Ćwiczenie PA7b...Ćwiczenie PA7b „Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg” 5 PODSTAWY AUTOMATYKI zaburzają pożądany

INSTYTUT AUTOMATYKI i ROBOTYKI

WYDZIAŁ MECHATRONIKI

PODSTAWY AUTOMATYKI - laboratorium

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg”

Instrukcja laboratoryjna

Opracowanie : dr inż. Danuta Holejko

dr inż. Jakub Możaryn

mgr inż. Rafał Kurtyka

Michał Bezler

Warszawa 2011

Ćwiczenie PA7b

„Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza

przepływającego przez rurociąg”

PODSTAWY AUTOMATYKI

2

Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływajacego przez rurociąg

Celem ćwiczenia jest określenie na podstawie wyznaczonych doświadczalnie

charakterystyk statycznych i dynamicznych rzeczywistego obiektu regulacji, którym jest

proces. zmiany temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg, modelu

matematycznego tego procesu. Proces pozyskiwania modelu matematycznego nazywany jest

identyfikacją obiektu. Na podstawie zdjętych doświadczalnie charakterystyk statycznych i

odpowiedzi skokowych wyznaczony zostanie model matematyczny w postaci transmitancji

operatorowych.

1. WPROWADZENIE

Obiektem regulacji nazywamy zachodzący w urządzeniu proces technologiczny podlegający oddziaływaniu zakłóceń, którego pożądany przebieg uzyskuje się

przez zewnętrzne oddziaływanie sterujące (sterowanie).

Przebiegi zautomatyzowanych procesów technologicznych są oceniane

(kontrolowane) na podstawie pomiarów wielkości charakteryzujących dany proces, a których

pożądany przebieg jest określony w zadaniu regulacji. Są to najczęściej wielkości fizyczne

takie jak np. temperatura, ciśnienie, lepkość, zawartość składników. Mówi się, że wielkości te

są wielkościami wyjściowymi obiektu regulacji (procesu) – wielkościami regulowanymi oznaczanymi umownie symbolami – y1 , y2 , .... yn .

Aby dany proces technologiczny mógł być realizowany, muszą być do niego

doprowadzone odpowiednie strumienie materiałów (np. odpowiednie ilości reagujących ze

sobą składników) lub strumienie energii (np. paliwa, energii elektrycznej). Od wielkości tych

strumieni i od ich parametrów zależeć będzie pożądany przebieg wielkości regulowanych.

Zatem ilości dostarczanej energii lub materii są wielkościami wejściowymi x1, x2,...xm obiektu regulacji (procesu). Innymi wielkościami wejściowymi są wielkości

wpływające niekorzystnie na przebieg wielkości regulowanych. Są to różnego rodzaju

zakłócenia (umownie oznaczane symbolami z1, z2,... zk ). Zakłócenia te mogą bezpośrednio oddziaływać na proces, np. w układzie regulacji temperatury takimi zakłóceniami są zmiany

temperatury otoczenia, lub zniekształcać doprowadzone do obiektu strumienie energii lub

materii, np. w układzie regulacji temperatury takimi zakłóceniami są zmiany wartości

opałowej paliwa. Związek między wielkościami regulowanymi a wejściowymi tworzy opis

obiektu w sensie procesowym (rys. 1a).

Urządzenia, w których realizowane są procesy technologiczne wyposażone są

w zespoły wykonawcze (ZW), którymi są np. zawory regulacyjne, pompy o zmiennej wydajności, silniki, styczniki itp., umożliwiające dostarczanie strumieni energii lub

materiałów do procesu oraz w przetworniki pomiarowe (PP), dostarczające informacje o przebiegu zmian wielkości regulowanych. Zespoły wykonawcze, w wyniku oddziaływania na

nie sygnałów sterujących oznaczanych stosując terminologię techniczną symbolami CV1, CV2, ... CVm, i wytwarzanych przez regulatory (sterowniki), kształtują natężenie strumieni materiałów lub energii. Sygnały te są wielkościami wejściowymi obiektu regulacji w sensie

