Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Кафедра промышленной кибернетики и

систем управления

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО РЕГУЛЯТОРА

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине «Введение в специальность»

для студентов специальности 220301

и направления 220200

Магнитогорск

2011

Составитель Ю.С. Артамонов

Исследование пропорционального регулятора: Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Введение в специальность» для студентов специальности 220301 и направления 220200. Магнитогорск: МГТУ, 2011. 13 с.

В инструкции приводятся основные теоретические сведения о принципах работы автоматического регулятора, реализующего закон пропорционального регулирования, построены графики, иллюстрирующие работу регулятора, показано, что установив-шееся значение регулируемого параметра поддерживается с ошибкой, приведена подробная последовательность действий при экспериментальном исследовании регулятора.

Рецензент: канд. техн. наук, доц. Леванов В.В.

© Ю.С. Артамонов, 2011

Исследование пропорционального регулятора

Цель работы: изучить функциональную структуру системы автоматического регулирования и функции её элементов; изучить основные параметры, характеризующие систему автоматического регулирования и свойства объекта управления; экспериментально получить статические и динамические характеристики объекта управления; научиться экспериментально определять коэффициент передачи П-регулятора; исследовать, как влияет коэффициент передачи регулятора на качество переходного процесса.

Приборы и материалы: специализированная лабораторная установка с П-регулятором температуры термостата.

1. Функциональная структура системы автоматического регулирования

Устройство,автоматическиподдерживающее(без непосредственного участия человека) в течение определённого промежутка времени с требуемой точностьюзаданное значениерегулируемого параметра, называетсяавтоматическим регулятором. Регулирование, таким образом, является частным случаем более общего процесса – процесса управления.Пропорциональным регулятором (П-регулятором)называется автоматическое устройство, в котором реализованпринцип регулирования по отклонению. На рис. 1 в качестве примера реализации этого принципа изображена схема ручного регули-рования температуры термостата с электри-ческим нагревателем сопротивления. Для этого надо выполнять следующие операции.

1. Измерять температуру термо-метром.

2. Сравнивать текущие показания термометра с заданным значением температуры и вычислять величину отклонения и его знак.

3. При наличии отклонения показаний термометра от заданного значения температуры производить в соответствующем направлении перемещение движка реостата, а именно, для увеличения температуры уменьшать сопротивление реостата, а для уменьшения – увеличивать.

Все эти функции выполняются в системе автоматического регулирования, изображённой на рис. 2.

Вавтоматике основные части системы автоматического управления и величины имеют названия.

Одним из главных элементов системы является объектуправления ОУ,в котором происходит преобразование энергии или вещества. Это может быть, например, электрический генератор, котёл, печь. В данной работе объектом управления является небольшой термостат.

Состояние объекта как физической системы, а также состояние потока энергии или вещества на выходе объекта характеризуются одной или несколькими физическими величинами, изменяющимися во времени. Эти величины в общем случае называются параметрами управления, а в применении к регулятору –регулируемыми параметрами. В рассматриваемом термостате такой величиной является температура.

Необходимость регулирования физических величин в объекте вызывается внешними возмущениями или изменением нагрузки. Внешнее воздействие на регулируемый объект или на всю систему регулирования, вызывающее возникновение в ней переходных процессов, называется возмущением. Расход для производственных целей вещества или энергии в объекте называетсянагрузкой. Подпереходным процессомпонимается любое неустановившееся состояние системы регулирования, во время которого изменяется значение регулируемого параметра.

Для построения системы управления объектом управления его выходную переменную хизмеряют с помощью преобразователя –датчикаД_х, который вырабатывает сигналх_п, функционально связанный с параметром управлениях. Во многих случаях эта связь есть прямая пропорциональность. Для получения необходимого закона регулирования используют внутреннюю обратную связь по величине управляющего воздействияy, осуществляемую через преобразователь –датчикД_y– величиныyв величину.

Изменение подачи энергии или сырья в объект управления производят с помощью регулирующего органа РО, в качестве которого используют тиристоры, транзисторы, вентили, задвижки, клапаны, дозаторы и т.п. Для создания механических перемещений в регулирующем органе применяютисполнительные устройства ИУ– электрические, гидравли-ческие, пневматические исполнительные механизмы, электромагниты и пр. На исполнительное устройство воздействуют командные сигналы, поступающие изусилителя мощности УМ.

Регулирующее усторйство РУв соответствии с заложенным в него алгоритмом преобразуетсигнал ошибки и вырабатываетуправляющий сигнал y_р.

Сигнал ошибки вырабатывается вэлементе сравнения ЭСв результате вычитания из сигналазадатчика З x_з сигналаx_п, поступающего от датчикаД_xпо каналу главной обратной связи.