ТСА / Лабораторные работы

– коэффициентом перерегулирования , характеризующим меру колебательности переходного процесса и равным

x2 100,%, x1 xст

где x2 - второй экстремум графика переходного процесса;

чем меньше , тем меньше колебательность переходного процесса и тем выше его качество.

Коэффициент перерегулирования переходного процесса при возмущении по задание определяется как

x2 100,% x1

где x1 и x2 - первый и второй максимумы регулируемой величины относительно нового установившегося значения xтк;

4. Определение параметров настройки регулятора Чтобы система удовлетворяла предъявляемым к ней определенным

требованиям, необходимо правильно выбрать закон регулирования и параметры настройки регулятора, которые выбирают (рассчитывают) на основании динамических параметров объектов управления, а также на основании требований, выдвигаемых самим управляемым технологическим, процессом. При автоматизации технологических процессов параметры регулятора рассчитывают таких образом, чтобы они обеспечили в САУ протекание одного из типовых процессов регулирования: апериодического, с 20-ти процентным перерегулированием или с 45-ти процентным перерегулированием (с min x2d )

Для вычисления параметров настройки регуляторов, обеспечивающих один из указанных типовых процессов регулирования, используются формулы, полученные в результате моделирования САУ и приведенные в табл. 4.1.

Таблица 4.1 – Параметры настройки регулятора

61

5. Описание экспериментальной установки Установка для экспериментального исследования регулятора представляет

собой разомкнутую САУ температуры электрической печи. Схема установки показана на рис. 5.1.

Температура в печи 2 измеряется термопарой ТХА 3. Термоэдс термопары непосредственно подключается к входу регулятора 5, выполняющего также роль задатчика, индикатора текущего и заданного значения. От регулятора 5 командный сигнал поступает к реверсивному бесконтактному пускателю 6, управляющему исполнительным механизмом 7. Посредством шестеренчатой передачи вращение вала исполнительного механизма передается оси регулирующего органа (ЛАТРа) 1. Перемещение оси ЛАТРа является регулирующим воздействием y регулятора.

В системе предусмотрено дистанционное управление исполнительным механизмом также при помощи регулятора 5.

С помощью вентилятора 4 объекту 2 можно наносить возмущение по нагрузке. Включение вентилятора осуществляется при помощи универсального переключателя SA2.

Подача питания на стенд осуществляется универсальным переключателем SA1, имеющим 3 положения – «Н» - нейтральное – стенд отключен; «С» - система

– включена вся система автоматического управления; «П» - печь – включена только печь.

Рисунок 5.1 – Структурная схема экспериментальной установки 1 - регулирующий орган - ЛАТР; 2 - объект регулирования - электрическая печь;

3 - термопара ТХА; 4 - вентилятор; 5 - регулятор ИРТ 5501; 6 - реверсивный пускатель ПБР; 7 - исполнительный механизм МЭО; SA1, SA2 - универсальные переключатели.

62

6. Проведение экспериментов Цель экспериментов – исследовать работу регулятора ИРТ 5501, научиться

производить конфигурацию параметров регулятора, научиться определять показатели качества переходных процессов.

6.1. Исследование переходных процессов в системе с П-, ПИ- и ПИД-регулятором, вызванных возмущениями по заданию.

Эксперимент проводят в следующей последовательности:

1)переключатель SA1 перевести в положение "Cистема";

2)с помощью ручного привода указатель ЛАТРа установить на отметку 0 делений;

3)на основании параметров объекта управления об, Тоб и Коб по формулам табл. 4.1. вычислить значения коэффициента передачи регулятора Кр, соответствующие переходному процессу с 20-ти-процентным перерегулированием;

4)сконфигурировать регулятор ИРТ 5501 для работы в режиме пропорционального регулирования; установить заданное значение температуры по указанию преподавателя;

5)произвести включение автоматического регулирования без автонастройки;

6)дождаться установившегося значения температуры печи;

7)по шкале прибора 4 зафиксировать значение установившейся температуры, приняв его за начальное значение температуры xтн xзн ;

8)внести возмущение по заданию, установив новое заданное значение температуры (по указанию руководителя занятия) и начать отсчет времени по лабораторному секундомеру;

9)через каждые 15 с фиксировать значения температуры до тех пор, пока она не придет к новому установившемуся значению xтк ;

10)результаты наблюдений занести в табл. 6.3.

Таблица 6.3. Переходный процесс, вызванный возмущением по заданию

На основании данных табл. 6.3 построить график переходного процесса и определить его показатели качества: x1, xст, р и .

