Методические указания для выполнения лабораторных работ (стр. 3 )

Измерения №1 и №2ПД-регулятор: Управляющая переменная Uy2: 2 В/дел. П-регулятор: Управляющая переменная Uy1: 2 В/дел. – 0     Рассогласование Ui: 2 В/дел. t = 2 мс/дел.
Рисунок 3.4 - Измерения №1 и №2 (переходная кривая)
	Таблица 3.2 – Вычисленные параметры регулятора

Вычисления
Номер измерения	1	2	3	4
Коэффициент передачи KP
Коэффициент дифференцирующего действия KD	—	—	—
Время дифференцирующего действия Tv	—	—	—

Измерения №3 и №4 ПД-регулятор: Управляющая переменная Uy4: 1 В/дел. П-регулятор: Управляющая переменная Uy3: 1 В/дел. – 0     Рассогласование Ui: 1 В/дел. t = 2 мс/дел.

Рисунок 3.5 - Измерения №3 и №4 (реакция регулятора на линейно возрастающий сигнал)

Анализ эксперимента: Отклик ПД-регулятора на скачок напряжения и линейно возрастающее напряжение на входе.

Контрольные вопросы:

1 Как реагирует ПД-регулятор на очень медленное изменение сигнала рассогласования на входе?

2 Как изменяется выходное напряжение ПД-регулятора, если сигнал рассогласования на его входе становится равным нулю?

3 Заштрихуйте область дифференцирующего действия на переходной характеристике ПД-регулятора (рисунок 3.2). Сравните область дифференцирующего действия ПД-регулятора с областью регулирования П-регулятора.

4 Сравните отклики П - и ПД-регулятора на линейно возрастающее напряжение на входе.

4 Лабораторная работа № Р4

Исследование пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора

Цель работы: исследование свойств пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора

4.1Теоретическая часть

ПИД-регулятор представляет собой универсальный регулятор, получивший наиболее широкое применение в промышленности, где приходится иметь дело с множеством физических величин, которые необходимо регулировать: температурой, давлением, высотой уровня, расходом и др. Существуют различные варианты структуры ПИД-регулятора (как и для других типов регуляторов). ПИД-регулятор на панели «Универсальный регулятор» представляет собой цепь из трех параллельно включенных отдельных регуляторов (П-, И - и Д-типа); выходные напряжения всех трех регуляторов складываются. Благодаря параллельному включению каждый регулятор может работать независимо от других. На практике регуляторы обычно строятся на базе одного или большего числа операционных усилителей, а пропорциональное, интегральное и дифференцирующее действия реализуются соответствующими обратными связями.

Действие каждой из трех составляющих ПИД-регулятора может быть задано средствами панели путем установки значений следующих величин:

- для П-составляющей – коэффициента передачи KP

- для И-составляющей – времени интегрирования TI

- для Д-составляющей – времени дифференцирования TD

Каждая из этих трех составляющих решает одну определенную задачу из выполняемых регулятором. Д-составляющая гарантирует быструю реакцию регулятора даже на незначительное изменение сигнала рассогласования на его входе. П-составляющая обеспечивает общее усиление, а И-составляющая – точность работы регулятора при отсутствии сигнала рассогласования. Выделить параметры отдельного регулятора из его отклика на ступенчатый или линейно возрастающий сигнал на входе трудно, поскольку действия всех трех составляющих частично перекрываются. Поэтому в проводимой далее серии измерений внимание будет сосредоточено на сравнительных наблюдениях.

4.2 Отклик ПИД-регулятора на скачок напряжения и линейно возрастающее напряжение на входе

Соберите регулирующую цепь, представленную на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1- Регулирующая цепь

Обратите внимание: при выполнении эксперимента в гнезда RESET должна быть вставлена перемычка, а гнезда SINGLE должны быть свободны!

Для исследования отклика на ступенчатое воздействие используется импульс напряжения, подаваемый на потенциометр уставки, а при исследовании отклика на линейно возрастающее напряжение (линейное воздействие) необходимо применять интегратор уставки.

Задайте следующие настройки для проведения отдельных измерений (таблица 4.1).