Ćwiczenie PA7b


PODSTAWY AUTOMATYKI

3

aparaturowym jako elementu składowego układu regulacji. Wielkościami wyjściowymi tak rozumianego obiektu regulacji są sygnały wyjściowe przetworników pomiarowych PV1, PV2, ... PVn , nazywane zmiennymi procesowymi. Zależność zachodząca pomiędzy sygnałami wyjściowymi obiektu (zmiennymi procesowymi) a jego sygnałami wejściowymi (sygnały

sterujące i zakłócenia) stanowi opis obiektu w sensie aparaturowym (rys.1b).

a) b)

Rys. 1. Schemat ideowy obiektu regulacji o jednej wielkości regulowanej : a) - obiekt

regulacji w sensie procesowym, b) – obiekt regulacji w sensie aparaturowym; oznaczenia: x, y

- wielkość wejściowa, wyjściowa obiektu w sensie procesowym, CV - sygnał sterujący, PV - sygnał wyjściowy przetwornika pomiarowego (zmienna procesowa), z1 , z2 ,….. zk –

zakłócenia

W najprostszych przypadkach, obiekt regulacji może mieć jeden sygnał wyjściowy

(jedną wielkość regulowaną) , jeden sygnał sterujący i wiele wielkości zakłócających (rys.

1a). Jego matematycznym opisem jest zależność sygnału wyjściowego od sygnałów

wejściowych

, ,…. (1)

która, w zależności od właściwości obiektu, może być równaniem algebraicznym albo

liniowym lub nieliniowym równaniem różniczkowym o stałych lub zmiennych

współczynnikach.

Poprawna ocena właściwości obiektów regulacji jest podstawowym

warunkiem umożliwiającym projektowanie układów regulacji. Na ogół analiza właściwości

obiektu przebiega dwuetapowo. Pierwszy etap jest analizą procesową, której efektem jest

ustalenie związków procesowych między wielkościami regulowanymi jako zmiennymi

fizycznymi a wielkościami wejściowymi procesu, którymi są najczęściej parametry strumieni

energii lub materiałów dostarczanych do procesu. Wyniki tej analizy są podstawą do

właściwego doboru przetwornika pomiarowego oraz zespołu wykonawczego, czyli do

poprawnego zaprojektowania obiektu regulacji w sensie aparaturowym. Ogólne związki

procesowe powinny zostać określone przez technologa, który najlepiej rozumie fizyczną

stronę procesu. Często jednak konieczna jest przy tym pomoc automatyka, aby opis

właściwości obiektu podany był w formie użytecznej dla celów regulacji.

Drugim etapem analizy jest określenie modelu matematycznego

zaprojektowanego w sensie aparaturowym obiektu jako związku między sygnałami

(zmiennymi procesowymi) PV a sygnałami sterowania CV i zakłóceniami. Tworzone modele ze względu na ich cechy aplikacyjne mogą być modelami: globalnymi lub lokalnymi (parametrycznymi).

Ćwiczenie PA7b



PODSTAWY AUTOMATYKI

4

Modele globalne ( bilansowe) tworzone dla celów analizy procesu technologicznego, jego

optymalizacji i prowadzenia rozruchu określane są na podstawie zależności między

zmiennymi procesowymi wiążącymi np. energię, masę, położenie i stan poszczególnych

elementów tworzących proces w pełnym zakresie ich zmienności oraz na podstawie bilansów

tych wielkości dla całego obiektu. Model taki ma najczęściej postać nieliniowych zależności

różniczkowo-całkowych. Można go wykorzystać zarówno przy projektowaniu układu

regulacji jak i optymalizacji punktu pracy.

