Лабораторное оборудование
В лабораторном эксперименте использовалось виртуальное моделирование процесса регулирования выходного параметра в виде изменения температуры при помощи прикладной программы CoDeSys V2.3 компании 3S_Smart Software Solutions, установленной на персональный компьютер.
Ход выполнения лабораторного эксперимента
1. Был осуществлен запуск программного обеспечения, предложен перечень функций и настроек, используемых для выполнения регулирования выходной величины. Результаты измерения пределов динамических параметров, величины уставки, дифференциала и управляющих воздействий (процент от хода регулирующего органа) представлены в таблице 1:
Таблица 1 – Диапазоны изменения параметров АСР
| Параметр | TZ,с | TOB,с | T_UST,°С | DEL,°С | U1,% | U2,% |
| Верхний предел | ||||||
| Нижний предел |
2. Следующий этап выполнения лабораторной работы – исследование влияния различных параметров на регулирование температуры и показатели его качества с приложенными графиками и зависимостями.
2.1. Исследование влияния динамических свойств объекта регулирования и канала измерения на показатели качества регулирования
Таблица 2 – Результаты исследования зависимости показателей качества регулирования от инерционности объекта и запаздывания в системе
| № опыта | TOB,с | TZ,с | TZ/ TOB | ТМАКС , °С | ТМИН , °С | ТСР, °С | Показатели качества регулирования | ||
| А, °С | ΔТСТ, °С | τК ,с | |||||||
| 0,002 | |||||||||
| 0,02 | 602,5 | 52,5 | 2,5 | ||||||
| 0,01 | 602,5 | 32,5 | 2,5 | ||||||
| 0,1 | |||||||||
| T_UST =600,°С; DEL =20,°С; U1=160,%;U2 =20% |
Рисунок 1 – Зависимость амплитуды от TZ/TOB.
Рисунок 2 – Зависимость периода колебаний от TZ/TOB.
Рисунок 3 – Зависимость условной статистической ошибки от TZ/TOB.
2.3. Исследование влияния температуры уставки на показатели качества регулирования
Таблица 3 – Результаты исследования зависимости показателей качества регулирования от уставки регулятора T_UST
| № опыта | T_UST,°С | ТМАКС ,°С | ТМИН ,°С | ТСР, °С | Показатели качества регулирования | ||
| А,°С | ΔТСТ ,°С | τК ,с | |||||
| 602,5 | 37,5 | 2,5 | |||||
| -10 | |||||||
| -15 | |||||||
| TOB =100,с; TZ =1,с; DEL =40,°С; U1 =100,%;U2 =20,% |
Рисунок 4 – Графическое представление опытов 1-4 и 5-8.
Рисунок 5 – Зависимость амплитуды от температуры уставки
Рисунок 6 – Зависимость периода колебаний от температуры уставки
Рисунок 7 – Зависимость условной статистической ошибки от температуры уставки
2.4. Исследование влияния регулирующего воздействия U1 на показатели качества регулирования
Таблица 4 – Результаты исследования зависимости показателей качества регулирования от уровня регулирующего воздействия U1
| № опыта | U1, % | ТМАКС ,°С | ТМИН ,°С | ТСР ,°С | Показатели качества регулирования | ||
| А,°С | ΔТСТ ,°С | τК ,с | |||||
| 407,5 | 37,5 | 7,5 | |||||
| 35,5 | |||||||
| 402,5 | 27,5 | 2,5 | |||||
| TOB = 100,с; TZ =1,с; T_UST =400,°С; DEL =40,°С;U2 =20,% |
Рисунок 8 – Графическое представление опытов 5-8.
Рисунок 9 – Зависимость амплитуды от U1
Рисунок 10 – Зависимость периода колебаний от U1
Рисунок 11 – Зависимость условной статистической ошибки от U1
2.5. Исследование влияния регулирующего воздействия U2 на показатели качества регулирования
Таблица 5 – Результаты исследования зависимости показателей качества регулирования от уровня регулирующего воздействия U2
| № опыта | U2, % | ТМАКС ,°С | ТМИН ,°С | ТСР ,°С | Показатели качества регулирования | ||
| А,°С | ΔТСТ ,°С | τК ,с | |||||
| 887,5 | 37,5 | -12,5 | |||||
| -10 | |||||||
| -15 | |||||||
| 882,5 | 37,5 | -17,5 | |||||
| TOB =100,с; TZ =1,с; T_UST =900,°С; DEL =40,°С;U1 = 100,% |
Рисунок 12– Графическое представление опытов 13-16.
Как видно, управляющее воздействие U2 не особо повлияло на показатели регулирования.
Рисунок 13 – Зависимость амплитуды от U2
Рисунок 14 – Зависимость периода колебаний от U2
Рисунок 15 – Зависимость условной статистической ошибки от U2
2.6. Исследование влияния дифференциала DEL на показатели качества регулирования
Таблица 6 – Результаты исследования зависимости показателей качества регулирования от величины дифференциала DEL
| № опыта | DEL,°С | ТМАКС ,°С | ТМИН ,°С | ТСР ,°С | Показатели качества регулирования | ||
| А,°С | ΔТСТ ,°С | τК ,с | |||||
| 642,5 | 42,5 | -7,5 | |||||
| 12,5 | |||||||
| 647,5 | 27,5 | -2,5 | 12,5 | ||||
| 647,5 | 22,5 | -2,5 | |||||
| TOB =100,с; TZ =1,с; T_UST =650,°С; U1 =100,%; U2 =20,% |
Рисунок 16 – Графическое представление опытов 17-120.
Рисунок 17 – Зависимость амплитуды от DEL
Рисунок 18 – Зависимость периода колебаний от DEL
Рисунок 19 – Зависимость условной статистической ошибки от DEL
Вывод: в ходе лабораторной работы мы ознакомились с виртуальной установкой, моделирующей регулирование параметра, в нашем случае температуры, в зависимости от изменения динамических характеристик и управляющих воздействий. Были рассчитаны показатели качества регулирования: амплитуда, статистическая ошибка и период колебаний. Опыт 1-4 показал, что с повышением инерционности объекта, скорость изменения температуры от изменения входного сигнала увеличивается; с увеличением TZ изменение температуры происходит через больший промежуток времени с того момента, когда был приложен сигнал. Опыт 5-8 соответствует влиянию температуры уставки на показатели регулирования: с увеличением T_UST амплитуда колебаний температуры возрастает, при этом при больших значениях T_UST наблюдается значительная разность между фактической средней температурой и величиной ее уставки. Результаты опытов 9-12 демонстрируют следующее: при уменьшении U1 период колебаний возрастает, однако амплитуда и статистическая ошибка уходят в сторону меньших значений. Влияние управляющего воздействия U2, наблюдаемого в опытах 13-16, по нашим результатам, не внесло никаких существенных изменений на регулирования температуры в целом. Уменьшение величины дифференциала DEL в опытах 17-20 приводит к уменьшению величины амплитуды и периода колебаний.
Согласно полученным результатам, в некоторой части эксперимента средняя фактическая температура соответствовала величине ее уставке, что говорит либо о хорошем качестве регулирования, либо о несоответствии полученных значений действительным.