informatyczne systemy sterowania instrukcja ćwiczenia

INFORMATYCZNE SYSTEMY STEROWANIA
INSTRUKCJA ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO
Ćwiczenie nr 2
Systemy regulacji - Regulator PID
Czas trwania: 2h
I. CHARAKTERYSTYKA ĆWICZENIA
Cel i zakres
Ćwiczenie dotyczy symulacji podstawowego systemu sterowania – systemu regulacji.
NajwaŜniejsze c e l e ć w i c z e n i a są następujące:
1. Poznanie podstawowej struktury systemu sterowania oraz typowej formy algorytmu
regulacji (PID), utrwalenie wiadomości z wykładu.
2. Poznanie moŜliwości wykorzystania pakietu Matlab oraz Simulink do modelowania
oraz analizy systemów regulacji.
Z a k r e s ć w i c z e n i a jest ograniczony do:
1. Jednowymiarowych liniowych zamkniętych systemów wejściowo-wyjściowych.
2. Urządzenia sterującego w postaci regulatora PID opisanego transmitancją
operatorową:
1 .
Wymagane przygotowanie
1. Znajomość struktury zamkniętego systemu sterowania – systemu regulacji.
2. Znajomość regulatora PID.
3. Znajomość metody Zieglera-Nicholsa doboru parametrów regulatora PID.
Literatura
1. Kaczorek T., Dzieliński A., Dąbrowski W., Łopatka R., Podstawy teorii sterowania,
WNT, Warszawa 2005.
2. Kaczorek T., Teoria sterowania, tom 1, PWN, Warszawa 1977.
3. Zalewski A., Cegieła R., Matlab – obliczenia numeryczne i ich zastosowania,
Wydawnictwo Nakom, Poznań 1997.
2
II. ZADANIA LABORATORYJNE
Zakres
Zadania naleŜy wykonać dla obiektu opisanego następującą transmitancją operatorową:
.
Parametry obiektu naleŜy ustalić samodzielnie.
Zadanie 1. Symulacja systemu regulacji.
W trakcie realizacji zadania naleŜy zasymulować działanie systemu regulacji pracującego
z regulatorem wymienionego typu:
A. Regulator P. Zbadać wpływ wartości wzmocnienia regulatora na działanie systemu.
B. Regulator PI. Zbadać wpływ wartości parametru całkowania na działanie systemu
(dla ustalonej wartości parametru k).
C. Regulator PID. Zbadać wpływ wartości parametru róŜniczkowania na działanie
systemu (dla ustalonych wartości parametrów k i ).
Zadanie 2. Dobór optymalnych parametrów regulatora.
W trakcie realizacji zadania naleŜy dobrać optymalne wartości parametrów
poszczególnych członów regulatora. Sporządzić następujące wykresy:
A. dla regulatora P.
B. dla regulatora PI przy trzech róŜnych ustalonych wartościach parametru k.
C. dla regulatora PID przy trzech róŜnych wartościach parametru oraz
ustalonej wartości parametru k.
Przyjąć wskaźnik jakości postaci:
,
gdzie
!
# $ ∞,
∞ lim .
)∞
Zadanie 3. Zastosowanie zasad Zieglera-Nicholsa.
Realizacja zadania polega na doborze parametrów regulatora PID według zasad Zieglera–
Nicholsa. W tym celu naleŜy:
A. Doświadczalnie znaleźć współczynnik wzmocnienia, dla którego układ traci
stabilność.
B. Ustalić okres oscylacji i wzmocnienie krytyczne.
C. Według odpowiednich rekomendacji określić wartości parametrów regulatora PID.
Wyniki
Odpowiednie rezultaty realizacji kaŜdego zadania, którymi są: modele matematyczne,
schematy blokowe wykorzystywane w Simulinku, kody źródłowe procedur w Matlabie,
wykresy oraz w n i o s k i naleŜy umieścić w sprawozdaniu z ćwiczenia.