Студопедия
Новини освіти і науки:
Контакти
 


Тлумачний словник






Теоретичні відомості

Дослідження САР, що буде проведене в роботі, полягає в оцінці впливу налаштування регулятора на показники якості регулювання.

Показники якості регулювання можуть бути прямі і непрямі. До прямих показників якості відносяться статична помилка, перерегулювання, час регулювання. Ці показники визначаються по перехідних функціях системи (рисунок 3.1).

Статична помилка – це відхилення сталого значення регульованого параметра від заданого:

. (8.1)


Рисунок 3.1 – Перехідні функції системи:
а) по керуючому впливу;
б) по збурюючому впливу.

де ε – значення статичної похибки,

– задане значення регульованого параметра,

– стале значення регульованого параметра.

Перерегулювання визначається як різниця між максимальним і сталим значеннями регульованої величини:

, (8.2)

де σ – перерегулювання,

– максимальне (мінімальне) значення регульованого параметра;

– стале значення регульованого параметра.

Час регулювання характеризує тривалість перехідного процесу. Процес регулювання вважається закінченим, якщо відхилення регульованого параметра від сталого значення не перевищує деякого припустимого значення.

До непрямих показників якості відносяться запас стійкості і швидкодія. Ці показники можна визначити по частотній характеристиці розімкнутої системи (рисунок 3.2). Запас стійкості оцінюється за значеннями двох показників – запасу стійкості по амплітуді ℓ і запасу стійкості по фазі ψ (див. рисунок 3.2). Ці оцінки тісно зв'язані з критерієм стійкості Найквіста і характеризують ступінь далекості конкретної характеристики від точки -1.

Швидкодію можна оцінити по частоті зрізу ωс – частота, на якій модуль частотної характеристики розімкнутої системи дорівнює 1. Чим більше значення цієї частоти, тим вище швидкодія.


Рисунок 3.2 – Визначення непрямих показників якості регулювання по частотній характеристиці розімкнутої системи

Прямі і непрямі показники якості зв'язані між собою. Перерегулювання збільшується зі зменшенням запасу стійкості. При постійному запасі стійкості збільшення швидкодії приводить до зменшення часу регулювання.

Якість регулювання в досліджуваній системі залежить від налаштування регулятора – обраного значення коефіцієнта підсилення Крег. Для того щоб правильно налаштувати регулятор, треба знайти взаємозв'язок між налаштуванням регулятора і показниками якості регулювання. На рисунку 3.3 зображена структурна схема досліджуваної системи.


Рисунок 3.3 – Структурна схема досліджуваної системи регулювання

За цією схемою за допомогою теореми про кінцеве значення функції можна знайти вирази для складових статичної похибки εg та εf . Складові похибки за завданням εg знаходяться по формулі (8.3)

(8.3)

З отриманого виразу випливає, що якщо обрана робоча точка відповідає заданій температурі, то складова похибки εg = 0, тому що в цьому випадку ΔθЗД = 0. Якщо ж установлена робоча точка не буде відповідати заданій температурі, то завдання відпрацьовується з помилкою, величина якої пропорційна відхиленню від робочої точки, і обернено пропорційна коефіцієнту підсилення регулятора.

Складова похибки по збурюванню визначається по формулі (8.4)

(8.4)

З виразу (8.4) випливає, що складова похибки по збуренню пропорційна величині збурення та обернено пропорційна коефіцієнту підсилення регулятора.

Таким чином, для того щоб зменшити статичну похибку, варто збільшувати коефіцієнт підсилення регулятора і правильно встановлювати робочу точку.

Для оцінки зв'язку між характером перехідних процесів і налаштуванням регулятора, розглянемо частотну характеристику розімкнутої системи

(8.5)

Графік цієї частотної характеристики має вид представлений на рисунку 8.2, де К = КРЕГ • КИ. З виразу (8.5) і з рисунку 8.2 випливає, що збільшення коефіцієнта підсилення регулятора приводить до пропорційного збільшення довжини всіх радіус-векторів частотної характеристики і, отже, до зниження запасу стійкості. Отже, максимально можливе значення коефіцієнта підсилення визначається припустимим запасом стійкості. Для об'єкта з відомими параметрами KU , ТU, τU настроювання регулятора можна знайти по рисунку 8.4.


Рисунок 3.4 –Діаграми для вибору настроювань регулятора

8.3 Опис експериментальної установки

8.3.1 Схема регулятора

Схема досліджуваної системи регулювання з П-регулятором зображена на рисунку 8.5.