Modele lokalne (parametryczne) opisują właściwości obiektu w otoczeniu danego punktu

pracy co na ogół jest wystarczające do doboru parametrów zainstalowanych w układzie

regulacji elementów, do analizy stabilności układu z regulatorem oraz doboru algorytmu

sterowania i struktury układu regulacji. Model taki ma zazwyczaj postać założonego z góry

opisu matematycznego np. w postaci transmitancji operatorowych : obiektu oraz transmitancji

zakłóceniowych. których nieznane parametry określane są w procesie identyfikacji. Model

matematyczny obiektu może być także przedstawiony w postaci schematu blokowego , który

dostarcza informacji o strukturze obiektu, co jest pomocne przy projektowaniu struktury

układu regulacji. Przykładowy schemat blokowy obiektu o jednej wielkości regulowanej i

dwu działających zakłóceniach z1, z2 opracowany dla zmiennych przyrostowych przedstawia

rys.2.

a) b)

Rys. 2. Schemat blokowy obiektu regulacji : a) schemat szczegółowy, b) schemat

zastępczy

Jak już wcześniej wspomniano, obiekt regulacji w sensie aparaturowym to nie tylko

proces zachodzący w urządzeniu (transmitancja Gproc(s)) ale także zespół wykonawczy ZW

(transmitancja GZW(s)) sterowany sygnałem CV oraz przetwornik pomiarowy PP (transmitancja GPP(s)) generujący sygnał PV (rys. 2a). Iloczyn tych transmitancji przedstawia sobą wyrażoną operatorowo zależność wielkości procesowej PV od sterowania CV i jest

transmitancją operatorową obiektu określoną symbolem (rys.2 b). Charakter zmian wielkości regulowanej wywołany zakłóceniami określają transmitancje zakłóceniowe

(transmitancje zakłóceniowe ze względu na niemierzalność zakłóceń można określić w sposób przybliżony raczej jakościowo niż ilościowo). Schemat

blokowy z rys. 2a jest pozyskiwany i weryfikowany w fazie projektowania i doboru

poszczególnych zespołów instalacji obiektowej, natomiast schemat z rys. 2b jest pozyskiwany

w uruchomionym i działającym układzie regulacji .

Działające na obiekt zakłócenia, których jest najczęściej wiele są niemierzalne

i działają w sposób przypadkowy w różnych miejscach obiektu, w efekcie jednak zawsze

Ćwiczenie PA7b


PODSTAWY AUTOMATYKI

5

zaburzają pożądany przebieg procesu, a ich działanie ujawnia się poprzez zmiany wielkości

regulowanej a zatem i zmiennej procesowej powodując jej wzrost wartości lub jej spadek.

Również zależnie od konstrukcji zespołu wykonawczego , natury fizycznej i właściwości

procesu oraz charakterystyki statycznej zastosowanego przetwornika pomiarowego, wzrost

wartości sygnału wyjściowego CV regulatora sterującego procesem ma wywoływać wzrost lub spadek wartości wielkości regulowanej. Oddziaływania te zostały na schemacie

blokowym z rys. 2 przedstawione za pośrednictwem węzła sumacyjnego. Znaki w węźle

sumacyjnym pokazują możliwe kierunki oddziaływań sterowania i zakłóceń.

Pozyskiwanie modelu może być realizowane analitycznie na podstawie znajomości

równań opisujących zależności fizyko - chemicznych obiektu lub eksperymentalnie. Metoda

eksperymentalna może być eksperymentem czynnym lub biernym.

Eksperyment czynny polega na pobudzeniu obiektu zdeterminowanym wymuszeniem.

Jest to najczęściej wymuszenie skokowe, impulsowe lub sinusoidalnie zmienne. Otrzymana

odpowiedź na to wymuszenie pozwala na podstawie odpowiednich konstrukcji graficznych

określić parametry założonego modelu matematycznego , który ze względów praktycznych i

projektowych ma postać niezbyt złożonej transmitancji tzw. transmitancji zastępczej.

Transmitancja ta w sposób przybliżony oddaje właściwości rzeczywistego badanego obiektu

w otoczeniu wybranego punktu pracy. Przed rozpoczęciem doświadczenia obiekt musi

znajdować się w stanie ustalonym. Dokładność identyfikacji zależy od amplitudy

wymuszenia, która winna być na tyle duża aby zminimalizować wpływ zakłóceń a na tyle

mała aby nie wprowadzić obiektu w nasycenie. Czas trwania wymuszenia powinien być

dostatecznie długi aby możliwe było ujawnienie charakteru odpowiedzi.