Таблица 4.1 – Параметры настройки регулятора

Параметры	Отклик на ступенчатое воздействие	Отклик на линейное воздействие
Номер измерения	1	2	3	4	5	6
Регулятор	П	ПИ	ПИД	П	ПИ	ПИД
Длительность измерительного цикла tm	20 мс
Интегратор уставки	—	третья метка
Скачок напряжения Ui	1 В
Коэффициент передачи KP	2	3	5	2	3	4
Время интегрирования TI	—	0,01 с, вторая метка	—	0,01 с, вторая метка
Время дифференцирования TD	—	0,1 с, вторая метка	—	0,1 с, вторая метка

Обратите внимание: для проведения измерений № 1,2,3 установите мышкой с помощью регуляторов на панели осциллографа границы по напряжению ±14В для обоих измерительных каналов А и В, а также регулятор «Период» в положение 30 мкс. Для проведения экспериментов 4,5,6 установите границы по напряжению ±6В для канала В, выберите синхронизацию по каналу В и установите измерительную метку данного канала на значение <0,5В (правая шкала экрана).

Постройте кривые отклика на ступенчатое и линейное воздействия при настройках, указанных в таблице 4.1, и перенесите полученные зависимости на лист решений. Определите значения соответствующих параметров по осциллограммам.

Результаты эксперимента: Отклик ПИД-регулятора на скачок напряжения и линейно возрастающее напряжение на входе.

 

Измерения №1, №2 и №3 Отклик на единичный скачок: Управляющая переменная Uy3: 2 В/дел. Управляющая переменная Uy2: 2 В/дел. Управляющая переменная Uy1: 2 В/дел. Рассогласование Ui: 2 В/дел. – 0   t = 1 мс/дел.

Рисунок 4.2 - Измерения №1, №2 и №3 (переходные кривые) Измерения №4, №5 и №6 Отклик на линейный рост: Управляющая переменная Uy6: 1 В/дел. Управляющая переменная Uy5: 1 В/дел. Управляющая переменная – 0   Uy4: 1 В/дел. Рассогласование (входной сигнал регулятора) Ui: 1 В/дел. t = 1 мс/дел. Рисунок 4.3 - Измерения №4, №5 и №6 (реакция регулятора на линейно возрастающий сигнал)

Анализ эксперимента: Отклик ПИД-регулятора на скачок напряжения и линейно возрастающее напряжение на входе.

Контрольные вопросы:

1.  Из каких модулей состоит модель ПИД - регулятора?

2.  Назовите параметры настройки ПИД - регулятора.

3.  Проведите анализ изменения выходного параметра ПИД - регулятора. Укажите составляющую, обусловленную пропорциональным модулем, составляющую, обусловленную интегральным модулем, и составляющую, обусловленную дифференциальным модулем.

4. Опишите отклик ПИД-регулятора на единичный скачок напряжения на входе и сравните с откликом ПИ-регулятора на аналогичное воздействие.

5. Заштрихуйте область дифференцирующего действия на переходной характеристике ПИД-регулятора. Какова длительность временного интервала, в течение которого имеет место перегрузка регулятора?

6. Отклики ПИ - и ПИД-регулятора на линейный рост входного напряжения представляют собой прогрессивно нарастающие нелинейные кривые. Объясните причины.

7. На приведенном ниже рисунке представлен возможный вид реальной кривой рассогласования Ui на входе ПИД-регулятора После скачка уставки рассогласование очень велико, затем некоторое время оно остается близко к постоянному уровню, после чего сводится к нулю, когда регулятор формирует управляющее воздействие. Изобразите на рисунке кривые выходного напряжения П-, И - и Д-регуляторов. Эти три кривые в сумме дают выходное напряжение, генерируемое ПИД-регулятором.

 

Приложение А

Содержание отчета по лабораторной работе

1.  Цель работы.

2.  Схемы исследования.

3.  Таблицы результатов.

4.  Осциллограммы и графики, построенные по результатам измерений.

5.  Вычисленные по результатам измерений параметры.

6.  Выводы

СОДЕРЖАНИЕ

1 Лабораторная работа № Р-1 «Исследование пропорционального (П) регулятора» ….

2 Лабораторная работа № Р-2 «Исследование пропорционально – интегрального (ПИ) регулятора» ………………………………………………………………………

3 Лабораторная работа № Р-3 «Исследование пропорционально –дифференциального (ПД) регулятора» ………….…………………………………

4 Лабораторная работа № Р-4 «Исследование пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора

Учебное издание

Регуляторы

Методические указания по выполнению лабораторных

Составители: ст. преп. , инж.

Редактор

Технический редактор

Корректор

Компьютерная верстка

Изд. лиц. ЛАР № 000 от 06.08.98

Подписано в печать

Заказ № _______ Тираж 100 экз. Объем ________ п. л.

_________________________________________________________________________________________________

Издательство Сибирского государственного университета путей сообщения

630049 Новосибирск, ул. Д. Ковальчук,191

Тел./Email press@ *****