Laboratorní úloha "Vozítko na nakloněné rovině"

1. Znázornění reálné úlohy

Schéma:

Fotografie:



Video:    2400kbps    64kbps


2. Popis laboratorní úlohy

   Laboratorní úloha znázorňuje pohyb kolejového vozítka v terénu. Kolejové vozítko s vlastním řízením otáček kol se pohybuje po pohyblivých kolejnicích realizovaných ozubenými řemeny s nastavitelnou rychlostí unášení a stavitelným náklonem dopravníku. Rychlost vd unášení dopravníku je ovládána signálem prostřednictvím dvou krokových motorů, úhel α náklonu dopravníku je ovládán signálem opět pomocí krokového motoru a sice přes otáčky zvedacího šroubu a matice pevně zabudované v konstrukci dopravníku. Poloha vozíku vůči pozorovateli se mění v závislosti na rozdílu rychlosti vozíku a rychlosti unášení dopravníku. Relativní pozice y vozíku vůči dopravníku je snímána optoelektronickým senzorem a řízena zvoleným typem regulátoru resp. manuálně využitím akční veličiny u ovládající rychlost otáčení kol vozítka.


3. Návrhy jednoduchých úkolů k řešení na virtuálním modelu

a) Určete přechodové charakteristiky systému (pomocí skokových změn signálů ovlivňující otáčky kol vozítka, rychlost pohyblivých kolejnic dopravníku a úhel naklonění dopravníku) ve zvoleném pracovním bodě, posuďte stabilitu a kmitavost systému. Zjistěte, zda uvažovaná soustava je statická nebo astatická.

b) Připojte postupně jednotlivé typy regulátorů (P, PI, PD, I, PID) k soustavě, tj. vytvořte uzavřený regulační obvod a posuďte jeho stabilitu a kmitavost v závislosti na typu resp. zvolených parametrech regulátorů. Určete v závislosti na změně žádané veličiny (poloha vozítka) a změn poruchových veličin ovlivňující unášecí rychlost a náklon dopravníku, dobu regulace, přeregulování a trvalou regulační odchylku, kterou zdůvodněte.

c) Postupně připojte k soustavě 2 vhodné typy regulátorů a pomocí metody kritického nastavení, Ziegler-Nichols určete parametry obou regulátorů.

d) Připojte k soustavě dvoupolohový regulátor a pro zvolený pracovní bod a zvolené 2 hodnoty akčního zásahu vyjádřete graficky závislost periody limitního cyklu na hysterezi. Analogicky pak totéž zjistěte pro třípolohový regulátor s uvažováním jak hystereze, tak i necitlivosti a s ohledem na zvolený náklon resp. na zvolenou unášecí rychlost unášení dopravníku.

e) Pro stabilní uzavřený regulační obvod tvořený soustavou a vhodně zvoleným lineárním regulátorem experimentálně určete 3 body frekvenční charakteristiky popisující přenos řízení. Obdobně určete 3 body frekvenční charakteristiky popisující přenos poruchy. Zjištěné body zakreslete do frekvenční charakteristiky v komplexní rovině, a do amplitudové a fázové frekvenční charakteristiky pro zvolený pracovní bod.

f) Zvolte průběh žádané veličiny v čase a zjistěte odezvu regulované veličiny. Obdobně zvolte průběh poruchové veličiny v čase a zjistěte odezvu regulované veličiny. Dále zjistěte odezvu regulované veličiny při současném působení zvolených průběhů žádané i poruchové veličiny.

g) Stanovte statickou citlivost Sy/w výstupu y stabilního uzavřeného regulačního obvodu (tvořeného vhodně zvoleným lineárním regulátorem a danou soustavou) na řídicí veličině w. Dále určete statickou citlivost Sy/d výstupu y tohoto uzavřeného obvodu na poruchové veličině d. Obě statické citlivosti určete pro zvolený stejný pracovní bod. Jako poruchovou veličinu zvolte buď rychlost unášení dopravníku, nebo úhel naklonění dopravníku.

h) Pomocí přechodové charakteristiky soustavy zvolte periodu vzorkování pro diskrétní řízení a svoji volbu zdůvodněte.

i) Stanovte spojitý matematický model soustavy využitím zjištěné přechodové charakteristiky. Získaný model diskretizujte a určete diskrétní matematický model.


4. Poznámky k řešení


5. Virtuální úloha a nápověda k virtuální úloze

!POZOR! Aby simulace fungovaly korektně, je nutné přidat virtuální laboratoř mezi důvěryhodné servery! Návod a bližší info zde.

   


6. Odkaz na literaturu

Hofreiter, M.: Základy automatického řízení.
ČVUT, Fakulta strojní, 3. dotisk 1. vydání, 2016. 165 s. ISBN 978-80-01-05007-1
Hofreiter, M.: Základy automatického řízení – příklady.
ČVUT, Fakulta strojní, 4. přepracované vydání, 2016. 123 s. ISBN 978-80-01-05899-2
Zítek, P.: Automatické řízení. Sylaby a aplikace.
ČVUT, Fakulta strojní, 1. vydání, 2016, 96 s. ISBN 978-80-01-05887-9
Hofreiter, M., Kraus, M.: Laboratorní model "Kolejové vozidlo na nakloněné rovině"
In: Jemná mechanika a optika. 2004, roč. 8, č. 5, s. 154-157. ISSN 0447-6441