Obiekty podobnie jak inne elementy automatyki, klasyfikuje się ze względu na ich

właściwości dynamiczne. Taką najbardziej ogólną klasyfikacją jest podział ze względu na

zdolność osiągania lub nie osiągania równowagi trwałej po wprowadzeniu wymuszenia

skokowego. Z tego punktu widzenia obiekty dzieli się na :

statyczne ,

astatyczne.

Przykładowe odpowiedzi obiektów statycznych i astatycznych na wymuszenie

skokowe sterowania CV wykonane we współrzędnych przyrostowych przedstawia rys.3.

a) b)

Ćwiczenie PA7b



PODSTAWY AUTOMATYKI

6

Rys. 3. Przykładowe ogólne odpowiedzi na wymuszenie skokowe a) obiektu

statycznego, b) astatycznego.

Dla obiektów statycznych, których odpowiedź skokowa ma przebieg jak na rys.3a

przyjmuje się najczęściej następujące modele matematyczne przedstawione w postaci

transmitancji operatorowej:

sT

z

obob e

sT

k

sCV

sPVsG 0

1)(

)()(

(2)

lub

s

n

obob e

Ts

k

sCV

sPVsG

)1()(

)()( (3)

gdzie:

kob –wzmocnienie obiektu (w sensie aparaturowym wielkość niemianowana),

Tz – zastępcza stała czasowa [min],

T0 – zastępczy czas opóźnienia [min].

Parametry modelu obiektu regulacji określonego wzorem (2) można określić z

odpowiedzi na wymuszenie skokowe stosując metodę : stycznej (rys.3a) lub siecznej (rys.4).

Rys.4. Ilustracja metody siecznej wyznaczania stałych czasowych modelu (2) obiektu

regulacji

W przypadku metody stycznej parametry te określa się bezpośrednio z wykresu tak

jak to pokazuje rys.3a, natomiast stosując metodę siecznej (rys.4) przechodzącej przez punkty

P1, P2, wartości stałych czasowych T0, Tz określa się z zależności

02

210

2ln1

2ln

TtT

ttT

z

(4)

Parametry modelu określonego wzorem (3) zwanego modelem Strejca określa się z

wykresu i z tablic podanych w literaturze.

Ćwiczenie PA7b


PODSTAWY AUTOMATYKI

7

Dla obiektów astatycznych, których odpowiedź skokowa ma przebieg jak na rys.3b

przyjmuje się najczęściej model matematyczny przedstawiony w postaci transmitancji

operatorowej

sT

z

ob esTsCV

sPVsG 0

1

)(

)()(

(5)

Parametry modelu określonego wzorem (5) odczytuje się wprost z wykresu na rys.3b.

W eksperymencie biernym parametry modelu określa się na podstawie pomiaru

dostępnych sygnałów podczas normalnej pracy układu regulacji bez konieczności

przerywania jego pracy i naruszania warunków eksploatacji. W metodzie tej nie mamy

wpływu na sygnały podawane na obiekt i identyfikacja obiektu jest w tej metodzie trudna ze

względu na często niską zdolność pobudzającą sygnałów. Analiza sygnałów pozwala określić

model tzw. stochastyczny, który ze względu na dokładność opisu właściwości obiektu może

być wykorzystywany w systemach diagnostycznych lub do optymalizacji procesu regulacji

lub też opracowania innego od standardowego algorytmu regulacji.

2. OPIS INSTALACJI OBIEKTOWEJ

Obiektem regulacji jest proces zmiany temperatury powietrza przepływającego przez

rurociąg. Schemat instalacji obiektowej przedstawia rys.5.