Рисунок 3.5 – Схема досліджуваної СА

Основними елементами регулятора є:

- мостова вимірювальна схема RЗД - RД,, використовувана для формування сигналу неузгодженості - напруги Uε, пропорційного різниці між заданою і фактичною температурами. Ця різниця температур є вхідним сигналом регулятора. Міст RЗД - RД входить до складу автоматичного потенціометра КСП2. Робота схеми вивчалася на лабораторній роботі № 2;

- мостова вимірювальна схема RОС – RО використовується для формування сигналу коригувальної зворотного зв'язку UОС. Резистор RО служить для установки робочої точки. Движок резистора RОС зв'язаний з валом виконавчого механізму ПР1. Міст збалансований, коли значення вихідного сигналу регулятора (UЛАТра) відповідає обраній робочій точці і движки резисторів RО – RОС займають однакове положення. При зміні вихідного сигналу регулятора движок зміщається і на виході моста з'являється напруга коригувального зворотного зв'язку пропорційне відхиленню вихідного сигналу регулятора від робочої точки. Коефіцієнт пропорційності між цими сигналами (коефіцієнт зворотного зв'язку) можна регулювати змінюючи напругу живлення моста зворотного зв'язку (0 ± 24 в);

- магнітні підсилювачі МУ1 і МУ2, що утворять двотактний магнітний підсилювач напруги. Вхідними сигналами тут є напруги з мостових вимірювальних схем Uε – UОС, що діють зустрічно, навантаженням служать обмотки поляризованого реле РП (РП1 і РП2). Обмотки реле РП підключені до магнітних підсилювачів таким чином, що сумарний магнітний потік, що впливає на якір реле, пропорційний різниці між напругою неузгодженості і напругою коригувальної зворотного зв'язку;

- релейний підсилювач потужності, побудований, на нейтральних реле Р1 і Р2. Вхідним сигналом підсилювача буде стан контактів реле РП, через які подається живлення на обмотки Р1 і Р2. Вихідний сигнал підсилювача стан контактів Р1.1 і Р2.1, що використовуються для підключення статорів виконавчого механізму до мережі. Контакт Р1 забезпечує обертання в напрямку "МЕНШЕ", контакт Р2 - у напрямку "БІЛЬШЕ";

- двохстаторний виконавчий механізм ПР1, з валом якого з'єднаний движок автотрансформатора ЛАТр. Напруга, що знімається з ЛАТра, є вихідним сигналом для регулятора.

Взаємозв'язок між елементами регулятора показана на функціональній схемі (рисунок 8.6)


Рисунок 3.6 –Функціональна схема П-регулятора

Структурна схема регулятора зображена на рисунку 8.7. Тут вимірювальні схеми, магнітний, підсилювач і автотрансформатор представлені безінерційними ланками, виконавчий механізм - інтегруючою ланкою, а релейний підсилювач представлений своєю статичною характеристикою.


Рисунок 3.7 –Структурна схема П-регулятора

Структурну схему регулятора можна спростити, з огляду на те, що виконавчий механізм змінює напругу ЛАТра значно швидше, ніж змінються температура об'єкта регулювання. У цьому випадку коефіцієнт підсилення виконавчого механізму можна вважати досить великим, а зворотний зв'язок - глибоким. Тоді еквівалентну передаточну функцію регулятора можна записати так:

У такий спосіб даний регулятор є пропорційним. Коефіцієнт підсилення регулятора залежить від чутливості моста зворотного зв'язку і, отже, його величину можна змінювати, змінюючи напрямок живлення цього моста.

 

8.3.2 Робота регулятора

Як вихідний стан схеми приймемо умовно-нульовий режим, коли збурювань нема, температура об'єкта дорівнює заданій і напруга ЛАТра відповідає обраній робочій точці. При цьому обидві мостові схеми збалансовані, струм через обмотки керування магнітних підсилювачів не йде, а через обмотки реле РП протікають струми холостого ходу магнітного підсилювача, що створюють два зустрічно спрямованих магнітних потоки, що компенсують один одного. Якір реле РП займає середнє положення. У результаті струм через обмотки реле Р1 і Р2 не йде, контакти Р1.1 і Р2.1 розімкнуті і двигун виконавчого механізму ПР1 не працює.

Якщо під збурюючим впливом температура зміниться, наприклад зменшиться, то движок реостата RД зміститься вліво, баланс моста RЗД - RД - порушиться і через обмотки WY1 магнітних підсилювачів піде струм. При цьому струм на виході підсилювачів зміниться. Струм через обмотку РП1 збільшиться, а струм через обмотку РП2 зменшиться. У результаті реле РП спрацює, його контакт РП замкнеться вниз, струм піде через обмотку реле Р2, замкнеться його контакт Р2.1 і виконавчий механізм почне повертати движок ЛАТра в напрямку "БІЛЬШЕ".

Одночасно виконавчий механізм повертає движок реостата RОС вправо, внаслідок чого баланс моста RО - RОС порушується, в обмотках керування WY2 магнітних підсилювачів теж з'являється струм протилежний по напрямку струму йде в WY1. В міру переміщення движка реостата RОС вправо, цей струм збільшується. У той момент, коли струми в обмотках WY1 і WY2 магнітних підсилювачів стануть однакові, якір реле РП займе середнє положення й обмотка Р2 знеструмиться, контакт Р2.1 розімкнеться і двигун виконавчого механізму вимкнеться. Отримане при цьому збільшення напруги на виході ЛАТра буде пропорційно вихідному сигналу неузгодженості, тобто регулятор здійснює пропорційний закон регулювання.

