  Tr
Regulator
PI
u  Vh
Filtr
pomiarowy
Tc.meas
Kv
s
1
Tf s  1
y  Tc
Rysunek 1. Schemat badanego układu sterowania
r
bsp
kp
-
ki
-
u
1
s
-
y
1
Tr
Rysunek 2. Schemat wykorzystywanego regulatora PI
Wentylator chłodzący układ HVAC włączą się automatycznie po włączeniu zasilania Elvisa.
Należy umożliwić ustalenie się temperatury obiektu przed przystąpieniem do wykonywania
ćwiczenia.
Po ustaleniu się temperatury we wnętrzu komory grzewczej należy korzystając z przycisku
Calibrate ustawić temperaturę wewnętrzną oraz temperaturę otoczenia.
Uwaga:
W sprawozdaniu maja zostać przedyskutowane wszystkie punkty pogrubione w poleceniach
dotyczących zadań.
Zadanie 1
Należy zbadać działanie PI z antiwindupem w tym celu należy wykonać następujące
czynności
1. Włączyć sterowanie PI używając przycisku Start Control.
2. Wprowadzić następujące ustawienia dla generatora sygnałów Signal Generator:
 Amplitude = 0.50 C
 Frequency = 0.0200 Hz
 Offset = 1.50 C
3. Rozpocząć ćwiczenie z następującymi ustawieniami regulatora z okienku Control
Parameteres:
 K p  4,00 V/C

Ki  0,5 V/  °C×s 

bsp  1, 00

Tr  1.00 s

T f  0,50 s
4. Naciskając przycisk Update Control w celu wprowadzenia nowych ustawień do
regulatora
5. Przebadaj opowiedz układu na wymuszenie przebiegiem prostokątnym
6. Ustaw K i na 0 V/(C*s) i uaktualnij parametry sterowania. Zmieniaj wzmocnienie
proporcjonalne K p pomiędzy 2 i 6 V/C i obserwuj wpływ tych zmień na
sterowanie temperatura.
7. Ustaw K p na 0.5 V/C i uaktualnij parametry sterowania. Zmieniaj wzmocnienie
całkowe K i pomiędzy 0.25 i 1.0 V/(C*s) i obserwuj wpływ tych zmian na
sterowanie temperatura.
Zadanie 2
Należy zbadać wpływ nasycenia w tym celu przeprowadź następującą procedurę
1. Wprowadzić następujące ustawienia dla generatora sygnałów Signal Generator:
 Amplituda = 0.75 C
 Frequency = 0.0200 Hz
 Offset = 1.50 C
2. Rozpocząć ćwiczenie z następującymi ustawieniami regulatora z okienku Control
Parameteres:
 K p  4,00 V/C

Ki  2, 0 V/  °C×s 

bsp  1, 00

Tr  100.0 s

T f  0,50 s
3. Naciskając przycisk Update Control w celu wprowadzenia nowych ustawień do
regulatora
4. Obserwuj sygnał sterujący na wykresie napięcia. Czy następuje jego
nasycenie?
5. Obserwuj odpowiedź temperatury na wykresie temperatury. Czy układ posiada
przeregulowanie?
6. W sekcji Control Parameters ustaw Tr  1,00 s i uaktualnij ustawienia regulatora.
7. Jaki wpływ miało zmniejszenie parametru antiwindup na przebieg sygnału
sterującego i odpowiedź obiektu.
Zadanie 3
Badanie wpływu wagi sygnału zadanego na jakość sterowania
1. Wprowadzić następujące ustawienia dla generatora sygnałów Signal Generator:
 Amplituda = 0.50 C
 Frequency = 0.0200 Hz
 Offset = 1.50 C
2. Rozpocząć ćwiczenie z następującymi ustawieniami regulatora z okienku Control
Parameteres:
 K p  8,00 V/C

Ki  1, 0 V/  °C×s 

bsp  0,00

Tr  1.0 s

T f  0,50 s
3. Naciskając przycisk Update Control w celu wprowadzenia nowych ustawień do
regulatora
4. Przebadaj odpowiedz temperatury i sygnału sterującego.
5. Zmień ustawienie wagi wartości zadanej (Set-point weight) na 1.00 i uaktualnij
ustawienia regulatora.
6. Przebadaj wpływ zwiększenia wartości parametru bsp na przebieg temperatury i
sygnału zadanego.
Zadanie 4
Projektowanie regulatora PI zgodnie ze specyfikacja.
1. Wprowadzić następujące ustawienia dla generatora sygnałów Signal Generator:
 Amplituda = 0.50 C
 Frequency = 0.0200 Hz
 Offset = 1.50 C
2. W okienku Design Specifications, należy ustawić wzmocnienie obiektu Kv, wymagany
współczynnik tłumienia zeta i pulsacje drgań własnych w0:

Kv  0, 010 C/  V×s 
  0,60
 0  0,125 rad/s

3. Naciśnij przycisk Update Design w celu wyznaczenia parametrów regulatora
spełniających wymagania dotyczące wymaganego współczynnika tłumienia i pulsacji
drgań własnych.
4. Wprowadź otrzymane parametry regulatora do układu sterowania korzystając z
przycisku Set Desired.
5. Ponownie naciśnij Update Design w celu wyznaczenia symulacji działania układu
opartej na wprowadzonych parametrach układu sterowania. Wyznaczony zostanie
wtedy czas regulacji Ts i przeregulowanie procentowe PO.
6. Naciskając przycisk Update Control w celu wprowadzenia nowych ustawień do
regulatora
7. Przebadaj działanie układu. Porównaj działanie układu w stosunku do
uprzednio zbadanych regulatorów.
8. Zmień współczynnik tłumienia (  ) i naciśnij Update Design, Set Desired i Update
Control w celu wprowadzenia nowych ustawień regulatora do układu sterowania.
Naciśnij jeszcze raz Update Design w celu wyznaczenia Ts i PO.
9. Jaki wpływ ma zmiana współczynnika tłumienia na odpowiedz układu? Jak
zmieniają się wzmocnienia regulatora?
10. Zmień pulsacje własną ( 0 )w zakresie pomiędzy 0.075 rad/s a 0.175 rad/s i naciśnij
Update Design, Set Desired i Update Control w celu wprowadzenia nowych ustawień
regulatora do układu sterowania. Naciśnij jeszcze raz Update Design w celu
wyznaczenia Ts i PO.
11. Jaki wpływ ma zmiana pulsacji własnej na odpowiedz układu? Jak zmieniają się
wzmocnienia regulatora?