Przepływ powietrza jest wymuszony przez wentylator (S). Regulację temperatury

można realizować w instalacji obiektowej z rys.4 sterując ilością ciepła wydzielanego przez

grzałkę (G) przy stałym przepływie powietrza dostarczanego przez wentylator lub sterując

ilością powietrza dostarczanego przez wentylator przy stałej ilości ciepła dostarczanego przez

grzałkę . Sygnały sterujący mocą grzałki YG oraz obrotami silnika wentylatora Yw są

sygnałami standardowymi 4 - 20 mA i generowane są przez zastosowany w układzie regulacji

sterownik PLC.

Wielkościami zakłócającymi są :

skokowa zmiana przekroju wlotowego powietrza (przez przestawienie pozycji przesłony P z zamknięte /otwarte co oznacza zmianę przekroju z 389 na 1661 mm

2 ),

skokowa zmiana mocy grzejnej grzałki G przez dołączenie lub odłączenie dodatkowej rezystancji ( pozycja przełącznika „0” lub „1” );powoduje to zmianę oporności grzałki z

100 na 75 .

skokowa zmiana prędkości obrotowej silnika wentylatora realizowana przez skokową zmianę sygnału YW podawanego do układu sterowania silnikiem S wentylatora dla

przypadku sterowania obiektu mocą grzejną YG,

lub

skokowa zmiana mocy grzejnej przez skokową zmianę sygnału YG podawanego do grzałki dla przypadku sterowania prędkością obrotową silnika wentylatora Yw.

Ćwiczenie PA7b



PODSTAWY AUTOMATYKI

8

Do pomiaru temperatury zastosowano przetwornik pomiarowy T/I z czujnikiem oporowym

Pt100 ( wykonanie specjalne o małej bezwładności ) z linearyzacją i standardowym wyjściem

4 - 20 mA. Zakres pomiarowy przetwornika wynosi 25 - 75 0C.

Pomiar natężenia przepływu odbywa się przez pomiar spadku ciśnienia p na zwężce

pomiarowej. Zakres przetwornika różnicy ciśnień p / I z wyjściem 4 - 20 mA wynosi 0 - 50

mm H2O.

4-2 44444

4-20

[mA]

4-20

[mA]

4-20

[mA] 4-20

[mA]

PV

p/I T/I P1

YG Yw

Rys.5. Schemat części obiektowej stanowiska układu regulacji temperatury powietrza

Oznaczenia : P - przesłona dla skokowej zmiany przekroju wlotowego powietrza, S -

silnik o regulowanych obrotach napędzający wentylator, G - grzałka elektryczna, PV – sygnał prądowy z przetwornika temperatury T/I , Q - sygnał prądowy z przepływomierza

zwężkowego, p/I- przetwornik różnicy ciśnień , „0-1” pozycje przełącznika P1 do zmiany

oporności grzałki , Yw - sygnał sterujący obrotami silnika , YG - sygnał sterujący mocą

grzałki.

P

V

Ćwiczenie PA7b


PODSTAWY AUTOMATYKI

9

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA

W ćwiczeniu identyfikacja obiektu przeprowadzona będzie na podstawie pomiaru

charakterystyki statycznej obiektu w pełnym możliwym zakresie zmian wielkości

regulowanej wywołanej zmianą sterowania i zakłóceniami. oraz odpowiedzi badanego

obiektu na celowo wprowadzone wymuszenie skokowe w wybranym z charakterystyki

statycznej punkcie pracy. Będzie to zatem eksperyment czynny, w którym celowe

oddziaływanie na obiekt odbywać się będzie poprzez sygnał sterowania zadawany przez

operatora.

Pomiary właściwości statycznych i dynamicznych obiektu przeprowadza się wówczas gdy

regulator i inne elementy układu regulacji są już zainstalowane , ich funkcjonowanie jest

sprawdzone. Układ regulacji pracuje wówczas w trybie sterowania ręcznego.

Właściwości statyczne i dynamiczne będą reprezentowane poprzez związki między

wielkością regulowaną, którą jest temperatura powietrza T przetworzona na sygnał mierzony PV, a sygnałem YG sterującym mocą grzałki oraz między wielkością regulowaną a wielkościami zakłócającymi. Związki te reprezentować będą transmitancje :operatorowa

obiektu )(sobG oraz transmitancje zakłóceniowe )(,)(,)( szGszGszG 321 obiektu.

