REGULERING MED PULSBREDDEMODULERT
(PWM-) PÅDRAG

• Bilde av simulatorens frontpanel
• Hva trengs for å kunne kjøre simulatoren? Les for å få siste informasjon!
• Tips for bruk av simulatoren
• Simulatoren: regsys_pwm.exe (klikk for å laste ned). Simulatoren kjører umiddelbart etter nedlasting ved å trykke Åpne i nedlastingsvinduet. Alternativt kan du først lagre en kopi av exe-filen på en selvvalgt katalog på PC'en og deretter kjøre exe-filen, hvilket starter simulatoren.

Beskrivelse av systemet som simuleres

I denne simulatoren simuleres et reguleringssystem der regulatorens styresignal er pulsbreddemodulert. Prosessen som reguleres med PWM-pådrag i denne simulatoren, er gitt ved en transferfunksjonsmodell i form av to tidskonstanter i serie med en tidsforsinkelse. Prosessen er påvirket av en forstyrrelse (som dynamisk sett virker på samme sted i prosessen som der pådraget virker).

Pulsbreddemodulering betegnes ofte PWM (pulse width modulation). Poenget med PWM er å oppnå tilnærmet kontinuerlig (jevn) pådrag på en prosess vha. kun et av/på-element, som vi her kan kalle PWM-elementet, som i praksis gjerne er et SSR-rele (solid state relay). PWM går ut på å holde elementet passe lenge i på-stilling (og i av-stilling) slik at resulterende gjennomsnittlig pådragssignal er som spesifisert. PWM-elementer opererer med en gitt periodetid, T_p, som kan være f.eks. 1 sekund. Den prosentvise delen av perioden som PWM-elementet er i på-stilling, kalles duty cycle (D), som altså er et tall mellom 0% og 100%. Se figur 1.

Figur 1

Generelt gjelder at jo mindre PWM-perioden T_p velges, jo jevnere (mer kontinuerlig) blir det resulterende pådraget fra PWM-elementet. PWM er ikke egnet for mekaniske pådragsorganer pga. slitasje.

Mål

Målet med denne simulatoren er å få en forståelse av hvordan pulsbreddemodulering virker og å se hvordan reguleringen arter seg i et reguleringssystem der pådraget er pulsbreddemodulert.

Motivasjon

PWM er en viktig styringsteknikk og brukes gjerne til styring av halvlederbaserte brytere, som SSR-releer (solid state relay) for styring av motorer eller varmeelementer.

Oppgaver

Det normale arbeidspunktet defineres som y_m = 75 og v = 0.

1. Sett regulatoren i manuell modus. Forstyrrelsen kan være 0. PWM-elementets periode kan settes lik 1 sek. Styr prosessen med pådrag (u₀) lik 75%. Observer PWM-signalet. Er det beregnede gjennomsnittlige PWM-signal ca. 75%, slik det jo bør være?
2. Sett regulatoren i automatisk modus. Sett y_mr = 75. Regulatoren kan være en PI-regulator med K_p = 3,5 og T_i = 6,0 (som er funnet med Ziegler-Nichols' lukket sløyfe-metode). Virker reguleringssystemet tilfredsstillende mht. stabilitet og gjennomsnittlig reguleringsavvik?
3. Bruk nå en PID-regulator med K_p = 4,8, T_i = 3,5 og T_d = 0,9 (som er funnet med Ziegler-Nichols' lukket sløyfe-metode). Sett y_mr = 75. Hva er reguleringsavviket? Hvordan arter PWM-pådraget seg? Kan du forklare hvorfor pådraget er mer urolig med PID-regulatoren enn med PI-regulatoren?

[KYBSIM] [TechTeach]

Oppdatert 11.9.04. Utviklet av Finn Haugen. E-postadresse: finn@techteach.no.