CASSY Lab 221 Controllo di tensione

CASSY Lab
221
Controllo di tensione
Carica esempio
Descrizione dell'esperimento
L'esperimento consiste nella realizzazione di un sistema di controllo della tensione d'uscita di un generatore in presenza di un carico variabile. Per il controllo si utilizza un regolatore PI. Per determinare la
grandezza di errore w x del sistema, il regolatore PI utilizza la grandezza di riferimento w (valore prestabilito per la tensione del generatore) e la grandezza misurata x = UB2 (valore effettivo della tensione
all'uscita del generatore)..
Il regolatore PI fornisce la grandezza di controllo y = y0 + KP*(w-x) + KI*∫(w-x)*dt la quale tiene conto
anche del valore nominale y0. Il coefficiente ad azione proporzionale KP ed il coefficiente ad azione
integrativa KI e tutti gli altri parametri di controllo si possono ottimizzare in modo tale che, dopo una
deviazione del sistema dalle condizioni funzionamento nominali (per esempio, una variazione della
resistenza di carico, una variazione della grandezza di riferimento w o del valore nominale y0), il sistema
si porti in una condizione di funzionamento tale da rendere la grandezza d'errore w – x il più possibile
prossima allo 0.
Se si utilizza soltanto un regolatore P (KI = 0), il sistema presenta un errore residuo che si annulla solo
quando si inserisce la componente I.
Equipment list
1
1
1
1
2
Sensor-CASSY
Power-CASSY
CASSY Lab
Pannello aspina DIN A4
Motori DC e generatori
524 010
524 011
524 200
576 74
579 43
222
1
3
1
1
1
2
1
Interruttore a levetta, unipolare
Portalampada E10, top
Serie di 10 lampade 3.8 V/0.07 A
Tubo di plastica, 6 mm
Serie di ponticelli a spina
Coppia di cavi, 1 m, rosso e blu
PC con Windows 95/98/NT
o versioni successive
CASSY Lab
579 13
579 06
505 10
307 641
501 48
501 46
Realizzazione dell'esperimento (vedere figura)
Power-CASSY alimenta il motore (sinistra) il quale comanda il generatore (destra) attraverso un tubo di
plastica lungo circa 25 mm. La tensione del generatore viene misurata tramite l'ingresso B di Sensor-CASSY. Verificare che i collegamenti del motore e del generatore abbiano verso contrario, poiché
motore e generatore sono collegati in opposizione.
Il carico variabile del generatore è costituito da tre lampade ad incandescenza, due delle quali si possono inserire o disinserire con un interruttore.
Esecuzione dell'esperimento
Carica settaggi.
• Mettere in rotazione il motore applicando una y0 nominale di 6 V.
• Modificare la y0 nominale assegnando il valore desiderato in Settaggi y0 (pulsante destro del
mouse).
• Misurare la tensione UB2 e verificare se è positiva (in caso contrario, invertire le polarità).
• Inserire il valore di tensione ottenuto dalla misura come grandezza di riferimento w spostando l'indice
dello strumento con il mouse oppure modificando il valore del parametro in Settaggi w (pulsante
destro del mouse).
• Avviare e arrestare la misura nell'istante appropriato con F9.
• Durante il controllo, è possibile introdurre un disturbo variando il carico del generatore o la grandezza
di riferimento w.
• È possibile ottimizzare il regolatore variando il coefficiente ad azione proporzionale (KP) ed il coefficiente ad azione integrativa (KI) in Settaggi KP o KI (pulsante destro del mouse).
Valutazione dei risultati
L'andamento dei diagrammi ottenuti dalla registrazione illustrano il comportamento del regolatore. La
linea nera rappresenta la grandezza di riferimento w (valore prestabilito). La curva rossa rappresenta la
grandezza controllata x (grandezza misurata) la quale tende a raggiungere la curva nera ed a ridurre
rapidamente la grandezza d'errore. La curva blu rappresenta la grandezza di controllo y, cioè la tensione applicata al motore.
Procedimento empirico di ottimizzazione del regolatore di temperatura PI
• Portare KI a 0 ed aumentare KP poco alla volta (per esempio, con incrementi di 0.1) fino a quando
l'anello di controllo comincia ad oscillare.
• Diminuire KP in modo da interrompere l'oscillazione. Il sistema presenta un errore residuo.
• Aumentare lentamente KI (per esempio, con incrementi di 10*KP) fino a quando il sistema comincia
di nuovo ad oscillare.
• Diminuire KI in modo da interrompere l'oscillazione. Diminuendo KI, diminuisce la prontezza del
regolatore.
In questo esempio si è trovato KP = 0.5 e KI = 4 /s.
Variazione automatica della grandezza di riferimento
Oltre che manualmente, la grandezza di riferimento w (valore prestabilito) si può far variare anche
automaticamente. In questo caso, ad esempio, si può inserire la formula 4+sin(360*t/20) in Settaggi w;
questo controllo consiste nel far variare la tensione con legge sinusoidale tra 3 V e 5 V con un periodo di
20 s.
CASSY Lab
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Altri anelli di controllo
L'esempio descritto si può adattare ad altri sistemi di controllo. Purché la grandezza controllata sia una
tensione, è sufficiente modificare l'intervallo dell'azione di controllo, il campo di misura ed i parametri KP
e KI del regolatore.
Se la grandezza controllata viene fornita da un box sensore, per prima cosa bisogna cancellare il canale
UB2 selezionando Cancella in Settaggi UB2 in modo da consentire il riconoscimento del box sensore
inserito nell'ingresso B di Sensor-CASSY. Successivamente, in Settaggi CASSY (F5), bisogna attivare il
box sensore con il mouse e selezionare di nuovo Valore Medio. È necessario, però, modificare l'unità di
misura ed il simbolo della grandezza di riferimento w e della grandezza d'errore del sistema w – x; inoltre,
bisogna modificare la formula usata per il calcolo di tale errore (per esempio, w–RB2 al posto di w–UB2).
Come avviene per tutti gli esperimenti nei quali si utilizza la CASSY, anche in questo caso, si possono
modificare i vari settaggi cliccando sul canale w o w – x con il pulsante destro del mouse.