Описание установки

Установка для экспериментального определения статистических и динамических характеристик микропроцессорных регулирующих устройств состоит из микропроцессорного программируемого измеритель-регулятора типа ТРМ 10 и микропроцессорного программируемого измерителя типа 2ТРМ 0, а также коммутирующей и настроечной аппаратуры (рис.17).

Рис.17. Внешний вид лицевой панели стенда:

1 – тумблер включения стенда; 2 – тумблер включения лабораторной работы; 3 – ручка реостата, измеряющего сопротивление термопары; 4 – переключатель возмущения;5 – 2ТРМ 0; 6 – ТРМ 10.

ТРМ 10 – предназначен для контроля и управления различными технологическими производственными процессами, где требуется высокая точность поддержания значения измеряемого параметра (рис.18).

Осуществляет следующие функции:

- измерение температуры и других физических величин (давления, влажности, расхода, уровня и т. д.) с помощью датчиков со стандартными выходными сигналами

- регулирование измеряемой величины по одному из заданных законов регулирования

- формирование дополнительного сигнала управления на выходе

Рис. 18. Микропроцессорный программируемый измеритель-регулятор типа ТРМ 10 (1-лицевая панель; 2-цифровой индикатор; 3-кнопки управления; 4-контрольные светодиоды)

В данной работе используется модификация прибора ТРМ 10 применяемая для регулирования температуры.

Четырехразрядный цифровой индикатор предназначен для отображения значений измеряемых величин и функциональных параметров прибора.

Восемь светодиодов красного свечения сигнализируют о различных режимах работы:

-светодиоды «К1» и «К2» сигнализируют о включении выходных устройств ПИД-регулятора и компаратора

-светодиоды «Т», «t_д»,«t_и», «Х_р»,«С1», «С2» засвечиваются в режиме программирование» и сигнализируют о том какой параметр выбран для установки;

- кнопка предназначена для выхода в режим «Программирование»

- кнопка служит для изменения значения параметра при его установке

- кнопка служит для выбора изменяемого разряда при установке параметров.

2ТРМ 0 – предназначен для контроля различных технологических производственных процессов и позволяет осуществлять следующие функции:

- измерение температуры и других физических величин (давления, влажности, расхода, уровня и т. д.) с помощью стандартных датчиков

- измерение разности двух величин Ds =(s - s_з)

- отображение выбранного текущего значения измеряемого параметра на встроенном цифровом индикаторе

- произвольное масштабирование диапазона измерения.

Модификация прибора используемая в данной работе служит для отображения стандартного токового сигнала (4-20 mA).

Описание установки

При включении тумблеров (1) и (2) автоматический включается измеритель-регулятор ТРМ10 и измеритель 2ТРМ0, переключатель возмущения (4) находится в положении «ВЫКЛ». На дисплее ТРМ10 отображается текущее значение температуры, измеряемой термопреобразователем сопротивления.

Заданное значение параметра регулирования (уставка), как и другие величины измерителя-регулятора задаются в меню прибора ТРМ10.

Для наблюдения законов регулирования регулятора на систему подают возмущающее воздействие λ(переключатель 4 переводят в положение «ВКЛ») которое обуславливает возникновение разности Ds между заданным s_З и текущим s значениями регулируемого параметра. Эта разность приводит к выработке регулятором ТРМ10 регулирующего воздействия mв виде стандартного токового сигнала (4-20mA), который отображается на дисплее прибора 2ТРМ0. По результатам показаний прибора 2ТРМ0 строятся переходные характеристики соответствующего закона регулирования.

Основные параметры работы ПИД-регулятора

прибора ТРМ 10

Представляя интеграл и дифференциал в конечно-разностном виде исходное уравнение ПИД закона регулирования можно представить в виде:

(6)

На выходе регулятора вырабатывается управляющий сигнал m, действие которого направлено на уменьшение рассогласования Ds между текущим значением регулируемой величины и заданным значением регулируемого параметра.

Формула (1) выражает закон работы ПИД-регулятора прибора ТРМ 10, где:

Х_р– предел пропорциональности (обратная величина коэффициента усиления k) выражается в процентах: k = (1/X_p) 100%;

Ds – разность между заданным Т_уст и текущим Т_i значением, то есть величина рассогласования;

T_д – постоянная времени дифференцирования;

D(Ds)– разность между соседними рассогласованиямиDs_i и Ds_i-1;

∆t_изм≈1,5 с- время между двумя соседними измерениями t_i и t_i-1;

T_и – постоянная времени интегрирования;

- накопленная сумма рассогласований.

Рассмотрим подробнее выражение (6). Оно состоит из трёх составляющих:

- пропорциональной, - дифференциальной, - интегральной.

Изменяя параметры Х_р, T_д, T_и можно получить частные случаи закона регулирования (1):

1. Пропорциональный закон регулирования (П-регулятор)

будет иметь место при выполнении условий равенства нулю дифференциальной и интегральной составляющих выражения (6)

Это необходимо учитывать при задании параметров регулирования.

и

2. Интегральный закон регулирования (И-регулятор)

будет иметь место при выполнении условий равенства нулю пропорциональной и дифференциальной составляющих выражения (6)

Для дифференциальной составляющей:

В чистом виде интегральный регулятор получить не удается т. к. полностью избавиться от пропорциональной составляющей невозможно, но можно снизить ее влияние, уменьшая за счет увеличения .

3. Пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор)

Представляет собой совокупность П- и И-регуляторов с дифференциальной составляющей равной нулю

4. Пропорционально-дифференциальный регулятор (ПД-регулятор)

так как интегральная часть выражения (6) равна нулю

5. Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (ПИД-регулятор) соответствует выражению (6).