automatyka_wykady_979.doc

- 16 -

AUTOMATYKA jest to dyscyplina naukowa i techniczna zajmująca się teoria i praktyczna realizacją urządzeń sterujących obiektami technicznymi bez udział człowieka lub z ograniczonym jego udziałem. Jest podstawa teoretyczna konstruowania atomów oraz podstawa automatyzacji.

AUTOMATYZACJA jest to wprowadzenie do produkcji, transportu, pracy biurowej i innych dziedzin – urządzeń automatycznych w celu samoczynnego sterowania, regulowania obiektów technicznych oraz kontrolowania przebiegu różnych procesów.

AUTOMATYCZNY               (1) wykonujący cały cykl pracy bez udziału człowieka,                                                                       (2) wykonywany za pomocą automatu.

AUTOMAT urządzenie techniczne, którego istotną cechą jest zdolność samoczynnie wykonywania pewnego ciągu czynności zgodnie z góry przyjętym algorytmem działania.

STEROWANIE - działanie na określony układ mające na celu zapewnienie jego zachowania się w żądany sposób.

STEROWANIE RECZNE - takie, w którym człowiek spełnia role przynajmniej jednego członu układu sterowania.

STEROWANIE AUTOMATYCZNE – odbywa się bez udziału człowieka.

STEROWANIE ZDALNE – takie, przy którym sygnały sterujące (najczęściej elektryczne) przesyłane SA do obiektów sterowanych znajdujących się w znacznej odległości od urządzenia sterującego.

STEROWANIE W UKŁADZIE OTWARTYM - tj. bez sprzężenia zwrotnego tzn. bez możliwości wyeliminowania wpływu wielkości zakłócających na przebieg danego procesu.

STEROWANIE W UKŁADZIE ZAMKNIĘTYM – (REGULACJA)

REGULACJA(szczególny przypadek sterowania) utrzymywanie zadanej z góry wartości określonego parametru lub grupy parametrów danego procesu.

REGULACJA AUTOMATYCZNA taka, w której zarówno pomiar uchybu wielkości regulowanej, jak i odpowiednie zmiany warunków pracy obiektu regulacji są przeprowadzane automatycznie przez urządzenie regulujące, które przekazuje sygnały do obiektu za pośrednictwem nastawnika.

NASTAWNIK – element układu regulacji, który bezpośrednio wpływa na natężenie lub kierunek strumienia energii lub masy pośrednio zaś na wielkość regulowaną.

SYSTEM jest to zbiór elementów określonych ze sobą powiązanych stanowiących całość o określonym przeznaczeniu i scharakteryzowanych pewną liczba wielkości zwanych zmiennymi systemów.

OTOCZENIE SYSTEMU zbiór elementów spełniających warunki:

·         Zmiany zmiennych charakteryzujących te elementy oddziaływują na zmienne systemy

·         Zmiany zmiennych systemu oddziaływują na zmienne elementów tworzące otoczenie sprzężenia istniejące pomiędzy elementem a jego otoczeniem dzieli się na zmienne wejściowe i wyjściowe systemu.

ZMIENNYMI WEJŚCIOWYMI (wejściami WE) nazywamy zmienne przedstawiające oddziaływanie otoczenia na system.

ZMIENNYMI WYJŚCIOWYMI (wyjściami WY) nazywamy zmienne przedstawiające oddziaływanie systemu na otoczenie.

STAN SYSTEMÓW zbiór wszystkich zmiennych systemu, których znajomość danym momencie czasu wraz ze znajomością przyszłych przebiegów czasowych zmienych wejściowych, umożliwia określenie przyszłych przebiegów czasowych zmiennych wyjściowych.

Zmienne systemu tworzące stan systemu nazywamy, WSPÓRZEDNYMI STANU.

WSPÓŁPRACA UKŁADU AUTOMATYKI Z OBIEKTEM

PODSTAWOWE BLOKI UKŁADU AUTOMATYKI

STEROWANIE SYSTEMU to taka zmiana w czasie jego wejść, która zapewni osiągnięcia celu działania tego systemu.

WEJŚCIA DZIELI SIĘ NA:

WEJŚCIA STERUJĄCE (sterowania)mogące służyć do celowego oddziaływania na obiekt sterowania.

WEJŚCIA ZAKŁÓCAJĄCE (zakłócenia) zmieniające się w sposób zdeterminowany przez otoczenie systemu i niesłużące do celowego oddziaływania na obiekt sterowania.

