Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ»
Кафедра автоматизации технологических процессов и производств
Автоматика, автоматизация производственных процессов и асутп
Методические указания
к выполнению лабораторного практикума
для студентов технологических и механических специальностей
Часть 2
Могилев 2006
УДК 681.5(076.5)
Рассмотрены и утверждены
на заседании кафедры автоматизации
технологических процессов
и производств
Протокол № 9 от 3.05.2006
Составители: к.т.н., доцент Никулин В.И.
ассистент Лоборева Л.А.
ст. преподаватель Богуслов С.В.
Рецензент старший преподаватель
Сизенов В.А.
© Уо «Могилевский государственный университет продовольствия»
СОДЕРЖАНИЕ
1 Лабораторная работа №9. Исследование непрерывной АСР расхода жидкости |
4 |
2 Лабораторная работа № 10. Исследование автоматической системы двухпозиционного регулирования |
10 |
3 Лабораторная работа № 11. Аналого-цифровое преобразование (АЦП) |
17 |
4. Лабораторная работа №12. Применение интегральных схем |
21 |
5 Лабораторная работа №13. Аналоговое измерение температуры и преобразование результатов измерения в цифровой сигнал
|
26 |
1 Лабораторная работа №9. Исследование непрерывной аср расхода жидкости
Цель работы: Изучение принципов построения одноконтурных автоматических систем регулирования на базе регуляторов непрерывного действия; экспериментальное исследование влияния параметров настройки ПИ-регулятора на качество работы АСР.
1.1 Общие сведения
Структурная схема одноконтурной АСР, работающей «по отклонению», приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 - Структурная схема одноконтурной АСР
На объект регулирования ОР действуют возмущающее (Z) и управляющее (Х) воздействия, которые приводят к изменению его выходной величины (Y), измеряемой датчиком Д.
Величина сигнала от датчика Д сравнивается с ее заданным значением Yз, вырабатываемым задающим устройством ЗУ. В зависимости от величины и знака отклонения (Y– Yз) автоматический регулятор в соответствии со своим законом регулирования вырабатывает регулирующее воздействие Х, которое преобразуется исполнительным механизмом ИМ в перемещение регулирующего органа РО. Регулирующий орган изменяет количество вещества или энергии, проходящее через объект регулирования ОР таким образом, чтобы ликвидировать отклонение регулируемого параметра от его заданного значения. В АСР может быть включен вторичный прибор ВП, преобразующий сигнал измерительной информации датчика Д в показание своего отчетного устройства. Описанные элементы АСР могут конструктивно объединяться друг с другом в одно устройство. Так, например, вторичный прибор ВП может иметь встроенное устройство ЗУ или исполнительный механизм может быть объединен с регулирующим органом.
В зависимости от вида Yз непрерывные АСР делятся на стабилизирующие (Yз = const) , программные (Yз - заданная функция времени) и следящие (Yз заранее не задается, а меняется при изменении некоторого «ведущего» параметра , связанного с работой данного объекта регулирования). Законом регулирования называется зависимость вида
Х = f(Y - Yз) (1.1)
По закону регулирования регуляторы непрерывного действия делят на пропорциональные (П-), интегральные (И-), пропорционально-интегральные (ПИ-), пропорционально-дифференциальные (ПД-), пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД-) .
Уравнение динамики (закон регулирования) ПИД-регулятора имеет вид:
(1.2)
где Кр - коэффициент передачи регулятора,
Ти - время интегрирования ,
Тд - время дифференцирования.
Подставив в формулу (1.2) Тд = 0 получим закон регулирования ПИ-регулятора; при Ти = ∞ - закон ПД-регулятора. Коэффициенты Кр, Ти и Тд являются настроечными параметрами регуляторов непрерывного действия. Введением той или иной составляющей в законе регулирования, а также подбором настройки регулятора можно добиться требуемого качества работы АСР.
Переходным процессом в АСР называется изменение во времени выходной величины Y от момента появления возмущающего или задающего воздействий до прихода системы в новое установившееся состояние. Вид переходного процесса зависит от динамических свойств системы, определяемых динамическими свойствами самого объекта регулирования и автоматического регулятора, начальных условий, а также от величины и формы входных воздействий. Переходные процессы в системе могут возникать при изменении возмущающего воздействия или заданного значения регулируемой величины Yз ( рисунки 1.2 и 1.3).
Рисунок 1.2 - Переходный процесс в АСР при изменении возмущающего воздействия
Рисунок 1.3 - Переходный процесс в АСР при изменении задающего воздействия
Качество переходного процесса (или качество работы АСР) определяется по показателям, которые характеризуют отклонение реального переходного процесса от желаемого. Они показывают, насколько точно и как быстро после нанесения единичного ступенчатого воздействия ( при нулевых начальных условиях ) в системе устанавливается равновесное состояние. Количественно качество переходного процесса оценивается следующими показателями (рисунок 1.4 ):
Рисунок 1.4 - Показатели качества переходного процесса в АСР (при ступенчатом изменении Z, Уз = 0)
- статическая ошибка регулирования Yс – это рассогласование между установившимся значением регулируемой величины и заданным значением Уз :
Yс = Y∞ - Уз; (1.3)
- динамическая ошибка регулирования Уд – максимальное отклонение регулируемой величины в переходном процессе от ее заданного значения;
- время регулирования Тр – это промежуток времени, в течение которого регулируемая величина достигает нового установившегося значения с заранее установленной точностью;
- перерегулирование σ – это выраженное в процентах отношение второй и первой амплитуд колебания регулируемой величины, направленных в противоположные стороны :
σ = (Y2 / Y1) 100% ; (1.4)
- интегральная квадратическая ошибка регулирования характеризует разброс значений регулируемой величины от нового установившегося значения Y∞:
. (1.5)
Чем меньше статическая и динамическая ошибка регулирования, тем выше качество переходного процесса или качество работы АСР.
С усилением воздействия регулятора на объект регулирования переходный процесс, возникающий в системе, от апериодического (неколебательного) начинает все больше видоизменяться в сторону затухающего колебательного, вплоть до гармонического колебательного процесса. Из устойчивых (сходящихся или затухающих) переходных процессов в качестве оптимальных с точки зрения требований технологии выбирают один из трех типовых процессов:
1) граничный апериодический процесс характеризуется отсутствием перерегулирования (σ = 0), минимальным общим временем регулирования Тр и максимальным по сравнению с другими типовыми переходными процессами динамической ошибки Yд;
2) процесс с 20 %-м перерегулированием: динамическая ошибка Yд уменьшается, время регулирования Тр возрастает;
3) процесс с минимальной квадратичной ошибкой регулирования: динамическая ошибка Yд минимальная ( из рассмотренных процессов ), время регулирования Тр, максимальное перерегулирование σ – также наибольшее (40%).