synteza układu dwupołożeniowej regulacji poziomu cieczy w zbiorniku

Ćwiczenie
SYNTEZA UKŁADU DWUPOŁOŻENIOWEJ REGULACJI
POZIOMU CIECZY W ZBIORNIKU
1. CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z pracą układu dwupołożeniowej regulacji
poziomu cieczy w zbiorniku.
2. WPROWADZENIE
Układem regulacji dwupołożeniowej nazywa się taki układ, w którym regulator może
nastawić tylko dwie wartości wielkości sterującej obiektem regulacji. Schemat blokowy
układu regulacji dwupołożeniowej przedstawia rys. 1.
Rys. 1 Schemat układu regulacji dwupołożeniowej
Zgodnie z podaną definicją regulator dwupołożeniowy RD musi posiadać taką charakterystykę statyczną, aby na jego wyjściu istniały dwa stany stabilne. Jest to tzw. charakterystyka przekaźnika. Przykłady tego typu charakterystyk przedstawia rys. 2.
Rys. 2 Charakterystyki statyczne elementów dwupołożeniowych
Parametry regulacji dwupołożeniowej
1
Ponieważ układy regulacji dwupołożeniowej są niestabilne, do oceny ich jakości stosuje
się inne kryteria niż w przypadku układów regulacji ciągłej, od których przede wszystkim wymaga się stabilności. Bierze się pod uwagę mianowicie następujące parametry:
•
średni uchyb regulacji: eśr - jest różnicą między zadanym poziomem wody w zbiorniku yo oraz średnią wartością poziomu wody w zbiorniku yśr:
eśr =yo −yśr
•
zakres wahań poziomu wody: A - jest różnicą między maksymalnym ymax i minimalnym poziomem wody ymin podczas regulacji:
A =ymax – ymin
•
okres wahań poziomu wody: τ - jest sumą czasów wyłączenia i załączenia urządzenia wykonawczego.
Rys. 3. Charakterystyka przebiegu czasowego wielkości regulowanej.
Właściwości układów dwustawnych:
•
•
•
•
•
•
Wielkość regulowana nie osiąga stanu ustalonego, lecz zmienia się w zadanym zakresie w otoczeniu wartości zadanej (zgodnie z charakterystyką czasową obiektu).
Przebieg wielkości regulowanej jest realizowany przez włączenie/wyłączenie dopływu energii do obiektu.
Zmniejszenie błędu regulacji eśr można uzyskać przez zmniejszenie histerezy, jednak kosztem wzrostu częstości oscylacji układu.
Zakłócenie ma mniejszy wpływ na wielkość regulowaną niż w układzie bez regulacji.
W mechanicznych układach bistabilnych z reguły istnieje interakcja nastaw, to znaczy zmiana wartości przy której następuje włączenie powoduje zmianę wartości
wcześniej nastawionej histerezy, i na odwrót.
Powyżej określona interakcja nastaw mechanicznego układu bistabilnego oraz wykładniczy charakter charakterystyki czasowej procesu powoduje zmiany nastaw
w układzie regulacji: zmiana wartości zadanej powoduje zmianę błędu regulacji
i zmianę częstości oscylacji.
Prosta, niezawodna i tania aparatura spowodowała, że dwupołożeniowe układy regulacji
są powszechnie stosowane wszędzie tam, gdzie nie wymaga się dużej dokładności statycznej ani dynamicznej, i dopuszcza się stałe oscylacje wartości wielkości regulowanej, nawet przy ustalonej wartości zakłócenia i wartości zadanej, np. w urządzeniach
klimatyzacyjnych, chłodniczych, w zbiornikach magazynowych itp. Warunkiem jest, że
proces (obiekt sterowania) jest członem dynamicznym całkującym (np. regulacja poziomu w zbiorniku) lub inercyjnym o dużej stałej czasowej (np. regulacja temperatury
w piecu lub ciśnienia w stosunkowo dużym zbiorniku).
3. OPIS STANOWISKA
2
Podczas realizacji ćwiczenia wykorzystane zostanie stanowisko laboratoryjne umożliwiające obserwację pracy dwupołożeniowego układu regulacji poziomu wody w zbiorniku. Ogólny schemat stanowiska pokazano na rysunku 1.
Rys. 1. Schemat blokowy stanowiska do badania układu automatycznej regulacji temperatury.
W skład stanowiska laboratoryjnego wchodzą:
 karta pomiarowa
 przetwornik
 zasilacz stabilizowany
 komputer
 element wykonawczy (pompa)
4. PRZEBIEG ĆWICZENIA
I. W programie GenDAQBuilder stworzyć schemat dwupołożeniowego układu regulacji poziomu cieczy w zbiorniku postępując według poniższej instrukcji:
1. Po uruchomieniu programu GenDAQBuilder wybrać z menu File → New, następnie w polu Strategy name wpisać nazwę pod jaką zostanie zapisana utworzona
strategia (np. GRUPA1), zatwierdzić OK. Ponownie zatwierdzić OK pytanie
o utworzenie nowej ścieżki.
2. Otrzymane okna: TASK1 i DISP1 rozmieścić na ekranie obok siebie, tak aby były
w całości widoczne.
3. W oknie TASK1 stworzyć schemat układu regulacji, wykorzystując bibliotekę
elementów na pasku narzędzi (klikamy na wybrany obiekt na pasku Menu, a następnie klikamy w oknie TASK1). Do stworzenia schematu wykorzystujemy następujące elementy:

