Mechanizacja polega na stosowaniu maszyn do wykonania pracy, której część nie mogłaby być wykonana przez człowieka ze względu na szybkość i siłę.

Automatyzacja to zespół środków technicznych mających na celu zastąpienie człowieka przy powtarzających się lub wymagających bardzo szybkiej reakcji czynnościach intelektualnych.

Do czynności tych należą:

• Zbieranie, rozróżnianie i logiczne przetwarzanie informacji

• Podejmowanie właściwych decyzji i ich realizacja

Automatyzacja -> Mechanizacja

Początki automatyzacji - XIX w. związany z rozwojem technologii przemysłowych

Mechanizacja - spowodowała powstanie procesów wymagających szybkiego i precyzyjnego nadzoru

1784r. - ośrodkowy regulator prędkości obrotowej maszyny parowej {Watt)

1820r. - regulator ciśnienia gazu w sieci gazowej do oświetlania Londynu (Murdoch)

1830r. - bimetaliczny regulator temperatury (Ure)

1853r. - hydrauliczny serwomechanizm.

Współczesny postęp techniczny - rozwój automatyki

Automatyka - zajmuje się teorią i realizacją sterowania określonymi procesami bez udziału człowieka lub przy jego ograniczonym udziale

Można wyróżnić (zależnie od rozwiązań):

• Automatyzację w dziedzinach pozaprodukcyjnych (medycyna, handel, lotnictwo, żegluga, kosmonautyka, życie domowe, badania naukowe, zarządzanie)

• Automatyzacja procesów produkcyjnych (podstawowe gałęzie przemysłu chemicznego, energetyki, hutnictwa, górnictwa)

Cel automatyzacji procesów produkcyjnych

Cel automatyzacji procesów produkcyjnych - uniezależnienie wydajności i kosztów produkcji oraz jakości wytwarzanych wyrobów od wkładu pracy oraz kwalifikacji i ciągłej obserwacji personelu obsługującego urządzenia produkcyjne.

Automatyzacja (zmniejszenie obsługi) zapewnia bardziej bezpieczne i dogodniejsze warunki pracy, zwiększa natomiast zapotrzebowanie na pracowników nadzoru technicznego, technologów, automatyków, elektroników, informatyków i innych.

Do automatyzacji procesów produkcyjnych zalicza się zagadnienia związane ze sterowaniem, kontrolą, sygnalizacją, blokadami, zabezpieczeniami

Proces przemysłowy.

Proces produkcyjny - ogół działań zmierzających do przetwarzania surowców w produkty końcowe

Osiągnięcie celu - kontrola podstawowych parametrów procesu, które maja decydujący wpływ na jego przebieg.

W procesie przemysłowym wyróżnia się procesy:

• Technologiczne (nieciągłe, ciągłe, okresowe)

• Kontroli jakości

• Transportowe

• Magazynowania

Rodzaje automatyzacji

Automatyzacja konwencjonalna (procesy jednostkowe) - układy regulacji zastępują człowieka w jego najprostszych czynnościach nadzoru i kontroli:

• Strumienia cieczy w rurociągach

• Ciśnienia gazu w zbiornikach

• Temperatury w wymiennikach ciepła

Automatyzacja kompleksowa - grupa procesów jednostkowych podporządkowana centralnemu układowi sterującemu - według ustalonych kryteriów:

• Proces metalurgiczny (aglomerownie - proces konwentorowy - walcownia)

• System elektroenergetyczny (kocioł - turbina - generator)

Rekuperator : 35 - 500ºC max

Regenerator : 1100ºC max - proces oczyszczania

Względy ekonomiczne i społeczne automatyzacji

Automatyzacja umożliwia pojmowanie(?) produkcji w skali masowej.

