Podst. Automatyki ćwicz. 7b - Instytut Automatyki i Robotyki

Prowadzący(a)
Grupa
Zespół
Lp.
Nazwisko i imię
1.
Instytut
Automatyki i Robotyki
2.
LABORATORIUM
PODSTAW
4.
data ćwiczenia
Ocena
3.
5.
AUTOMATYKI
Ćwiczenie PA7b
1
Badanie jednoobwodowego układu regulacji temperatury z regulatorem
mikroprocesorowym EFTRONIK X
Celem ćwiczenia jest ocena ilościowa i jakościowa
właściwości
statycznych i dynamicznych jednoobwodowego układu regulacji temperatury powietrza
przepływającego przez rurociąg. Ocena jakości regulacji sprowadza się do określenia w jaki
sposób zastosowany regulator zapewnia nadąŜanie wielkości regulowanej za zadaną oraz jaka
jest efektywność kompensacji wpływu działających zakłóceń. Identyfikację obiektu regulacji
przeprowadzono w ćwiczeniu 6b.
Przebieg ćwiczenia
Wielkością regulowaną jest temperatura T powietrza przepływającego przez rurociąg ,
sterowaniem jest sygnał YG, generowany przez regulator, a zakłóceniami są :
♦ skokowa zmiana prędkości obrotowej silnika wentylatora ( skokowa zmiana sygnału
Yw),
♦ skokowa zmiana oporności grzałki z 100Ω - 75Ω ( zmiana pozycji przełącznika z
„0” ⇒ „1”),
♦ skokowa zmiana pozycji przesłony P z „OTW” ⇒ „ZAMK”
1. Dobór nastaw regulatora
Bazując na wynikach identyfikacji obiektu przeprowadzonej w ćwiczeniu 12b podać
wartości następujących parametrów obiektu:
kob = ...............
Tz = ...............
T0 = ...............,
Korzystając z tablicy 1 obliczyć nastawy regulatorów P/ PI dla przebiegów z
przeregulowaniem 0 % lub 20 % ( zgodnie z poleceniem prowadzącego) i wstawić je do
tablicy 2.
1
Opracowanie instrukcji : dr inŜ. Danuta Holejko
2
Tablica 1
Rodzaj przebiegu
χ=0%
min tr
χ = 20 %
min tr
Tablica 2
Typ
regulatora
P
PI
Typ regulatora
P
PI
P
PI
χ=0%
kp
kob kp T0 / Tz
0.3
0.6
0.7
0.7
Ti [s]
Ti / T0
0.8 + 0.5 Tz / T0
1 + 0.3 Tz / T0
χ = 20 %
kp
Ti [s]
2. Rozruch instalacji
Rozruch instalacji przeprowadza się zwykle w sposób ręczny. Zainstalowany
regulatora przełączany jest przez operatora na tryb sterowania ręcznego „M”. Operator
zmieniając sygnał wyjściowy regulatora , oddziałuje na proces tak długo aŜ wielkość
regulowana PV osiągnie trwały stan ustalony na poziomie odpowiadającym Ŝądanej wartości
zadanej SP. JeŜeli wszystkie urządzenia wchodzące w skład układu pracują poprawnie i
osiągnięty jest stan ustalony równowagi trwałej odpowiadający zerowej odchyłce regulacji i
zostały wprowadzone bezpieczne nastawy regulatora to uznaje się rozruch taki za zakończony
i operator przełącza układ ze sterowania ręcznego „M” na sterowanie automatyczne „A”.
W badanym układzie naleŜy wykonać następujące czynności :
1. Z zadajnika sterowania ręcznego regulatorów w obu kanałach ustawić wartość sygnału
wyjściowego YG = 50 % oraz Yw = 50 %.
2. Odczekać i odczytać ustaloną wartość PV temperatury T. Ustalona wartość PV
reprezentuje poŜądaną wartość wielkości regulowanej. Ustawić ręcznie lokalną
wartość zadaną regulatora w kanale 1 SP = PV.
3. Wprowadzić w trybie „PROGRAMOWANIE” obliczone nastawy regulatora o
algorytmie P wpisując pod adres 4113 obliczoną wartość wzmocnienia kp, pod adresy
4115 i 4117 wpisać 0000.
4. Ustawić posuw taśmy rejestratora na 600 mm/h , a następnie włączyć rejestrator.
5. Po odczekaniu ok. 30 sek. przełączyć regulator na
tryb „A” .