11) Повторить опыт по снятию переходного процесса для ПИ- и ПИДрегулятора, изменяя пункты 3 и 4. В первом случае рассчитать параметры Кр и Ти, а во втором Кр, Ти и Тд по таблице 4.1

7. Требования к отчету Отчет по лабораторной работе должен содержать:

63

–указания на цель работы;

–описание экспериментальной установки и ее схему;

–структурную схему регулятора;

–сущность каждого эксперимента с таблицами результатов наблюдений и вычислении;

–расчет параметров настройки регулятора;

–графики процессов регулирования с рассчитанными показателями качества;

8.Вопросы для самоподготовки

1.Назначение регулятора и его отдельных блоков и модулей.

2.Принцип работы регулятора (по структурной схеме).

3.Конфигурирование регулятора.

4.Режимы работы регулятора.

5.Входные и выходные величины регулятора.

6.Параметры настройки регулятора; их физический смысл.

7.Законы регулирования, реализуемые в регуляторе

8.Показатели качества переходного процесса и их физический смысл.

9.Методика расчета параметров настройки регулятора.

64

Лабораторная работа № 7

Исследование релейного регулятора на базе ИРТ 1730

1.Цель работы

Врезультате выполнения этой работы студенты должны практически ознакомиться с функционированием релейных АСУ, усвоить методы определения их качественных показателей. На основании результатов эксперимента сделать вывод о целесообразности области применения релейных АСУ.

2.Основные сведения

Релейные или позиционные АСУ относятся к классу нелинейных. Регулирующее воздействие релейных регуляторов изменяется скачкообразно и может принять фиксированное число значений или позиций. На практике чаще всего применяют двухпозиционные регуляторы, отличающиеся наиболее простой конструкцией. Различают идеальные (без неоднозначности) и реальные (с неоднозначностью) релейные регуляторы.

На рис. 2.1 показаны статические характеристики релейных регуляторов. Идеальный релейный регулятор при X>0 (Xт<Xз) оказывает постоянное и

максимальное регулирующее воздействие ymax (позиция “включено”). Когда регулируемая величина Xт становится больше заданного значения (X<0), регулятор снимает регулирующее воздействие yo (позиция “Отключено”).

Рисунок 2.1 – Статические характеристики релейных (двухпозиционных) регуляторов: а) идеального регулятора б) реального регулятора (с

неоднозначностью ).

Смена позиций (переключения) реального релейного регулятора происходит только при изменении сигнала ошибки на величину, большую неоднозначности .

На рис. 2.2 показаны процесс регулирования и изменения регулирующего воздействия реальной релейной АСУ. Процесс релейного регулирования

65

представляет собой незатухающие колебания, близкие к гармоническим. Амплитуда (А1 и А2) и период колебаний Т является показателем качества процессов релейного регулирования. Чем меньше амплитуда и больше колебаний тем выше качество процесса регулирования.

Х=Хз-Хт – сигнал ошибки – входная величина регулятора; У – регулирующие управляющее воздействие – выходная величина

регулятора Показатели качества процесса релейного регулирования легко определить

экспериментально.

Рисунок 2.2 - Типичный процесс регулирования и изменения регулирующего воздействия в реальной релейной АСУ.

3. Описание прибора ИРТ 1730У Внешний вид прибора представлен на рисунке 2.1

Рисунок 3.1 – Внешний вид прибора ИРТ 1730У

В состав ИРТ 1730У/А входят:

-трансформаторный блок питания с импульсными стабилизаторами;

-двухзвенный RС фильтр;

-фильтр подавления СВЧ помех по входному сигналу;

-аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

-микропроцессорный блок;

-модуль индикации и клавиатуры;

-два исполнительных реле системы сигнализации;

66

-модуль интерфейса RS 232 или RS 485;

-ключ квитирования.

1.Блок питания ИРТ 1730У/А преобразует напряжение 6,3, 12,6 или 220 В в стабилизированные +24 В, +5 В, ± 5 В и ± 12 В, питающие микропроцессор, интерфейс и АЦП соответственно. Выключатель питания не предусмотрен, так как ИРТ 1730У/А предназначен для работы в непрерывном режиме.

2.Двухзвенный RС фильтр обеспечивает высокую помехоустойчивость ИРТ 1730У/А.

3.Фильтр подавления СВЧ помех обеспечивает электромагнитную совместимость ИРТ 1730У/А с радиопереговорными устройствами.

4.АЦП преобразует входной аналоговый токовый сигнал в код, поступающий

вмикропроцессор.

5.Микропроцессорный блок выполняет следующие функции:

-рассчитывает текущее значение измеряемой величины по результатам опроса АЦП;

-управляет модулем индикации, т.е. выводит текущую измеряемую величину или редактируемый параметр на индикатор;

-опрашивает клавиатуру;

-управляет шкальным светодиодным индикатором;

-управляет модулем интерфейса.