Efekty ekonomiczne - wyrażone wartością pieniężną, gdyż wpływają na obniżkę lub wzrost kosztów własnych produkcji:

• Wzrost wydajności pracy

• Lepszą jakość produkcji dzięki zmniejszeniu strat i przestojów

• Zmniejszenie odpadów produkcyjnych i braków

• Większa moc przerobowa (zmniejszenie magazynowania)

Efekty pozaekonomiczne - sfera zagadnień społecznych:

• Konieczność nieustannego podnoszenia kwalifikacji załogi

• Wyeliminowanie ciężkich i monotonnych czynności

• Zwiększenie BHP na stanowiskach pracy

• Zmniejszenie ryzyka zagrożenia zdrowia ludzkiego

• Podnoszenie kultury pracy

System automatyzacji procesu przemysłowego

Ogólnie przez system rozumie się pewną całość złożoną z różnych części o różnych funkcjach i sposobach pracy, mającą określony cel lub wiele celów działania (techniczny, przemysłowy, ekonomiczny, administracyjny, biologiczny)

Systemem automatyzacyjnym procesu przemysłowego nazywa się zespół środków technicznych mających na celu zastąpienie człowieka przy realizacji następujących czynności związanych ze sterowaniem procesu przemysłowego:

• Zbieranie i przetwarzanie informacji w procesie

• Podejmowanie właściwych decyzji - realizacja celu

• Sterowanie na podstawie wypracowanych decyzji

• Dokumentowanie przebiegu procesu

Przypomnieć sobie następujące zagadnienia : pomiar, układ pomiarowy, pomiar lokalny, czujnik, sygnał standardowy, sygnał cyfrowy, pomiar cyfrowy

Sygnalizacja

Urządzenia sygnalizacji - zestaw elementów służących do przekazywania określonych znaków optycznych, dźwiękowych lub innych, informacyjnych o aktualnych stanach procesu

Wprowadzenie urządzeń sygnalizacji:

• Zwiększa niezawodność pracy

• Poprawia rytmiczność cyklów produkcyjnych

• Zwiększa bezpieczeństwo pracy

• Ogranicza czas trwania zakłócenia

• Zapobiega stratom

• Oszczędza aparaturę

Układy zabezpieczeń i blokad

W praktyce podział na układy blokady i zabezpieczeń nie zawsze jest wyraźny i konsekwentny. Występują one obok siebie i nierzadko spełniają podobne funkcje

Kontrola, sterowanie, regulacja

Kontrola - pomiar (uzyskanie informacji)

Sterowanie - kierowanie urządzeniem bądź procesem. Oddziaływanie na dany obiekt w sposób zamierzony mający doprowadzić do spełnienia określonego celu

Istnieją dwa sposoby sterowania

• W układzie otwartym (otwarte układy sterowania)

• W układach zamkniętych (ze sprzężeniem zwrotnym

Regulacja - połączenie sterowania z pomiarem

Układ, element

Układ - połączenie elementów, które współdziałają i wykazują pewne zadanie. Pojęcie układu nie jest ograniczone do układów fizycznych. Może być zastosowane do abstrakcyjnych zjawisk dynamicznych takich jak zjawiska spotykane w ekonomii.

Element automatyki - układ w którym wyróżniamy sygnał wejściowy i wyjściowy nazywamy elementem.

Układ otwarty

Otwarty układ sterowania - sygnał wyjściowy nie wpływa na akcję sterowania. W otwartym układzie sterowania sygnał wyjściowy, nie jest ani mierzony, ani podawany zwrotnie, dla porównania z sygnałem wejściowym.

W żadnym układzie otwartym sygnał WY (y) nie jest porównany z sygnałem WE (w) będącym odniesieniem, stąd dokładność układu zależy od wzorcowania.

u - sygnał reprezentujący sterowanie (sygnał nastawiający)

w - sygnał wymuszający,

y - sygnał sterowany

Z₁, Z₂ - sygnały zakłócające

Układ zamknięty

Układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym - zamknięty układ sterowania, czyli układ automatycznej regulacji (UAR) . Należy zamknąć pętlę oddziaływań tzn. uzależnić sterowanie od skutków, jakie to sterowanie wywołuje.

Połączenie wielkości regulacyjnej, zamykające pętle regulacji nazywa się sprzężeniem zwrotnym.

Układ, który utrzymuje wyznaczony stosunek pomiędzy sygnałem wyjściowym a będącym odniesieniem sygnałem wejściowym, poprzez porównywanie ich i wykorzystanie różnicy jako środka sterowania jest nazywany układem sterowania ze sprzężeniem zwrotnym (układem automatycznej regulacji).

Klasyfikacja układów automatycznego sterowania.

Zamknięte

Układ stabilizujący - układ o stałej wartości zadanej, który ma za zadanie zapobiegać zmianom wielkości regulowanej przy zmieniających się w czasie zakłóceniach.