3. Badanie skuteczności kompensacji zakłóceń oraz odtwarzania wielkości zadanej SP w
układzie z regulatorem P
3. 1. Badanie skuteczności kompensacji zakłóceń
obrotowej silnika wentylatora
wywołanych zmianą prędkości
Procedura badawcza jest następująca:
a) W układzie pracującym w trybie „A” wprowadzić zakłócenie- zmianą prędkości
obrotowej silnika wentylatora z 50 % na 70 %,
3
b) zarejestrować przebieg zmian wielkości regulowanej PV aŜ do uzyskania stanu
ustalonego. W czasie próby obserwować wskazania wyświetlacza PV regulatora,
zanotować minimalną i ustaloną wartość PV ,
c) wyłączyć rejestrator , przełączyć regulator na tryb „M”, ustawić ponownie
Yw = 50%, ustawić sygnał sterujący YG = 50 %, i odczekać aŜ do uzyskania stanu
ustalonego.
3. 2. Badanie skuteczności kompensacji zakłóceń
grzałki
wywołanych zmianą oporności
Procedura badawcza jest następująca:
a) włączyć rejestrator,
b) jeŜeli wielkość mierzona PV ≠SP to naleŜy skorygować wartość SP,
c) po odczekaniu ok. 1 min. przełączyć regulator na
tryb „A” .
d) wprowadzić zakłócenie poprzez zmianę pozycji przełącznika P z pozycji „0” na „1”,
e) zarejestrować przebieg zmian wielkości regulowanej PV aŜ do uzyskania stanu
ustalonego. W czasie próby obserwować wskazania wyświetlacza PV regulatora,
zanotować maksymalną wartość PV i ustaloną wartość końcową ,
f) ponownie ustawić przełącznik zmiany oporności na pozycję
regulator na tryb „M”, wyłączyć rejestrator,
„0”, przełączyć
g) ustawić sygnał sterujący YG = 50 %, Yw = 50 % odczekać aŜ do uzyskania stanu
ustalonego.
3.3. Badanie przebiegu zmian wielkości regulowanej
przesłony P z „otwarte” na „zamknięte”
wywołanych zmianą pozycji
a) włączyć rejestrator,
b) jeŜeli wielkość mierzona PV ≠ SP to naleŜy skorygować wartość SP,
c) po odczekaniu ok. 1 min. przełączyć regulator na
tryb „A” .
d) wprowadzić zakłócenie,
e) zarejestrować przebieg zmian wielkości regulowanej PV aŜ do uzyskania stanu
ustalonego. W czasie próby obserwować wskazania wyświetlacza PV regulatora,
zanotować maksymalną wartość PV i ustaloną wartość końcową ,
f) ponownie ustawić pozycję przesłony P na „otwarte”, przełączyć regulator na tryb
„M”, wyłączyć rejestrator,
g) ustawić sygnał sterujący YG = 50 %, odczekać aŜ do uzyskania stanu ustalonego.
3.3. Badanie skuteczności nadąŜania wielkości regulowanej PV za zmianami wielkości
zadanej SP
Procedura badawcza jest następująca:
a) odczekać i odczytać ustaloną wartość PV , jeŜeli wielkość mierzona PV ≠ SP to
naleŜy skorygować wartość SP,
b) włączyć rejestrator,
4
c) po odczekaniu ok. 30 sek. przełączyć regulator na
tryb „A” .
d) wprowadzić skokową zmianę wartości zadanej ∆SP (amplitudę skoku podaje
prowadzący),
e) zarejestrować przebieg zmian wielkości regulowanej PV aŜ do uzyskania stanu
ustalonego. W czasie próby obserwować wskazania wyświetlacza PV regulatora,
zanotować minimalną, maksymalną i ustaloną wartość PV ,
f) wyłączyć rejestrator , przełączyć regulator na tryb „M” i ustawić ponownie
YG = 50%, odczekać aŜ do uzyskania stanu ustalonego.
4.
Badanie skuteczności kompensacji zakłóceń oraz odtwarzania wielkości zadanej
SP w układzie z regulatorem PI
W trybie „PROGRAMOWANIE” wprowadzić obliczone nastawy regulatora
o
algorytmie PI wpisując pod adres 4113 obliczoną wartość wzmocnienia kp, pod adres 4115
obliczoną wartość Ti a w 4117 wpisać wartość 0000.