Schemat połączeń części obiektowej stanowiska z panelem sterowania przedstawia

rys.6.

Rys.6. Schemat połączeń elementów układu regulacji temperatury powietrza przepływającego

przez rurociąg

Ćwiczenie PA7b



PODSTAWY AUTOMATYKI

10

Stanowisko do identyfikacji obiektu składa się ze sterownika PLC (1), panelu HMI

(2), komputera PC (3) - połączonych w sieć ethernetową (4), rurociągu (5) i zasilacza (6).

Wyjścia analogowe sterownika połączone jest z wejściem sterującym obrotami wentylatora S

(AO1) i mocą grzałki G (AO2) zainstalowanych w rurociągu. Do wejść cyfrowych

sterownika, poprzez zasilacz, doprowadzone są sygnały informujące o położeniu przesłony

(DI1) i o zmianie rezystancji grzałki (DI2). W sterowniku zaimplementowano program

umożliwiający sterowanie obrotami wentylatora (%) i mocą grzałki. Panel HMI umożliwia

zadawanie wielkości sterujących. Symulacja na monitorze komputera umożliwia

rejestrowanie przebiegów wymuszeń i odpowiedzi układu.

3.1. Wizualizacja

Podczas wykonywania ćwiczenia student komunikuje się ze sterownikiem PLC za

pośrednictwem panelu operatorskiego HMI typu SIMATIC KPT600 z dotykowym

kolorowym ekranem.

Po przejściu przez konfigurację stanowiska należy przejść do ekranu

przedstawiającego obiekt ( przycisk „Rurociąg”)

Rys. 7. Wizualizacja stanowiska

Ćwiczenie PA7b


PODSTAWY AUTOMATYKI

11

Następnym krokiem jest przejście do ekranu identyfikacji obiektu („Identyfikacja

obiektu”, Rys.8)

Rys. 8. Ekran identyfikacji obiektu

Z poziomu tego ekranu możemy zadawać w procentach sterowanie na obu wyjściach

analogowych.

Wizualizację przebiegów zmian wielkości wejściowych i wyjściowych zrealizowano

na komputerze stacjonarnym wykorzystując oprogramowanie TIA PORTAL. Wygląd ekranu

startowego przedstawia rys. 9.

Ćwiczenie PA7b



PODSTAWY AUTOMATYKI

12

Rys. 9. Ekran startowy

Ekran zawiera informację o wprowadzonej strukturze. Po naciśnięciu przycisku

,,Regulator główny” przechodzimy do monitora z przebiegami wielkości wejściowych i

wyjściowych (Rys. 10).

Ćwiczenie PA7b


PODSTAWY AUTOMATYKI

13

Rys. 10. Ekran z przebiegami wartości wyjściowych i wejściowych

Ponad przebiegami jest wykres obrazujący aktywne zakłócenia w postaci wykresu

słupkowego:

Kolor czerwony – przesłona

Kolor pomarańczowy – zmiana rezystancji

Kolor zielony - „Skok SP”

Kolor niebieski – skok obrotów wentylatora wywołany przyciskiem „Zmiana obrotów”

Na wizualizacji znajdują się następujące przyciski:

Przycisk "Start/Stop" pozwala na zatrzymanie lub wznowienie monitorowania przebiegów

Przyciski „Zwiększ przedział czasu” i „Zmniejsz przedział czasu” pozwalają na modyfikowanie aktualnie wyświetlanego przedziału czasu w zakresie od 15sek do

16min

Pola pod polem tekstowym „Oś” pozwalają na wyskalowanie osi Y wykresu. Zwiększanie zakresu wykonuje się od razu. W przypadku zmniejszania skala zmieni

się dopiero po pewnym czasie.