STEROWANIE W TORZE OTWARTYM

I STEROWANIE ZE SPRZĘŻENIEM ZWROTNYM

Podstawowe sposoby sterowania:

-sterowanie w torze otwartym

-sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym.

Przy STEROWANIU W TORZE OTWARTYM system sterujący określa przebieg czasowy wejść sterujących obiektu w sposób niezależny od współrzędnych etapów obiektu.

Przy STEROWANIU ZE SPRZĘŻENIEM ZWROTNYM system sterujący określa przebieg czasowy wejść sterujących obiektu w zależności od niektórych lub wszystkich współrzędnych stanu.

Obiektu realizacja sterowania ze sprzężeniem zwrotnym wymaga wiec pomiaru niektórych lub wszystkich współrzędnych stanu obiektu.

Dla obwodu sposobów sterowania, przebiegu wejść sterujących obiektu może być dodatkowo uzależniony od zakłóceń oddziaływujących na obiekt.

W tym celu należy mierzyć zakłócenia a wynik pomiaru przetworzyć w systemie sterującym na taki przebieg wejść sterujących by skompensować wpływ tych zakłóceń na obiekt sterowania.

Oznaczenie schematów blokowych:

US – urządzenie sterujące

  R – regulator (urządzenie sterujące)

  Q – obiekt regulacji

  Y – wielkość regulowana (sterowana)

  W – wartość zdana wielkości regulowanej

  X – sygnał sterujący (nastawiający)

e = Y – W błąd regulacji

       Z – zakłócenia

KLASYFIKACJA UKŁADÓW AUTOMATYKI

Podział ze względu na liniowość elementów układu:

1. Układy liniowe – działanie ich można opisać z wystarczającą dokładnością za pomocą liniowego modelu matematycznego ( wszystkie elementy są liniowe, czyli o liniowej charakterystyce statycznej)
2. Układy nieliniowe – (w układzie występuje przynajmniej jeden element nieliniowy) są to elementy o nieliniowej charakterystyce statycznej.

PODZIAŁ ZE WZGLĘDU NA ZADANIE UKŁADU

1. Układy stabilizujące – układy regulacji stało wartościowe są to układy, których algorytm działania realizuje utrzymywanie wielkości sterowanej na stałej wartości (wartość zadana wielkości regulowanej jest stała) ω= const.
2. Układy programowe – algorytm realizuje zmianę wielkości sterowania według zadanego programu (ω- zadanie jest programem)
3. Układy nadążne – algorytm działania realizuje pewien przebieg wielkości sterowanej, przy czym przebieg ten nie jest z góry znany (wielkość regulowana nadąża za zakłóceniem)
4. Układy ekstremalne, w których utrzymuje się automatycznie optymalny pt. pracy zapewniający ekstremum ( max, min) na charakterystyce przedstawiającej zależność wskaźnika jakości od wielkości sterujących lub parametrów układu sterującego.
5. Układy adaptacyjne zawierają urządzenia, które których przypadku zmian własności obiektu lub oddziaływań zewnętrznych wywołują zmiany algorytmu sterowania zapewniające realizacje pożądanego działania całego układu.

PODZIAŁ ZE WZGLĘDU NA SPOSÓB DZIAŁANIA

1. Układy o działaniu ciągłym – wielkości wyjściowe wszystkich istotnych części są ……. analogowymi , są zależnymi w sposób ciągły od wartości wielkości wejściowych.
2. Układy nieciągłe – wielkości wyjściowe przynajmniej jednego z istotnych elementów urządzenia sterującego może przetwarzać wielkości wejściowe tylko w określonych momentach czasu, przy czym wielkości wyjściowe tych elementów są sygnałami próbkowanymi lub dyskretnymi.

PODZIAŁ ZE WZGLĘDU NA SPOSÓB PRZEDSTAWIANIA WYNIKÓW POMIAROWYCH, WIELKOŚCI REGULOWANYCH

1. Układy analogowe, w których wielkość regulowana jest mierzona i przetwarzana na inna wielkość fizyczną o przebiegu w czasie analogicznym jak przebieg wielkości regulowanej.
2. Układy cyfrowe, których wyniki pomiarowe i wielkości regulowanej są przetwarzane na sygnał cyfrowy i wyrażane w postaci liczby.