AI – wejście analogowe karty pomiarowej,
3

ONF – regulator dwupołożeniowy,

DO – dane wyjściowe z regulatora (wyjście cyfrowe),

LOG1 – zapis danych pomiarowych.
Na podstawie schematu układu regulacji należy określić ile danych elementów jest
potrzebnych, a także opisać ich znaczenie w badanym układzie automatycznej regulacji poziomu wody w zbiorniku otwartym.
4. Połączyć obiekty za pomocą ikony
definiując sygnały:
połączenie AI1-ONF1: dla elementu AI1 – numer wejścia w karcie pomiarowej
Output1 (dla wielkości Ym) dla elementu ONF1 – sygnał wielkości zmierzonej Ym
Input
połączenie ONF1-DO1: bez konieczności definiowania sygnałów
połączenia elementów AI1-LOG1 definiujemy numer wejścia (Output1),
połączenia elementów ONF1 i DO1 z LOG1: odpowiednio (Chanel0), a także rodzaj zapisu Logged Data
5. Zdeklarować wejścia (wybrać strzałkę z okna Menu → zaznaczyć obiekt → prawym klawiszem myszki otwieramy okno dialogowe obiektu:
AI1

Klikamy Select i wybieramy kartę pomiarową zainstalowaną na stanowisku
laboratoryjnym, zatwierdzamy OK
4

W polu From chanel wybieramy – 1, zamykamy okno obiektu AI1 zatwierdzając OK.
ONF1
•
W polu Setpoint wpisujemy wartość zadaną (3.).
•
W polach Delta High i Delta Low ustawiamy wartość odchyleń (0.2)
•
Wybrać tryb pracy regulatora zaznaczając pole:
Over high limit = 0, under low limit = 1.
•
Zatwierdzamy OK.
5
DO1

Klikamy Select i wybieramy kartę pomiarową zainstalowaną na stanowisku
laboratoryjnym.

Ustawiamy w polu PORT wartość 0 i w polu CHANNEL wartość 1.

Zatwierdzamy OK
LOG1: sprawdzamy, czy wszystkie 3 wyjścia są zadeklarowane
II. Przechodzimy do okna DISP1, które służy nam do graficznej prezentacji uzyskanych wartości, na oscyloskopie.
1. Wybieramy z paska Menu ikonę
(Real Tme Trend Graf) i powiększamy do
wielkości okna. Następnie definiujemy sygnały, które chcemy zobrazować (klikamy prawym klawiszem myszki, aby otworzyć ustawienia), wykonując następujące czynności:
a) ADD → w polu Task wybieramy - TASK1, w polu Tag name wybieramy–
AI1:AI1, w polu Channel wybieramy – Output 1, zatwierdzamy OK
b) ADD → w polu Task wybieramy - TASK1, w polu Tag name wybieramy–
ONF1:ONF1, w polu Channel wybieramy – Chanel 0, zatwierdzamy OK
c) ADD → w polu Task wybieramy - TASK1, w polu Tag name wybieramy–
DO1-DO1, w polu Channel wybieramy – Channel 0, zatwierdzamy OK
d) Kolor tła Background ustawiamy - White
e) Y-axis range: From 0 - To +5, zatwierdzamy OK.
6
III. Uruchamianie aplikacji.
1. Wystartować strategię z menu głównego, za pomocą ikony
, zatwierdzić mo-
dyfikację strategii OK.
2. W katalogu Projektygeni zapisujemy nazwę strategii (np. GRUPA1)
3. W oknie Enter Log File wpisać ścieżkę dostępu i nazwę pliku, do którego będą
zapisywane dane (c:\pomiary\’nazwa pliku z danymi’), zatwierdzić OK.
4. Zaobserwować przebiegi działania układu zgodnie z poleceniem prowadzącego.
5. Aplikację zatrzymujemy ikoną
6. Uruchamiamy program Matlab, i drukujemy otrzymany wykres
load c:\pomiary\’nazwa pliku z danymi’
plot (‘nazwa pliku z danymi’)
IV. Zmiana nastaw regulatora.
1. Zgodnie z zaleceniem prowadzącego zmieniamy nastawy regulatora (obiekt
ONF1).
W polu Setpoint wpisujemy nową wartość zadaną.
W polach Delta High i Delta Low ustawiamy nową wartość odchyleń.
pozostałe wartości bez zmian, zatwierdzamy OK
2. Ponownie uruchamiamy aplikację, postępując według punktu III instrukcji.
V. Zaobserwować i wyliczyć, jak zmiana ustawień regulatora wpływa na poziom wody w zbiorniku.
W sprawozdaniu należy zamieścić:



schemat dwupołożeniowego układu regulacji poziomu cieczy w zbiorniku
uwzględniający elementy stanowiska laboratoryjnego,
uzyskane podczas pomiarów przebiegi sygnałów: wielkości zadanej, wielkości
mierzonej i sterującego (wydrukowane wykresy wraz z opisami),
sformułować wnioski odnośnie wpływu nastaw regulatora na sygnał sterujący
(wyjściowy) z regulatora.
7
5. PROBLEMY KONTROLNE
1. Właściwości dwupołożeniowego układu regulacji.
2. Schemat funkcjonalny dwupołożeniowego układu regulacji.
3. Układ automatycznej regulacji, układ regulacji ciągłej i dwupołożeniowej.
6. LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA
Findeisen W.: Technika regulacji automatycznej, PWN, Warszawa 1969.
8