Układ programowy - wartość zadana w(t) jest z góry określoną funkcją czasu, czyli zmieniającą się według pewnego programu w=f(t) [rozruch silnika maszyny wyciągowej, w której obroty silnika mają narastać liniowo]

Układ nadążny (śledzący) - wartość zadana w(t) jest funkcją czasu, przy czym jest ona nieznana (w=?). Zmiany tej funkcji nie zależą od procesu zachodzącego wewnątrz układu, ale związane są ze zjawiskami występującymi na zewnątrz.

Otwarte

Układy z kompensacją zakłócenia - likwidacja skutków zakłócenia; są wprowadzone dodatkowe bloki do układu sterowania (korektory zakłóceń)

Układy programowe - wartość zadana w(t) jest z góry określoną funkcją czasu, położenia itp.; przykładem mogą być układy regulacji obrabiarek wykonujących element o z góry określonym profilu.

Zmiana stopnia otwarcia zasuwy x powoduje zmianę położenia przysłony oraz zmianę pola powierzchni przepływowej zasuwy.

- równanie charakterystyki konstrukcyjnej

W praktyce posługujemy się zredukowanym stopniem otwarcia.

Wówczas równanie charakterystyki konstrukcyjnej zasuwy prostokątnej ma postać:

Charakterystyka konstrukcyjna

A_n - bierzące pole przepływu

zredukowany stopień otwarcia

Dla przepływów turbulentnych
, płynący przez element nastawczy opisuje równanie wynikające z bilansu energii strugi:

kg/h

α - liczba przepływu

ε - liczba ekspansji

ΔPnρ - spadek ciśnienia na elemencie nastawczym

Na strumień masy płynu mają wpływ:

• Parametry termodynamiczne p₁, p₂, T₁ poprzez α, ε, p₁, Δρ;

• Parametry konstrukcyjne elementu nastawczego takie jak wymiary i stopień otwarcia poprzez An

Dla oddzielenia tych wpływów wprowadzono pojęcia dwóch charakterystyk przepływu:

• Podstawowa

• Robocza (regulacyjna)

Podstawowa charakterystyka przepływowa określa związek między strumieniem płynu a stopnie otwarcia, przy niezmiennym spadku ciśnienia w elemencie nastawczym Δp_n=idem

Wielkość międzynarodowa - współczynnik przepływu Kv.

Współczynnik Kv wyraża strumień wody
w m³/h o gęstości ρ₁=1000 kg/m³ i kinematycznym współczynniku lepkości v₁ = 10^-6 m²/s, który przepływa przez element nastawczy o średnicy nominalnej Dn przy stopniu otwarcia X i spadku ciśnienia
Δp_n=98,1 kPa=idem

Podstawowa charakterystyka przepływowa

Powiązanie
z Kv

(dla elementów nastawczych)

Obliczanie liczby ekspansji

k=0,5 dla nasyconej pary wodnej

k=0,47 dla przegrzanej pary wodnej i gazów trójatomowych (GZ)

k=0,45 dla gazów dwuatomowych (powietrze)

k=0,42 dla gazów jednoatomowych

ε=1 woda

ε <0,1>

Z_n=Z_n1+Z_n2

Robocza charakterystyka przepływowa

Robocza, zwana regulacyjną, charakterystyka przepływowa określa związek między strumieniem płynu a stopniem otwarcia przy zmiennym spadku ciśnienia w elemencie nastawczym ΔP_N=viarab.

Element nastawczy współpracuje:

• Z siecią w skład, której wchodzą: rurociągi, kolana, trójniki, armatura odcinająca, kryzy, itp.

• Ze źródłem, a więc wentylatorem, pompą lub regulatorem ciśnienia (reduktorem)

W tych elementach występują straty ciśnienia związane z przepływem, a więc każdy z nich ma własną charakterystykę przepływową: sieć
oraz źródło

P_ź = ΔP_n + ΔP_s

Do wyznaczenia przepływowej charakterystyki sieci niezbędna jest znajomość współrzędnych jednego punktu tej charakterystyki. Najczęściej znamy max spadek ciśnienia ΔPsmax, który odpowiada maksymalnemu strumieniowi płynu
.

