Школа Инженерная школа энергетики

НОЦ И.Н. Бутакова Направление 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника

Отчет по лабораторной работе

по дисциплине «Управление техническими системами»

«Исследование одноконтурной системы регулирования с ПИ- и ПИД-регулятором»

Выполнил студент

гр. 5Б05 Цыбиков А.А. ^{(дата, подпись)}

Проверил:

к.т.н., доцент ИШЭ Атрошенко Ю.К. ^{(дата, подпись)}

Томск 2022

Цель работы

Исследование динамики работы одноконтурной системы автоматического регулирования с ПИ- и ПИД-регулятором. Оценка влияния настроек параметров регулятора на переходный процесс системы автоматического регулирования (САР).

Таблица 1 – Вариант задания

№ варианта	b0	b1	a0	a1	a2
2	10	20	10	6	40

Порядок выполнения работы

Сначала построим схему, предоставленную в методических указаниях данных для этой лабораторной работы, и график для нее.

Рисунок 1 – График переходного процесса с ПИ-регулятором

В нашем случае необходимо добиться устойчивости переходного процесса. Изменим коэффициент усиления в усилителе с 1 до 1.2, а в интеграторе с 1 до 0,6. Получаем график переходного процесса САР с ПИ-регулятором:

Рисунок 2 – Переходный процесс САР с ПИ-регулятором

Рассчитываем оценки качества для переходного процесса САР с ПИ-регулятором:

1. Динамическая ошибка : ;

2. Перерегулирование:

3. Статическая ошибка: где – величина сигнала задания.

4. Степень затухания: где – вторая амплитуда колебаний.

5. Время регулирования

6. Период колебаний:

Подаём на вход объекта управления равномерный шум. Структурная схема САР с ПИ-регулятором представлена на рисунке 3:

Рисунок 3 – Переходный процесс САР с ПИ-регулятором с внешними возмущениями

Получаем график переходного процесса САР с ПИ-регулятором (параметры такие же, как на рисунке 3):

Рисунок 4 – График переходного процесса САР с ПИ-регулятором с внешними возмущениями

Изменяем закон регулирования с пропорционального-интегрального на пропорционально-интегрально-дифференциальный путём добавления в структуру ПИ-регулятора дифференциальной составляющей (дифференциатор):

Рисунок 5 – Макроблок ПИД-регулятор

Параметры регулятора: коэффициент усиления в усилителе с 1.2, в интеграторе 0.6, а в дифференциаторе с 1.2. Получаем график переходного процесса САР с ПИД-регулятором:

Рисунок 6 – График переходного процесса САР с ПИД-регулятором с внешними возмущениями

Рассчитываем оценки качества для переходного процесса САР с ПИД-регулятором:

1. Динамическая ошибка : ;

2. Перерегулирование:

3. Статическая ошибка: где  – величина сигнала задания.

4. Степень затухания: где – вторая амплитуда колебаний.

5. Время регулирования

6. Период колебаний:

Снимаем внешние возмущающие воздействия на объект управления путём удаления их схемы блока генератора равномерного шума.

Рисунок 7 – График переходного процесса САР с ПИД-регулятором без внешних возмущений

Рассчитываем оценки качества для переходного процесса САР с ПИД-регулятором:

1. Динамическая ошибка : ;

2. Перерегулирование:

3. Статическая ошибка: где – величина сигнала задания.

4. Степень затухания: где – вторая амплитуда колебаний.

5. Время регулирования

6. Период колебаний:

Сведем полученные результаты в таблицу 2.

Таблица 2 - Оценка качества переходных процессов исследуемой САР

№ п/п	Оценка качества	САР с ПИ-регулированием (ручная настройка параметров)	САР с ПИД-регулированием с внешними возмущениями (ручная настройка параметров)	САР с ПИД-регулированием без внешних возмущений (ручная настройка параметров)
1	Динамическая ошибка	0.15	0,13	0,12
2	Перерегулирование			12%
3	Статическая ошибка	0		0
4	Степень затухания			0,917
5	Время регулирования:	9		16
6	Период колебаний	6		8

Анализ полученных данных

В ходе лабораторной работы была исследована динамика работы одноконтурной системы автоматического регулирования с ПИ- и ПИД-регулятором. А также проведена оценка влияния параметров настройки регулятора на переходный процесс системы. Были сделаны следующие выводы:

1. При внешних возмущающих воздействий на объект управления появляется статическая ошибка, отражаемая на степени затухания.

2. Динамическая ошибка и время регулирования при одинаковых параметрах настройки ПИ- и ПИД-регулятора отличается: у ПИД-регулятора данные показатели ниже.