Пермский национальный исследовательский

политехнический университет

Кафедра «Автоматика и телемеханика»

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ ПИ-РЕГУЛЯТОРА И АЛГОРИТМОВ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ С ПОМОЩЬЮ SCADA-ПАКЕТА GENIE v2.0

Методические указания к лабораторным работам

по дисциплине «Технические средства автоматизации и управления»

для студентов специальности 220201

«Управление и информатика

в технических системах»

Пермь 2012

1Общие положения

Данные методические указания относятся к лабораторной работе по дисциплине «Технические средства автоматизации и управления».

Цель работы: получить представление о взаимосвязи параметров ПИ-регулятора и алгоритмов первичной обработки информации, а также познакомиться с основными компонентами, присущими SCADA-пакетам, и с общими особенностями работы со SCADA-пакетами.

2Описание среды моделирования

В качестве средства моделирования используется SCADA-пакет GENIE v2.0.

Объект управления выполнен в виде программной модели.

ПИ-регулятор реализован в виде , где Кп – коэффициент пропорциональной составляющей; Ки – коэффициент интегральной составляющей; – выход регулятора на -м такте; – уставка (желаемое значение параметра объекта управления) на -м такте; – измеренное значение параметра объекта управления на -м такте; – значение интегральной суммы на -м такте, определяемое на основе .

Алгоритм фильтрации реализован по следующему принципу. Если на -м такте выполняется условие (где – пороговое значение разности соседних значений; – счетчик, определяющий необходимость ), то тогда значению присваивается значение и значение счетчика устанавливается равным 1. Если на -м такте выполняется условие , то тогда также значению присваивается значение , а значение счетчика увеличивается на 1. Если на -м такте выполняется условие , то тогда значение остается без изменений. Если на -м такте не выполняется ни одно из указанных условий, то тогда значение остается без изменений, а значение счетчика устанавливается равным нулю.

Алгоритм усреднения работает по принципу «плавающего среднего», а именно , где – параметр усреднения (количество значений, по которым выполняется усреднение).

Значение уставки можно задавать вручную (кнопка «Уставка»), а также изменять автоматически (кнопки «Синусоида» и «Прямоугольник»).

Для анализа переходного процесса удобно использовать прямоугольные импульсы (кнопка «Прямоугольник») с настраиваемой длиной импульса (поле ввода «Длина импульса»). По умолчанию значение длины импульса установлено равным 100.

В дальнейшем считается, что время переходного процесса – это интервал времени (в тактах) до того момента, когда реальное значение параметра объекта (зеленая линия на верхнем графике) больше не будет отличаться более чем на 5% от значения уставки (белая линия на верхнем графике). При использовании прямоугольных импульсов границы 5%-й области отображаются серыми линиями на верхнем графике, кроме того время переходного процесса для каждого предшествующего импульса отображается на цифровом индикаторе (если переходный процесс не успел завершиться до окончания периода импульсов, то в качестве времени переходного процесса отображается значение периода импульсов).

Переходный процесс должен удовлетворять следующему условию. Перерегулирование не должно превышать 10%. При использовании прямоугольных импульсов предельное значение перерегулирование отображается линией синего цвета на верхнем графике, кроме того при перерегулировании, превышающем 10%, активизируется текстовый индикатор.

В дальнейшем требуется добиваться минимального значения времени переходного процесса при максимальном перерегулировании меньше, чем 10%.

3Порядок выполнения работы

0. Запустить файл *.gni, соответствующий номеру варианта, который выдается преподавателем.

1. Настройка значения Кп.

Первоначально Кп=1, Ки=0, отсутствуют погрешности при измерениях и помехи, а также отключены алгоритмы усреднения и фильтрации. Включите прямоугольные импульсы (кнопка «Прямоугольник»). Увеличивайте Кп (можно вводить значения с помощью клавиатуры, активизировав соответствующее поле ввода), добиваясь максимального приближения формы сигнала с объекта управления к прямоугольным импульсам при отсутствии недопустимого перерегулирования. Реальное значение параметра объекта управления (сигнал с объекта управления) отображается зеленым цветом на верхнем графике. В отчете для данного пункта указать найденное значение Кп, а также зарисовать переходный процесс для реального значения параметра объекта управления относительно одного из прямоугольных импульсов при данном значении Кп. Проверить насколько точно обеспечивается регулирование при синусоидальном сигнале, а также при ручном изменении уставки.

2. Настройка значений Ки и Кп.

Включить прямоугольные импульсы. Изменяйте значение Ки и корректируйте Кп так, чтобы добиться минимального времени переходного процесса при отсутствии недопустимого перерегулирования. В отчете указать найденные значения Кп и Ки, значение максимального времени переходного процесса при данных значениях Кп и Ки, а также зарисовать переходный процесс для реального значения параметра объекта управления относительно одного из прямоугольных импульсов при данных значениях Кп и Ки. Проверить насколько точно обеспечивается регулирование при синусоидальном сигнале, а также при ручном изменении уставки.

3. Настройка значений Ки и Кп при наличии погрешностей измерения сигнала с объекта управления.

Включить прямоугольные импульсы. Включите имитацию погрешностей измерения, нажав кнопку «Погрешность». Измеренный сигнал с объекта управления отображается линией красного цвета на нижнем графике. Проследить за качеством переходного процесса в течение не менее 20-ти периодов прямоугольных импульсов. В отчете указать соответствующие выводы о наличии недопустимого перерегулирования, об изменении времени переходного процесса («при наличии погрешностей измерения качество переходного процесса изменяется следующим образом…»).

При наличии погрешностей измерения настроить значения Ки и Кп таким образом, чтобы добиться наибольшего уменьшения времени переходного процесса при отсутствии недопустимого перерегулирования. Если время переходного процесса больше половины длины импульса, то необходимо длину импульса увеличить (поле ввода «Длина импульса»). В отчете указать найденные значения Кп и Ки, значение максимального времени переходного процесса при данных значениях Кп и Ки, а также зарисовать переходный процесс для реального значения параметра объекта управления относительно одного из прямоугольных импульсов при данных значениях Кп и Ки. Сделать выводы о влиянии погрешностей. Проверить насколько точно обеспечивается регулирование при синусоидальном сигнале, а также при ручном изменении уставки.