Instrukcja do ćwiczenia nr 7 - PB Wydział Elektryczny

POLITECHNIKA
BIAŁOSTOCKA
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
KATEDRA AUTOMATYKI I ELEKTRONIKI
ĆWICZENIE Nr 7
Dobór nastaw regulatora PID na podstawie
granicy stabilności układu regulacji
Laboratorium z przedmiotu:
TECHNIKA REGULACJI 2
Kod: TS1C520 313
BIAŁYSTOK 2014
OPRACOWANIE: DR INŻ. ZBIGNIEW PRAJS
Dobór nastaw regulatora PID na podstawie granicy stabilności układu regulacji
Cel ćwiczenia
Synteza, w ramach struktur PID regulatora, układu regulacji na podstawie parametrów granicy stabilności.
Zapoznanie z praktyczną stroną strojenia regulatora przemysłowego na podstawie
odpowiednich dla metody zasad Zeiglera-Nicholsa.
Przed ćwiczeniem
Należy, na podstawie wykładów, dodatku A i innych odpowiednich pozycji literaturowych, zapoznać się z metodami strojenia regulatorów w tym z metodą nastawy regulatora PID według zaleceń Zieglera Nicholsa opartych o graniczne wartości
wzmocnienia układu regulacji.
Sprawozdanie powinno zawierać
1. Schematy blokowe stosowanych układów pomiarowych oraz zarejestrowane charakterystyki skokowe.
2. Wnioski i komentarze na temat uzyskanych wyników oraz przebiegu doświadczeń.
Stanowisko laboratoryjne
Komputer PC z zainstalowaną kartą akwizycji danych PCI-1711 oraz oprogramowaniem ADAQView,
Terminal PCLD-8710 z kablem połączeniowym,
Zestaw modelu analogowego obiektu (MAO),
Regulator cyfrowy SIPART DR22.
Przebieg ćwiczenia
1. Skonfigurować układ regulacji zgodnie z poniższym rysunkiem poglądowym, gdzie
pokazane są kanały przesyłu sygnałów pomiędzy: obiektem (MAO), regulatorem Sipard DR 22 oraz terminalem PCLD-8710. Linie zielone symbolizują przepływ sygnałów z wyjść ko-
DR 22
24
23
A
AI
20
19
lejnych urządzeń (czerwone kółka) na
wejścia następnych (zielone kółka).
PCLD-8710
MAO
12
1
wej.
wyj.
Do zacisków (24,23) dołączony jest
kanał sygnału wymuszenia, podawanego z systemu Advantech za pośrednictwem
terminala (AO) . Z zacisków (12,1) regulatora podawany jest sygnał sterowania na
wejście obiektu. Linia czerwona jest kanałem sygnału wyjściowego z obiektu, który
Kod: TS1C520 313
TECHNIKA REGULACJI 2
2
Ćwiczenie 7
Dobór nastaw regulatora PID na podstawie granicy stabilności układu regulacji
podawany jest na zaciski (20,19) regulatora. Sygnał ten jest rejestrowany w systemie
Advantech za pośrednictwem wejścia (AI) terminala PCLD-8710.
2. Przy strukturze P regulatora o wzmocnieniu 1 i podanych przez prowadzącego parametrów obiektu zdjąć charakterystyki skokowe układu z pętlą zamkniętą,
3. Doprowadzić układ do granicy stabilności i określić wzmocnienie graniczne regulatora oraz okres drgań nietłumionych układu obliczyć wartości nastaw dla struktur P,
PI, PID według zasad Zieglera-Nicholsa (dodatek A).
4. Porównać odpowiedzi skokowe badanych układów na wspólnym wykresie i dokonać
analizy pod kątem odczytanych z wykresów wskaźników: uchybu regulacji czasu regulacji, czasu narastania, przeregulowania.
5. Zbadać jak na własności układu regulacji, tj. na charakterystyki skokowe i wybrane
wskaźniki jakości (np. przeregulowanie, czas regulacji), wpływają niekontrolowane zmiany parametrów (w granicach ± 20% ) sterowanego obiektu.
literatura
1. Kaczorek T., Dzieliński A., Dąbrowski W., Łopatka R.: Podstawy teorii sterowania.
WNT, Warszawa 2005.
2. Jędrzykiewicz Z.: Teoria sterowania układów jednowymiarowych. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2004.
3. Brzózka J.: Regulatory i układy automatyki. MKOM, Warszawa, styczeń 2004.
4. Gessing R.: Podstawy automatyki. Wydawnictwa Politechniki Śląskiej. Gliwice 2001.
5. Luft M., Łukasik Z.: Podstawy teorii sterowania. Zakład Poligrafii Politechniki Radomskiej, Radom 1999.
Kod: TS1C520 313
TECHNIKA REGULACJI 2
3
Ćwiczenie 7
Dobór nastaw regulatora PID na podstawie granicy stabilności układu regulacji
Dodatek A
Procedura doboru nastaw regulatora, oparta na identyfikacji parametrów odpowiedzi układu na granicy stabilności tj.: granicznej wartości wzmocnienia ‫ܭ‬௚ oraz okresu
drgań niegasnących ܶ௚ , polega na:
1. przestawieniu regulatora na strojenie ręczne (układ otwarty) i ustawieniu układu
w jego normalnym punkcie pracy
‫ݕ‬௢ = ܿ‫ݐݏ݊݋‬.,
yo
2. ustawieniu regulatora na działanie
e
u
‫ܩ‬௢ (‫)ݏ‬
‫ܭ‬௣
y
−
proporcjonalne P
(t.j. Ti=maximum, Td= 0),
3. nastawieniu niewielkiej wartości
‫)ݐ(ݕ‬
ܶ௚
wzmocnienia Kp regulatora;
4. ustawieniu regulatora na działanie
automatyczne (układ zamknięty)
i rejestracji odpowiedzi skokowej
‫ݐ‬
układu,
5. zwiększaniu wzmocnienia Kp aż do
uzyskania wartości granicznej Kg , t.j., tej, przy której układ uzyskuje drgania niegasnące – granica stabilności,
6. określeniu okresu tych drgań Tg,
7. obliczeniu wartości nastaw zgodnie z zaleceniami Ziegler-Nicholsa:
dla regulatora typu P
− ‫ = ܲܭ‬0,5‫ ݃ܭ‬,
dla regulatora typu PI
− ‫ = ܲܭ‬0,45‫ ݃ܭ‬,
ܶ݅ = 0,85ܶ݃ ,
dla regulatora typu PID
− ‫ = ܲܭ‬0,6‫ ݃ܭ‬,
ܶ݅ = 0,5ܶ݃ , ܶ݀ = 0,125ܶ݃ .
Kod: TS1C520 313
TECHNIKA REGULACJI 2
4
Ćwiczenie 7