1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zaobserwowanie rzeczywistych przebiegów sygnałów układu stabilizacji prądnicy prądu stałego przy wyborze różnych metod stabilizacji układu ( zmiana jego struktury, zmiana nastaw regulatora). W ćwiczeniu można wybrać typ regulatora P lub PI, dzięki temu można porównać pracę układu z obu regulatorami.

2. Przebieg ćwiczenia.

Pomiary w układzie otwartym.

a) zdjąć charakterystyki statyczne układu otwartego Y=f(W);

b) zaobserwować odpowiedzi skokowe U=f(t), Y=f(t)

Pomiary w układzie zamkniętym z regulatorem P.

a) zdjąć Uwy=f(t)

b) przeanalizować przebiegi nieustalone

c) załączyć regulator PI i zaobserwować i przeanalizować układu

Rys.1. Schemat blokowy układu regulacji.

- transmitancja regulatora

- transmitancja obiektu nieobciążonego

- transmitancja zakłóceniowa

- transmitancja filtru - wprowadza kolejne inercje

- transmitancja obiektu obciążonego

3. Uwagi i wnioski:

Zadaniem układu stabilizacji napięcia prądnicy prądu stałego jest utrzymanie stałej wartości napięcia prądnicy mimo działania zakłóceń. Na rys.1. przedstawiona odpowiedź skokowa w układzie otwartym przy zmianie obciążenia od I0 do I5. Przy zadanym sygnale i zadanym wzmocnieniu wzrost obciążenia, jak widać, powoduje spadek sygnału wyjściowego U. Spadki będą tym większe im większe będzie wzmocnienie regulatora P. Na tym samym rysunku widać jak zachowuje się sygnał wyjściowy U przy skokowym wzroście sygnału zadanego S. Skok U na wykresie jest prostokątny (z niewielką szpilką na początku sygnału zadanego) co oznacza, że dla tych ustawionych parametrów układu stabilizacja następowała prawie natychmiastowo. Podobnie zachowuje się sygnał Y, tz. przy wzroście obciążenia spada. Natomiast przyłączane filtry do układu otwartego nie powodują żadnej reakcji sygnału Y, co widać na rys.2.

Przy pewnych warunkach w układzie zamkniętym z regulatorem P (rys.3.) układ jest niestabilny. Występują wówczas trwałe oscylacje, które są tłumione przy zwiększaniu obciążenia. W badanym przypadku oscylacje te były całkowicie tłumione dla obciążenia I4. Zwiększanie ilości przyłączonych filtrów powoduje zwiększanie inercji układu i powoduje oscylacje układu nawet przy maksymalnym obciążeniu (rys.3.). Przy zwiększaniu obciążenia oscylacje te są jedynie częściowo tłumione. Rys.4. przedstawia powstanie oscylacji (układ niestabilny) przy podłączaniu kolejnych filtrów do układu zamkniętego z regulatorem P dla obciążenia minimalnego I0 i maksymalnego I5.

Zastępując regulator typu P regulatorem typu PI zwiększamy zapas fazy i zapas amplitudy co wiąże się z polepszeniem pracy układu. Wprowadzając regulator PI zwiększamy inercję układu. Na rys.5. widać wpływ wzmocnienia Kr na powstawanie oscylacji w układzie i destabilizacje układu. Dla podanych na rysunku parametrów zwiększanie wzmocnienia nie do pewnej wartości nie powodowało destabilizacji układu (niewłaściwe przebiegi od Kr=0 do ok. Kr=5 były spowodowane wadliwym działaniem urządzenia kreślącego). Jednakże dla wprowadzenie 5 filtrów, czyli znaczne zwiększenie inercji układu powodowało to, że układ w ogóle przestał stabilizować (duże oscylacje już dla Kr nieznacznie większego od zera na rys.6.).