Przycisk „Skok SP” pozwala na wygenerowanie zakłócenia w postaci skoku wartości zadanej wraz z monitorowaniem go na górnym wykresie

Przycisk „Zmiana obrotów” pozwala na wygenerowania zakłócenia w postaci skoku sterowania na wyjściu analogowym sterującym wentylatorem

Ćwiczenie PA7b



PODSTAWY AUTOMATYKI

14

Przycisk „Cofnij” resetuje zakłócenie wywołane przyciskiem „Skok SP” i „Zmiana obrotów”.

W celu wydrukowania wykresu, należy zatrzymać przebieg przyciskiem

START/STOP, wcisnąć na klawiaturze komputera przycisk prtsc, wkleić zapamiętany ekran

do edytora graficznego i wybrać opcję drukowania.

3.2. Identyfikacja eksperymentalna właściwości statycznych obiektu regulacji

Własności statyczne obiektu regulacji przedstawia charakterystyka statyczna, czyli

zależność między sygnałem wyjściowym PV a sygnałem sterującym w stanie ustalonym. W

badanym rurociągu należy wyznaczyć zależność temperatury PV [%] od sygnału sterującego

mocą grzałki YG [%] przy zadanych obrotach wentylatora YW=40%, YW=50% oraz YW=60%.

W tym celu:

ustawić na panelu obroty wentylatora YW = 40%,

zadawać moc grzałki YG,

wartości temperatury odczytywać po ustaleniu przebiegu.

pomiary powtórzyć dla obrotów wentylatora YW = 50% i YW = 60%,

wyniki pomiarów umieścić w tablicy 1.

Tablica 1. Wyniki pomiarów charakterystyki statycznej obiektu regulacji

YG[%] 1

10

3

30

4

40

5

50

6

60

7

70

YW = 40% PV [%]

YW = 50% PV [%]

YW = 60% PV [%]

3.3. Wyznaczenie transmitancji operatorowej Gob(s) na podstawie odpowiedzi skokowej dla przypadku sterowania mocą grzejną

Właściwości dynamiczne obiektu określa transmitancja operatorowa, którą można

wyznaczyć na podstawie odpowiedzi skokowej. W tym celu należy:

ustawić przedział czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 180

sekund,


ustawić na panelu moc grzałki YG = 50%,

odczekać na ustalenie temperatury,

zmienić moc grzałki na wartość YG = 70%,

odczekać na ustalenie temperatury.

Zapisać cały przebieg przejściowy na komputerze dobierając odpowiedni przedział czasu.

Zaleca się przyjąć ok. 100 sek. Po zatrzymaniu przebiegu na monitorze przyciskiem

STOP, wcisnąć na klawiaturze komputera przycisk prtsc ,wkleić zapamiętany ekran do

edytora graficznego i wydrukować dwie kopie przebiegu przejściowego ( do obróbki

wykresu stosując metodę stycznej (rys.9) i siecznej rys.4).

Ćwiczenie PA7b


PODSTAWY AUTOMATYKI

15

Zgodnie z p.1. dla badanego obiektu można przyjąć model matematyczny opisany transmitancją (6) :

sTe

sT

k

sY

sPVsG

z

ob

G

ob0

1)(

)()(

(6)

Stosując konstrukcję graficzną opartą o metodę stycznej przedstawioną na rys. 10 z

zarejestrowanego przebiegu należy odczytać wartości parametrów zastępczej transmitancji

operatorowej obiektu :T0 ,Tz, kob.

Rys.10. Przykład konstrukcji graficznej do określania parametrów transmitancji operatorowej

obiektu regulacji metodą stycznej

Parametry transmitancji operatorowej obiektu określić także stosując metodę siecznej

przedstawioną w p.1 rys.4

Przedstawione transmitancje zostaną zastosowane do doboru nastaw regulatora w

układzie regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg.

