KWALIFIKACJA ELM5 - STYCZEŃ 2016

PYTANIE NR 24.
Na podstawie charakterystyki regulatora PI, przedstawionej na rysunku, wyznacz wartość stałej czasowej TI.
Ilustracja przedstawia dwa wykresy związane z charakterystyką regulatora PI (Proporcjonalno-Całkującego) w kontekście
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
W regulatorze PI stała czasowa TI (czas całkowania) wynika z punktu charakterystycznego na wykresie: tam, gdzie wpływ członu całkującego zaczyna dominować lub gdzie następuje "załamanie" charakterystyki. Z odczytu z rysunku TI odpowiada wartości 3 s, a pozostałe czasy nie spełniają warunku odczytu z krzywej.

Pełne wyjaśnienie:

Regulator PI łączy dwa mechanizmy: człon proporcjonalny (P), który reaguje natychmiast na uchyb, oraz człon całkujący (I), który narasta w czasie i eliminuje uchyb ustalony. Parametr TI nazywa się stałą czasową całkowania (czasem całkowania) i opisuje "szybkość" narastania działania całkującego względem proporcjonalnego.

W zadaniu TI należy wyznaczyć z charakterystyki przedstawionej na rysunku. W zależności od tego, jaki to typ charakterystyki (np. odpowiedź na skok lub charakterystyka częstotliwościowa), odczyt opiera się na punkcie, który jednoznacznie odpowiada TI:

  • Jeśli jest to charakterystyka częstotliwościowa, to TI jest związane z częstotliwością graniczną/załamania członu całkującego: w typowych ujęciach jest to okolica, w której zmienia się nachylenie wykresu lub gdzie wkład członu I "dogania" wkład P. Po odczytaniu tej częstotliwości przelicza się ją na czas zgodnie z relacją odwrotności (czas jest odwrotnością częstości w odpowiedniej jednostce).
  • Jeśli jest to odpowiedź skokowa, to część całkująca powoduje rampę (narastanie liniowe) składnika sterowania; TI wiąże się z takim odcinkiem czasu, po którym narastający wkład całkowania osiąga określony poziom względem wkładu proporcjonalnego (zgodnie z definicją używaną przy danym sposobie prezentacji charakterystyki).

Poprawna odpowiedź "TI = 3 s" wynika z bezpośredniego odczytu punktu odpowiadającego stałej czasowej (lub z odczytu wartości pośredniej i przeliczenia zgodnie z definicją zastosowaną na wykresie).

Odpowiedzi "TI = 1 s" oraz "TI = 2 s" są typowymi wynikami błędów odczytu (np. pomylenie działek, nieuwzględnienie skali logarytmicznej albo wskazanie niewłaściwego punktu charakterystycznego). Odpowiedź "TI = 4 s" zwykle wynika z odczytania wartości z sąsiedniego punktu lub z przyjęcia zbyt dużego przedziału czasu/częstotliwości.

Wskazówka egzaminacyjna: zawsze sprawdź opis osi i jednostki oraz to, czy wykres pokazuje czas (s), częstotliwość (Hz) czy pulsację (rad/s). Dopiero potem odczytuj punkt związany z TI i ewentualnie wykonaj konieczne przeliczenie.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Regulator PI to układ sterowania z członem proporcjonalnym i całkującym. Proporcjonalny reaguje szybko na uchyb, a całkujący narasta w czasie i pomaga usuwać uchyb ustalony. Stosuje się go m.in. do stabilizacji prędkości, temperatury czy napięcia.
TI (czas całkowania) określa, jak szybko człon całkujący "buduje" swoje działanie. Mniejsza wartość zwykle oznacza silniejsze/szybsze całkowanie, a większa – wolniejsze. W praktyce TI wpływa na szybkość likwidacji uchybu i ryzyko przeregulowania.
Najpierw ustal typ wykresu i jednostki osi (czas, Hz, rad/s). Następnie znajdź punkt charakterystyczny przypisany TI: np. miejsce zmiany nachylenia w charakterystyce częstotliwościowej lub czas wynikający z definicji relacji między wkładem P i I w odpowiedzi skokowej.
TI jest parametrem czasowym opisującym dynamikę całkowania, więc ma wymiar czasu. Nawet jeśli odczytujesz punkt na osi częstotliwości, zwykle wykonujesz przeliczenie na czas (odwrotność częstości w odpowiedniej jednostce), aby otrzymać wynik w sekundach.
Tak, to częsty błąd. TI dotyczy całkowania (eliminacji uchybu ustalonego), a TD dotyczy różniczkowania (reakcji na szybkość zmian). Na wykresach oba parametry mogą być wyznaczane z innych punktów charakterystycznych.
Najczęściej: pomylenie skali (logarytmiczna vs liniowa), pomylenie Hz z rad/s, odczyt z niewłaściwej osi, wskazanie złego punktu (np. początku rampy zamiast punktu definicyjnego) oraz brak przeliczenia odwrotności, gdy wykres jest w dziedzinie częstotliwości.
Za małe TI (szybkie całkowanie) może zwiększać ryzyko przeregulowania i oscylacji, zwłaszcza gdy obiekt jest wolny. Za duże TI (wolne całkowanie) może powodować długie dochodzenie do wartości zadanej i wolną likwidację uchybu ustalonego.
Regulator PI jest korzystny, gdy sam człon P zostawia wyraźny uchyb ustalony (np. w stabilizacji napięcia z obciążeniem). Człon całkujący pomaga go zredukować, poprawiając dokładność. Trzeba jednak uważać, bo zwiększa wrażliwość na opóźnienia i może pogarszać stabilność.
Sprawdź spójność jednostek i rząd wielkości: TI powinno pasować do "tempo" zmian widocznych na wykresie. Jeśli wykres jest częstotliwościowy, upewnij się, że zastosowałeś właściwą odwrotność (i ewentualnie przeliczenie między Hz a rad/s).
Często wystarczy odczyt z wykresu, ale czasem potrzebne jest krótkie przeliczenie (np. odwrotność częstotliwości lub konwersja jednostek). Na egzaminie warto zapisać krok przeliczenia, by uniknąć błędu z jednostkami i nie zgubić punktów za tok rozumowania.
info

Statystycznie 37% uczniów zna prawidłową odpowiedź. bardzo trudne

Eksperci podkreślają: "Z odczytu z rysunku TI odpowiada wartości 3 s, a pozostałe czasy nie spełniają warunku odczytu z krzywej."

Źródła:

  • NPTEL (IIT) – Control Engineering: PID Controllers (materiały kursowe), https://nptel.ac.in/courses/108/106/108106098 (dostęp: 2026-02-28)
  • Wikipedia – PID controller (sekcja o PI/PID i zależnościach parametrów), https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller (dostęp: 2026-02-28)
  • Åström, K.J.; Hägglund, T.: "PID Controllers: Theory, Design, and Tuning" (wydanie książkowe; rozdziały dot. znaczenia czasu całkowania i interpretacji charakterystyk)

Materiały:

  • Podręczniki z automatyki: rozdziały o regulatorach P/PI/PID i interpretacji nastaw
  • Notatki/ćwiczenia laboratoryjne z identyfikacji i regulacji (odpowiedź skokowa, Bode)
  • Materiały producentów sterowników/regulatorów (opisy parametrów: czas całkowania, wzmocnienie)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego