методические указания по лабораторной работе / Методичка 3 Исследование динамических характеристик регулятора температуры

Исследование динамических характеристик регулятора температуры.

Цель работы: ознакомится с принципом действия, настройки регулятора температуры, исследовать процессы регулирования и получить динамические характеристики регулятора температуры.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

В системах регулирования для автоматизации различных технологических процессов используют регуляторы температуры, которые позволяют поддержать температуру в определенном, заранее заданном диапазоне. Позиционные регуляторы температуры имеют регулирующий орган, который может занимать определенное число позиций, поэтому их можно отнести к классу релейных устройств.

Релейные системы автоматического регулирования имеют существенно нелинейную характеристику. Наличие нелинейного элемента в системе регулятора приводит к особому виду устойчивого состояния. Автоколебания представляют собой незатухающие периодические процессы, возникающие в результате наличия различного рода зон нечувствительности, зон насыщения, гистерезиса.

На рис.1 приведена релейная характеристика нелинейного элемента с гистерезисом. В зависимости от изменения входной величины (температуры ТºС), выходная величина (напряжение на нагревательном элементе) может занимать два устойчивых состояния (0-напряжение в его нагревательном элементе отсутствует).

ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

В лабораторной работе исследуется характеристики двухпозиционного регулятора температуры печи.

Основными элементами регулятора температуры (рис.2) являются: печь-объект регулирования; нагревательный элемент; чувствительным элементом является термобаллон электроконтактного термометра ЭКТ-1; устройство сравнения – прибор ЭКТ-1; релейная схема управления; задающее устройство, при помощи которого изменяются установки температуры Т1 и Т2. Задание установок осуществляется либо от специального устройства автоматически, либо изменением положения подвижных контактов К1 и К2. Принципиальная электрическая схема релейного регулятора температуры печи приведена на рис.3. При температуре Т в печи ниже Т1 контакты 1-2 ДТ разомкнуты и подается напряжение на катушку пускателя ПМ. Магнитный пускатель ПМ срабатывает, встает на самоблокировку через собственный контакт ПМ. Через контакт ПМ напряжение подается на электрический нагревательный элемент Рн печи.

При достижении температуры в печи верхней установки Т2 контакты 1-3 ДТ включается реле Р2. При этом цель самоблокировки магнитного пускателя ПМ разбирается и катушка обесточивается, напряжение с нагревательного элемента печи снимается и печь начинает остывать. Остывание печи будет происходить до тех пор, пока температура не снизится до нижней установки Т1. При этом срабатывает реле Р1 и описанный выше цикл повторяется.

Специальная схема сигнализации дает возможность при исследовании регулятора контролировать ход процессов во времени. Электронный автоматический потенциометр ЭПП-09 позволяет записывать на ленточной диаграмме происходящие температурные процессы.

По истечении некоторого времени работы регулятора температуры тепловой режим стабилизируется. В печи, используемой в данной лабораторной работе, температурная стабилизация наступает после 4-6 включений. При этом при каждом цикле нагревания и охлаждении время нагревания tн электрического нагревателя и время отключения становится постоянными величинами.

Величины перерегулирования температуры верхнего уровня Тнв и нижнего уровня Трв при достижении температурной стабилизации становится постоянными величинами. Так как регулирование температуры регулятором предусмотрено в соответствии с температурными пределами Т2 и Т1, поэтому значение Тнв и Трн являются нежелательным. Для уничтожения пределов регулирования задающие установки смещаются. При этом после стабилизации температурного режима изменение температуры происходит примерно в пределах диапазона Т2+Т1.

Так как регуляторы температуры являются устройствами, используемыми в системах автоматического регулирования, необходимо знать передаточную функцию, позволяющую проводить анализ работы систем, в которых используются эти регуляторы.

Проведенные эксперименты позволяют определить передаточную функцию регулятора температуры.

ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСТНОСТИ.

При выполнении лабораторной работы необходимо выполнить следующие правила техники безопасности:

• установку включать в сеть только после ознакомления с её устройством и только после разрешения лаборанта или преподавателя;

• перед включением установки в сеть предупредить всех присутствующих членов бригады;

• при обнаружении неисправности (искрении, запах, возгорании и т.п.) немедленно отключить установку от сети и сообщить преподавателю;

• запрещается категорически производить устранение неисправностей, переключать клемы, касаться оголенных токоведущих частей при включенной в сеть установки;

• работать на установке разрешается в составе бригады из двух студентов.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с правилами техники безопасности работы.

2. Ознакомиться с лабораторной установкой, записать технические данные приборов, подготовить необходимые таблицы результатов наблюдений.

3. Изучить работу принципиальной электрической схемы регулятора.

4. Установить среднюю величину коэффициента усиления ЭПП-09, для чего устранить переключатель П4 в положение «средний».

5. Для двух (указанных преподавателем) уставок Т1 и Т2произвести настройку регулятора температуры в следующем порядке:

• выставить уставки температуры Т1 и Т2;

• включить потенциометр ЭПП-09 и двигатель привода ленточной диаграммы;

• включить переключатель П1 питания электрической схемы регулятора;

• занести в протокол испытаний время включения состояния нагревателя печи и отключенного (tn,tн). При наступлении автоколебаний, т.е. температурной стабилизации печи (tн, tn не отличаются более чем 5%) записать величины перерегулирования Тпв и Тнв, период автоколебания Ак;

• сместить уставки Т2 вниз на величину Тпв и Т1 вверх на величину Тнп;

• по достижении процесса регулирования температуры в печи (т.е. регулирования температуры происходит в диапазоне Т2 и Т1)считать регулятор температуры настроенным;

• все данные занести в таблицу.

Протокол испытаний регулятора температуры

Диапазон регулирования		Экспериментальные данные			Расчетные данные					Смещение установок
		Время работы регулятора		Температура в печи Т	tn	tн	Tпв	Tпн	Ak	Т1	Т2
Т1	Т2	вкл	выкл

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА.

1. экспериментальные характеристики регулятора температуры строятся на миллиметровой бумаге.

2. Определить вид переходной характеристики.

3. Используя метод последовательного приближения, рассчитать передаточную функцию единичного ступенчатого воздействия.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

1. Функциональная схема регулятора с описанием назначения её элементов.

2. Характеристики переходных процессов.

3. Расчет передаточной функции.

4. Выводы об инерционных свойствах регулятора.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ.

1. Назначение, характеристики, конструкции и принцип действия релейных регуляторов.

2. Объяснить работу регулятора температуры.

3. От чего зависят параметры режима автоколебаний при температурной стабилизации?

4. Чем определяются динамические характеристики регулятора печи?

5. Как можно улучшить динамические характеристики регулятора?