6.В модуль индикации и клавиатуры входят (в соответствии с рисунком 3.2):

1- светодиодный четырехразрядный индикатор измеряемой величины;

2- светодиодный четырехразрядный индикатор уставки 1;

3- светодиодный четырехразрядный индикатор уставки 2;

4- шкальный индикатор положения измеряемой величины по отношению

куставкам;

5- кнопка изменения конфигурации ИРТ 1730У/А;

6- кнопка «>» выбора редактируемого разряда;

7- кнопка «^» изменения выбранного разряда и выбора следующего параметра.

7.Исполнительные реле управляются микропроцессором и включаются при выходе измеряемой величины за пределы задания нижней или верхней уставок.

8.Модуль интерфейса предназначен для связи с компьютером.

9.Ключ квитирования предназначен для перевода световой сигнализации из режима мигания в режим постоянного свечения. Он активизируется при поступлении на этот вход напряжения.

На рисунке 3.2 представлена передняя панель ИРТ 1730У/А.

На передней панели ИРТ 1730У/А расположены органы индикации и управления.

67

Для входа в меню необходимо удерживать указанную кнопку в нажатом состоянии до тех пор, пока на боковых индикаторах не высветится PASS, после чего необходимо ввести пароль. Если не нажимать кнопку в течение 1 мин, то ИРТ 1730У/А автоматически переходит в режим измерения.

Ввод любых параметров, в том числе и паролей, осуществляется следующим образом:

Однократное нажатие на кнопку «>» выбора редактируемого разряда перемещает мигающий разряд индикатора вправо. Однократное нажатие на кнопку «^» изменяет редактируемый разряд на единицу или выбирает следующий параметр, если нет мигающих разрядов.

Перед выбором параметра конфигурации необходимо ввести пароль при помощи указанных кнопок. Возможность изменения пароля предусмотрена только

скомпьютера.

Вкачестве пароля используются цифры от 0 до 9 и буквы A, b, C, d, E, F. Заводская установка паролей – 0000.

Параметры конфигурации и их обозначения

1)«Un» - сетевой номер, по которому ИРТ 1730У/А откликается на запрос компьютера. Значения сетевых номеров от 1 до 254. Если будет установлен номер, не соответствующий указанному диапазону, то на индикаторе появится сообщение «Err3», указывающее на ошибку при задании значения параметра. По истечении 2 с можно вводить новый номер. Редактирование параметров выполняется при помощи кнопок «>» и «^», значение высвечивается в правом индикаторе.

Заводская установка «Un» = 1.

2)«SPd» - скорость передачи по последовательному порту RS 232. Скорость передачи выбирается из ряда: 0.3; 0,6; 1,2; 2,4; 4,8; 9,6 кБит/с.

Заводская установка «SPd» = 9.6.

3)«ind1» - режим индикации уставок. Данный параметр обеспечивает два режима работы с уставками:

«1» - значения уставок всегда высвечиваются на индикаторах; «0» - если не сработала ни одна из уставок, значения уставок погашены. Заводская установка «ind1» = 1.

4)«ind2» - режим индикации измеряемого значения. Данный параметр обеспечивает два режима работы индикатора измеряемого значения:

«1» - измеряемое значение всегда высвечивается на индикаторе; «0» - если не сработала ни одна из уставок, индикатор измеряемого значения

погашен.

Заводская уставка «ind2»=1.

5)«AErr» - параметр, определяющий состояние реле при ошибке измерений (обрыв входной цепи, неправильное подключение первичного преобразователя и т.п.);

69

Таблица 3.1

Заводская установка «AErr» = 0.

6)«OUEr» - параметр, определяющий работу ИРТ 1730У/А за пределами измерений (только для унифицированных входных сигналов в виде напряжения постоянного тока или постоянного тока);

«OUEr» = 0 – на светодиодном индикаторе измеряемой величины высвечивается мигающая надпись «–AL–», а состояние реле определяется параметром «AErr»;

«OUEr» = 1 – на основном индикаторе высвечивается мигающая надпись «–OU–», а состояние реле определяется измеренным значением.

Заводская установка «OUEr» = 0.

7)«tУ» - режим работы уставок.

«tУ»=0 – уставка I – нижняя, уставка II – верхняя; «tУ»=1 – обе уставки нижние;

«tУ»=2 – обе уставки верхние. Заводская установка «tУ» = 0.

8) «dAt» - условное обозначение входного сигнала (первичного преобразователя с унифицированным выходным сигналом).

В зависимости от выбранного типа первичного преобразователя микропереключатели, расположенные в отверстии нижней крышки, должны быть установлены в положение, соответствующее выбранному типу первичного преобразователя.

Таблица 3.2

70