3.4. Wyznaczanie transmitancji operatorowej obiektu Gob(s) na podstawie odpowiedzi skokowej dla przypadku sterowania prędkością obrotową silnika wentylatora

Transmitancja zakłóceniowa Gob pozwoli określić wpływ zmian obrotów wentylatora

na wartość temperatury powietrza w rurociągu. W celu wyznaczenia tej transmitancji należy:

ustawić przedział czasowy na wizualizacji komputerowej nie mniejszy niż 300sek,




zmienić obroty wentylatora na wartość YW = 70%,


zapisać przebieg na komputerze a następnie go wydrukować..

Wyznaczyć parametry transmitancji j obiektu regulacji o postaci

sTe

sT

k

sY

sPVsG

z

ob

w

ob0

1)(

)()(

(7)

Ćwiczenie PA7b



PODSTAWY AUTOMATYKI

16

3.5. Wyznaczanie transmitancji operatorowej zakłóceniowej Gz2(s) (zmiana oporności grzałki) na podstawie odpowiedzi skokowej

Transmitancja zakłóceniowa Gz2 pozwoli określić wpływ zmiany mocy grzałki na

wartość temperatury powietrza w rurociągu. W tym celu należy:





przestawić przełącznik P1 (rys.6) w pozycję 1,


zapisać przebieg na komputerze , a następnie go wydrukować.

przestawić przełącznik P1 (rys.6) w pozycję 0

Wyznaczyć parametry transmitancji zakłóceniowej obiektu regulacji o postaci

se

sT

k

sR

sPVsG z

2

2

22

1)(

)()(

(7)

gdzie: R – zmiana oporności grzałki.

3.6. Wyznaczanie transmitancji operatorowej zakłóceniowej Gz3(s) (zmiana otwarcia przesłony) na podstawie odpowiedzi skokowej

Transmitancja zakłóceniowa Gz3 pozwoli określić wpływ zmiany przekroju wlotu

powietrza na wartość temperatury powietrza. W tym celu należy:



ustawić na panelu moc grzałki YG = 50%


zamknąć przesłonę P (rys.6)


zapisać przebieg na komputerze, a następnie go wydrukować

otworzyć przesłonę P .

Wyznaczyć parametry transmitancji zakłóceniowej obiektu regulacji o postaci

se

sT

k

sf

sPVsG z

3

3

33

1)(

)()(

(8)

gdzie: f – zmiana przekroju przepływowego przesłony.

Ćwiczenie PA7b


PODSTAWY AUTOMATYKI

17

4. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA

Sprawozdanie winno zawierać takie elementy jak: opis przebiegu ćwiczenia ,

schematy, wykresy otrzymane z rejestratora z naniesioną obróbką danych, wykresy wykonane

na podstawie pomiarów itp. oraz odpowiedzi na pytania poniżej:

1) Określ parametry transmitancji obiektu stosując metodę siecznej oraz stycznej dla dwu omówionych przypadków sterowania.

2) Określ przebieg odpowiedzi skokowej obiektu obliczony na podstawie przyjętych transmitancji i dokonaj porównania z przebiegiem rzeczywistym.

3) Narysuj schemat blokowy badanego obiektu regulacji oraz przeprowadź jego analizę dla dwu omówionych przypadków sterowania.

4) Narysuj charakterystykę statyczną obiektu i przeprowadź analizę właściwości statycznych obiektu,

5) Określ na podstawie charakterystyki statycznej obiektu możliwe punkty pracy układu regulacji

6) Porównaj wartość wzmocnienia obiektu kob otrzymaną z charakterystyki statycznej obiektu oraz z charakterystyki skokowej. Skomentuj otrzymane wyniki.

7) Określ na podstawie schematu blokowego obiektu jaki winien być kierunek działania regulatora w układzie zamkniętym.

5. LITERATURA

1.Kościelny W.J.: Materiały pomocnicze do nauczania podstaw automatyki dla

studiów wieczorowych, WPW, 1997, 2001.

2. Węgrzyn S.: Podstawy automatyki. PWN 1980

3. Żelazny M.: Podstawy automatyki . PWN, 1976

Documents

Ćwiczenie PA7b...Ćwiczenie PA7b „Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg” 5 PODSTAWY AUTOMATYKI zaburzają pożądany