4.1. Badanie skuteczności kompensacji zakłóceń
obrotowej silnika wentylatora
wywołanych zmianą prędkości
Procedura badawcza jest następująca:
h) jeŜeli wielkość mierzona PV ≠ SP to naleŜy skorygować wartość SP z pulpitu
operatora doprowadzając do PV = SP,
i) po odczekaniu ok. 1 min. przełączyć regulator na
tryb „A” ,
j) włączyć rejestrator,
w układzie pracującym w trybie „A” wprowadzić zakłócenie zmianą prędkości
obrotowej silnika wentylatora z 50 % na 70 %,
k) zarejestrować przebieg zmian wielkości regulowanej PV aŜ do uzyskania stanu
ustalonego. W czasie próby obserwować wskazania wyświetlacza PV regulatora,
zanotować minimalną i ustaloną wartość PV ,
l) wyłączyć rejestrator , przełączyć regulator na tryb „M”, ustawić ponownie
YG = 50%,oraz Yw=50% odczekać aŜ do uzyskania stanu ustalonego.
4.2. Badanie skuteczności kompensacji zakłóceń wywołanych zmianą mocy grzałki
Procedura badawcza jest analogiczna jak w p. 3.2.
4.3. Badanie skuteczności nadąŜania wielkości regulowanej PV za zmianami wielkości
zadanej SP
Procedura badawcza jest analogiczna jak w p. 3.3.
5. Dobór nastaw regulatorów metodą Zieglera – Nicholsa
Eksperyment Zieglera – Nicholsa przeprowadzić w następujący sposób :
1. Regulator ustawić na tryb „M”, nastawić YG = 50 % , Yw = 50 % i odczekać do stanu
ustalonego PV.
2. Programowo wstawić nastawy regulatora : kp = 6, Ti = 0 , Td = 0.
5
3. Włączyć rejestrator, odczekać do stanu ustalonego PV, ręcznie z pulpitu
regulatora
ustawić SP = PV a następnie przełączyć regulator na tryb „A”.
4. Wprowadzić impulsową zmianę wartości ∆SP = 2-3 % o czasie trwania
impulsu
wystarczający do wywołania zauwaŜalnych zmian PV . W czasie eksperymentu układ nie
moŜe wejść w nasycenie.
5. Ocenić zarejestrowany na taśmie rejestratora przebieg zmian PV i porównać go z
przebiegiem z rys.1.
• JeŜeli oscylacje odpowiadają wzorowi C, to przejść do p.6.
• JeŜeli oscylacje odpowiadają wzorowi A , to naleŜy przełączyć regulator na tryb „M”,
ustawić YG = 50 % ,w trybie „Programowanie” zwiększyć kp regulatora i powtórzyć
czynności od p. 3 - 5.
• JeŜeli oscylacje odpowiadają wzorowi B , to naleŜy przełączyć regulator na tryb „M”,
ustawić YG = 50 % ,w trybie „Programowanie „ zmniejszyć kp regulatora , i powtórzyć
czynności od p.3 - 5.
Rys.1. Przebiegi przejściowe wielkości regulowanej otrzymane w eksperymencie ZiegleraNicholsa
6. Przełączyć regulator na tryb „M”, ustawić YG = 50 %.
7. Zanotować bieŜącą wartość kp=kkryt, która wywołała oscylacje, następnie odczytać
z zarejestrowanego przebiegu okres oscylacji Tosc .
8. Obliczyć nastawy regulatora PI wg wzoru : kp = 0.45 kkryt , Ti = 0.85 Tosc
9. Powtórzyć badania układu regulacji wg procedury opisanej w p.4.1.
6. Wyniki i wnioski
• Narysować schematy blokowe badanego układu regulacji
• Narysować spodziewany przebieg zmian wielkości regulowanej PV i sterowania YG
wywołany zmianą mocy grzejnej grzałki po zastosowaniu regulatora o algorytmie P
z działaniem normalnym N.
• załączyć i opisać otrzymane z rejestratora przebiegi zmian wielkości regulowanej,
• załączyć i opisać wyniki eksperymentu Zieglera – Nicholsa.
• porównać przebiegi przejściowe układu regulacji i ocenić jego jakość statyczną i
dynamiczną. na podstawie odczytanych z wykresów następujących wskaźników : e1 ,
e2 , est , em , tr , χ ( przeregulowanie). Wyniki podać w zaproponowanej tabeli.
6
• porównać wyniki badań otrzymane dla nastaw regulatora wg tablic i wg metody
Zieglera – Nicholsa.
• Ocenić skuteczność kompensacji wpływu zakłóceń oraz skuteczność nadąŜania
wielkości regulowanej za zadaną w układzie regulacji z regulatorem o algorytmie P
i PI.
• Obliczyć wartości odchyłek statycznych na podstawie transmitancji obiektu i
transmitancji regulatora i porównać je z wartościami otrzymanymi z badań.
• Jak z przebiegu przejściowego układu wywołanego zmianą skokową wartości
zadanej SP odczytać nastawioną wartość wzmocnienia kp regulatora.