 

8.3.3 Настроювання регулятора

Для настроювання регулятора в схемі передбачений перемикач "НАСТРОЮВАННЯ RЗД - RД - РОБОТА - НАСТРОЮВАННЯ RО - RОС", що дозволяє відключати живлячу напругу від вимірювальних мостів схеми. При перекладі перемикача в положення "НАСТРОЮВАННЯ RО - RОС" живлення моста RЗД - RД відключається і на вхід магнітного підсилювача надходить тільки напругу зворотного зв'язку. Якщо ця напруга не дорівнює нулю, релейний підсилювач спрацьовує й увімкне двигун виконавчого механізму ПР1, що буде працювати доти поки положення движків реостатів RО і RОС не збіжаться. Таким чином, переміщаючи движок реостата RО уліво чи вправо, можна змусити виконавчий механізм повертати вал у ту ж сторону і, отже, за допомогою реостата RО на виході ЛАТра можна установити напругу відповідну будь-якій робочій точці.

При перекладі перемикача в положення "НАСТРОЮВАННЯ RЗД - RД", живлення буде надходити тільки на міст RЗД - RД. Якщо при цьому фактична і задана температура збігаються, то напруга на виході моста буде дорівнює 0 і виконавчий механізм працювати не буде. У противному випадку виконавчий механізм вмикається і повертає движок ЛАТра в напрямку відповідному знаку сигналу неузгодженості.

Для налаштування коефіцієнта підсилення, після установки робочої точки і балансування моста RЗД - RД, перемикач переводять у положення "РОБОТА". При цьому напруга на виході ЛАТра як і раніше встановлюється рівним напрузі робочої точки. Після цього задану температуру змінюють на деяку величину (наприклад 10°С). У результаті на обмотки керування магнітних підсилювачів надходить напруга неузгодженості, двигун виконавчого механізму вмикається і напруга на виході ЛАТра змінюється на величину пропорційну встановленому сигналу неузгодженості. Якщо величина коефіцієнта підсилення не відповідає заданому, то збільшують чи зменшують напругу живлення моста зворотного зв'язку.

8.4 Порядок виконання роботи

8.4.1 Зібрати схему САР температури з П-регулятором (рисунок 8.6).

8.4.2 Підготувати лабораторний стенд до роботи:

установити стрілку, що показує, КСП2 у положення відповідне температурі 1500С; установити перемикач режимів керування виконавчим механізмом у положення "АВТОМАТИЧНЕ"; ввімкнути живлення стенда за допомогою кнопки "МЕРЕЖА ВКЛ.";

напруга живлення моста зворотного зв'язку RОС-R0 установити рівним -24 В;

уключити ЛАТр.

8.4.3 Налаштувати робочу точку регулятора (див пункт 8.3.3).

8.4.4 Установити задану температуру 1500С і перевести регулятор у режим "РОБОТА", напруга на виході ЛАТра при цьому не повинна змінитися. У противному випадку відкорегувати шкалу задатчика.

8.4.5 Визначити по рисунку 8.4 і налаштувати коефіцієнт підсилення регулятора, що відповідає великому запасу стійкості по фазі, наприклад - 900.

8.4.6 Ввімкнути КСП2.

8.4.7 Записати процес регулювання в наступній послідовності:

приготувати годинник і таблицю 8.1;

ввімкнути "ПІЧ" і записувати в таблицю значення температури через кожні 30 секунд до виходу на сталий режим;

ввімкнути вентилятор і продовжувати запис.

8.4.8 Остудити піч до 500 С.

.4.9 повторити пункт 8.4.7 для коефіцієнтів підсилення відповідних малому запасу стійкості по фазі, наприклад, 300 .

 

8.5 Результати експериментів

Таблиця 3.1 – Результати дослідження САР температури з П-регулятором при налаштуванні

Uраб = , k = В/0С

  Без збурення Зі збуренням
Час t, хв. 0,5 ...      
Температура θ, 0С            

 

8.6 Обробка результатів експерименту

8.6.1 Побудувати графіки процесів регулювання при різних налаштуваннях регулятора.

8.6.2 Визначити показники якості регулювання по отриманих кривих.

Таблиця 3.2 – Залежність показників якості регулювання від налаштування регулятора

Коефіцієнт підсилення Статична похибка εf, 0С Перерегулювання, 0С Час регулювання, хв
КMIN      
КMAX      

 

8.6.3 Скориставшись формулою 5.4 визначити розрахункові значення статичної похибки і порівняти їх з експериментальними значеннями.

 

8.7 Висновки по роботі

У висновках варто дати оцінку якості регулювання в системі з П-регулятором, охарактеризувати зв'язок між налаштуванням регулятора і показниками якості регулювання.

 

8.8 Контрольні питання

8.8.1 Способи оцінки якості регулювання.

8.8.2 Зв'язок між налаштуванням регулятора і показниками якості регулювання.

8.8.3 Опис конструкції регулятора і його структурна схема.

8.8.4 Робота регулятора за принциповою схемою.

8.8.5 Налаштування регулятора.

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4
Система регулювання температури з ПІД-регулятором




<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
Обробка результатів експериментів | Мета роботи

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:


 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.003 сек.