1. Wstęp – teoria.
Porównanie regulacji ciągłej i dwupołożeniowej:
Układ regulacji ciągłej charakteryzuje się proporcjonalnością sygnału wyjściowego do wejściowego. Na podstawie sygnału podawanego na wejście regulatora, wytwarza on proporcjonalny sygnał sterujący, przy czym celem jest utrzymanie wartości wyjściowej układu na pewnym z góry zadanym poziomie, który jest zwany wartością zadaną.
Również układ regulacji dwupołożeniowej posiada możliwość ustawienia wartości zadanej. Różnicą jest to, że posiada dwa stany wyjściowe. Charakteryzuje się punktem przełączania, równym wartości zadanej, powyżej której jego wyjście przyjmuje jeden stan, a poniżej której wyjście przyjmuje drugi stan. Cechą charakterystyczną dla pracy regulatora dwupołożeniowego jest ciągłe oscylowanie błędu regulacji – stan obiektu podlega ciągłym wahaniom wokół wartości zadanej.
Kryteria jakości regulacji dwupołożeniowej:
- średni uchyb regulacji - jest to różnica między wartością zadaną a wartością
średnią;
- amplituda oscylacji - charakteryzuje wielkość drgań i można ją regulować zmieniając wartość szerokości pętli histerezy.
Wpływ parametrów obiektu regulacji na regulację dwupołożeniową:
- stała czasowa inercji (T) - określa szybkość przyrostu sygnału na wyjściu obiektu;
- stała opóźnienia (T0) - czas, podczas którego wyróżniamy brak reakcji na sygnał wejściowy. Wpływa ona na moment rozpoczęcia pracy elementu sterowanego. Wpływa również na częstotliwość i amplitudę oscylacji ( im większe To tym większa amplituda). Ma również wpływ na szerokość strefy histerezy N.
- strefa histerezy (N) - od szerokości H zależą częstość przełączeń (im większa szerokość tym mniej przełączeń). Jest to związane z charakterem regulacji.
- współczynnik proporcjonalności (xp) - wraz ze wzrostem xp maleje poziom sygnału wyjściowego (spada wzmocnienie sygnału) i spada wartość amplitudy oscylacji.
2. Przebieg ćwiczenia.
Ćwiczenie zaczęliśmy od zapoznania się ze stanowiskiem laboratoryjnym. Następnie zbadaliśmy wpływ stałej czasowej inercji T oraz stałej opóźnienia T0 na przebieg odpowiedzi badanego obiektu. Parametry regulatora zostały podane przez prowadzącego i zapisane w tabeli. Wszystkie przebiegi znajdują się na wykresach załączonych do sprawozdania.
Ad. 3
W punkcie 3 z instrukcji, naszym zadaniem było zarejestrowanie przebiegów odpowiedzi obiektu na zadane parametry obiektu regulacji przez prowadzącego. Tymi parametrami były stała czasowej inercji T oraz stała opóźnienia T0. Punkt ten był podzielony na dwie części.
Część I - Wpływ parametrów obiektu na odpowiedź (wykres nr 1).
Porównując przebiegi I oraz II zauważamy, że odpowiedź obiektu jest uzależniona od wartości stałej opóźnienia. Dla takiej samej wartości stałej czasowej inercji T, a różnych wartościach stałej opóźnienia T0 zauważamy opóźnienie odpowiedzi obiektu.
Z kolei, porównując przebiegi I i III, czyli przebiegi o różnej wartości T a takiej samej wartości T0, zauważamy, że wartości przebiegu III wzrastają wolniej, co jest zobrazowane jako „łagodniejszy” przebieg.
Część II - Wpływ parametrów obiektu na regulację (wykres nr 2).
Przebieg I i II, mają zadaną wartości stałej czasowej T=2. Wartości stałej opóźnienia różnią się. Odpowiednio T0= 0,2 dla I przebiegu, oraz T0=0,5 dla II przebiegu. Oba przebiegi wyraźnie różnią się zarówno częstotliwością jak i amplitudą. Przebieg II ma większą amplitudę ale mniejszą częstotliwość sygnału niż przebieg I. Dzieje się tak dlatego, że dla przebiegu II stała opóźnienia miała większą wartość.
Przebiegi I i III mają taką samą wartość stałej opóźnienia, T0= 0,2. Różnią się natomiast wartością stałej czasowej inercji. Dla pierwszego przebiegu T=2 oraz dla przebiegu trzeciego T=4. Przebieg z większą wartością T, ma „łagodniejszy” wzrost, czyli jego wartości wzrastają wolniej. Dodatkowo biorąc pod uwagę amplitudę oraz częstotliwość przebiegu, zauważamy, że oba parametry różnią się między przebiegami. W przebiegu III, parametry te są mniejsze. Możemy wywnioskować, że wartość stałej T również wpływa na częstotliwość i amplitudę oscylacji.
Ad. 4
Punkt 4 z instrukcji odnosi się do zapisu przebiegu regulacji sygnałów wejściowych i wyjściowych, przy zadanych parametrach strefy histerezy (N) i współczynnika proporcjonalności (xp). Parametry obiektu regulacji były stałe, tj. stała czasowa inercji T = 2 oraz opóźnienie czasowe T0 = 0,2.
Przebiegi, które obrazuje wykres nr 3 odnoszą się do przebiegów z wartością współczynnika proporcjonalności xp=0. Różnią się natomiast wartością strefy histerezy. Odpowiednio przebieg I dla N=0, oraz przebieg II dla N=10. Na wykresach możemy zaobserwować wpływ zmiany parametru N w postaci różnych amplitud sygnału wyjściowego. Co prawda wykresy nie są dokładne, lecz wraz ze wzrostem strefy histerezy N amplituda sygnału wyjściowego powinna wzrastać. Zgodnie z teorią przy zwiększaniu wartości N maleje częstotliwość oscylacji sygnału wyjściowego i rośnie wartość amplitudy oscylacji.
Kolejne przebiegi, które znajdują się na wykresie nr 4, podobnie jak wcześniej różnią się wartościami strefy histerezy. Odpowiednio przebieg III dla N=0, oraz przebieg IV dla N=10. Tym razem współczynnik proporcjonalności wynosi xp=2. Różnica amplitud tych sygnałów jest bardziej niewidoczna niż poprzednio. Dzieje się tak, ponieważ szybkość przesuwu kartki dla urządzenia kreślącego wykres była zbyt wysoka.
Podsumowując, obie pary przebiegów różnią się współczynnikiem proporcjonalności, który powoduje wzrost częstotliwości sygnału wyjściowego, co w efekcie powoduje zmniejszenie amplitudy przebiegu.
3. Wnioski.
Dzięki przeprowadzonemu ćwiczeniu dowiedzieliśmy się jak działa układ regulacji, oraz jak przebiega proces regulacji. Doszliśmy do wniosku, że stała czasowa T odpowiada za czas, po jakim układ dochodzi do wartości ustalonej. Z kolei stała opóźnienia To odpowiada za czas, po którym układ przyjmuje wymuszenie i zaczyna pracować. Z kolei za pomocą strefy histerezy oraz współczynnika proporcjonalności możemy dobrać częstotliwości sygnałów wejściowych i amplitudy sygnałów wyjściowych obiektu, który ma działać w określonych warunkach.
Transport-materialy