PODZIAŁ ZE WZGLĘDU NA LICZBE REGULACJI

1. Układy jednoparametrowe (jednoobwodowe) posiadają jedno główne sprzężenie zwrotne a nieposiadające sprzężeń zewnętrznych.
2. Układy wieloobwodowe posiadające więcej niż jedno sprzężenie główne lub pomocnicze.

Spośród układów wieloobwodowych wyróżniają się układy kaskadowe, których wielkości wyjściowe z urządzeń sterujących jednego obwodu regulacji są wielkościami zadanymi innych obwodów regulacji.

PODZIAL ZE WZGLĘDU NA LICZBE WIELKOŚCI REGULOWANYCH

1. Układy jednoparametrowe o jednej wielkości regulowanej.
2. Układy wieloparametrowe o wielu wielkościach regulowanych.

PODZIAL ZE WZGLĘDU NA RODZAJ APARATURY REGULACYJNEJ

1. Układy mechaniczne
2. Układy hydrauliczne
3. Układy pneumatyczne
4. Układy elektryczne
5. Układy mieszane

Wybrane zagadnienia z techniki cyfrowej:

- dokładność przetwarzania

- odporność na zakłócenia

- niski koszt układu

INFORMACJA CYFROWA przedstawiona jest za pomocą ciągu wektorów, których elementy mogą przyjmować wartości oznaczone symbolami 0 i 1

Przykład                                           0 0 1 1

                                                        1 1 1 1

Sygnał zerojedynkowy

                            a0

0

1 element                             - bit

                            a3              a2              a1              a0

0

0

1

1

4 elementów                                                                      

0

0

1

1

0

0

1

1

8 elementów                                                                                                                         

0

0

1

1

- bajt

16 elementów

32 elementy

Wektory informacji cyfrowej mogą mieć reprezentacje:

a)      BITOWO – RÓWNOLE w czasie, przy której wszystkie bity wektora są dostępne równocześnie np. na równoległych liniach magistrali lub w rejestrze.

              1       1       0        1       0      0        1          

b)     BITOWO – SZEREGOWE w czasie, przy którym poszczególne bity pojawiają się poczynając od bitu najmniej znaczącego na tej samej linii lub w tym samym przerzutniku, w kolejnych przyporządkowanych im „okienkach czasu” wyznaczonych przez impuls generatora także reprezentacja taka umożliwia szczególnie ekonomiczne przesyłanie wektorów informacji cyfrowej na większe odległości.

                            0   1    0         0   1

SŁOWO – bajt – wektor informacji cyfrowej dający się wpisać do pamięci mikrokomputera w trakcie jednej operacji pisania lub odczytać z pamięci operacyjnej w trakcie jednej operacji czytania ( 4,8,16,32) matryce mające wiersze zawiera wiele wierszy KB MB GB.

ADRESOWANE – jednostki 1024 – z pewnego zbioru nazywa się wzajemnie jednoznacznie przyporządkowane każdemu z wektorów informacje cyfrowe z tego zbioru innego wektora inf.cyfr. zwartego adresem

KODOWANIE INFORMACJI posługiwanie się informacjami cyfrowymi zakłada istnienie konwencji określające znaczenie (literowe, liczbowe lub inne) każdego wektora.

Konwekcje takie nazywa się KODAMI. A zatem kodem danego zbioru symboli cyfrowych znaków pisarskich (nazywamy przyporządkowaniem każdemu symbolowi z tego zbioru jednego i tyko jednego wektora informacji cyfrowej.

              11111                                          T=10000

              11011                                          5=10000

W rejestrach i komórkach pamięci mikrokomputera są przechowywane ciągi zer i jedynek. Ciągi te to słowa a poszczególne elementy bitami, słowa mogą reprezentować rozkazy lub dane przetworzone przez mikrokomputer podstawowym typem danych występujących w mikrokomputerze są liczby całkowite ze znakiem lub bez, liczb całkowite bez znaku SA kodowane naturalnym kodem dwójkowym(NB)

                            (NB)                            X=Xn-1…………….. Xi…………….. Xi X0

                            n - bitowe             

Reprezentuje w tym kodzie liczbę z przedziału od (0; 2n-1) o wartości              

Symbol K(X) oznacza informacje (liczbę) reprezentowana przez słowo dwójkowe X

K(X)*Y                            X=1101