Dla przepływów turbulentnych jest to zależność paraboliczna:

Charakterystyki źródeł typu: wentylator lub pompa można z dokładnością dostateczną dla celów inżynierskich aproksymować wielomianem 2-go stopnia

Pomiar - to zespół czynników pomiarowych w celu ustalenia miary określonej wielkości fizycznej

Czujnik - jest to układ fizyczny lub biologiczny, który na swoją reakcję lub bodziec przekształca go w mierzalny sygnał innej wartości fizycznej

Sygnał cyfrowy - to sygnał którego dziedzina i zbiór wartości są dyskretne

Pomiar - porównanie dowolnej wielkości fizycznej lub teoretycznej z określoną wielkością porównawczą tego samego rodzaju - przyjętego za jednostkę miary

Liczba k_n wyraża stosunek dyspozycyjnego spadku ciśnienia w elemencie nastawczym ΔP_N do całkowitego, maksymalnego spadku ciśnienia w instalacji, przy czym ΔP_Smax wyraża sumaryczny, maksymalny spadek ciśnienia płynu w sieci (rurociągu, kryzie, palniku, rekuperatorze itp.)

k_N powinno wynosić od 0,2 - 0,4 (20% - 40%)

Sygnały w układach automatycznego sterowania

Sygnał w automatyce - przebieg zmian określonej wielkości fizycznej wyrażający w umowny sposób informację.

Przekazywanie informacji sygnały

Podstawowa cecha sygnału wielkość nośna (fizyczna):

• Ciśnienie powietrza lub oleju

• Napięcie lub natężenie prądu

• Siła

• Przyspieszenie lub przemieszczenie

Sygnały US

Sygnały ciągłe

Sygnały ciągłe - czas jest zmienną ciągłą (założenie).

Zapis sygnału postać parametryczna i nieparametryczna

Skok jednostkowy

Sygnał wykładniczy

Impuls Diraca

Impuls prostokątny

Funkcja liniowa

Sygnał harmoniczny

Opis UA za pomocą schematów strukturalnych

Schematy blokowe - opis złożonych układów dynamicznych

Dla każdego z bloków określony jest kierunek przepływu sygnałów oraz związek między
WE i WY ( transmitancja).

Przedstawiając schemat blokowy UA, można zredukować go do jednego bloku - transmitancja zastępcza.

Węzły zaczepne (informacyjne) - umożliwiają przekazanie tej samej informacji do kilku różnych punktów schematu blokowego (1 WE i co najmniej 2 WY)

Węzły sumacyjne - umożliwiają algebraiczne sumowanie kilku sygnałów (1WY i co najmniej 2 WE)

y(s)=x₁(s) - x₂(s)

Przekształcenia schematów blokowych

Potrzeba przekształcenia schematu blokowego - doprowadzenie do postaci dogodnej dla prowadzonych rozważań właściwości oraz warunków pracy układów automatyki

W rozbudowanych schematach blokowych wyróżnia się trzy podstawowe połączenia bloków (zależy od sposobu oddziaływania przepływających sygnałów)

• Szeregowe

• Równoległe

• Ze sprzężeniem zwrotnym

Połączenie szeregowe (kaskadowe, łańcuchowe) - sygnał wyjściowy jednego bloku jest jednocześnie sygnałem wejściowym następnego.

Połączenie równoległe - ten sam sygnał wejściowy działa równocześnie na kilku bloków a sygnał wyjściowy takiego połączenia jest sumą algebraiczną sygnałów wyjściowych z poszczególnych bloków.

Połączenie ze sprzężeniem zwrotnym - sygnał wyjściowy z bloku w torze głównym oddziałuje wstecznie na sygnał wejściowy tego bloku.

Właściwości dynamiczne.

Sygnał wejściowy nosi nazwę wymuszenia.

Odpowiedź elementu lub układu na wymuszenie standardowe nazywa się charakterystyką dynamiczną.

Przed podaniem wymuszenia sygnały x(t) i y(t) są wstanie ustalonym

Odpowiedzią skokową układu jednowymiarowego, liniowego nazywamy sygnał otrzymany na jego wejściu po podaniu na jego wejście wymuszenia skokowego przy zerowych warunkach początkowych.

Podstawowe człony automatyki i ich właściwości

Poddając analizie rzeczywisty układ sterowania, należy utworzyć taki jego model, który dobrze odwzorowuje interesujące użytkownika cechy i własności

Elementy lub układy występujące w modelu matematycznym przyjęto nazywać członami układu sterowania.

Członem (poj. Szerokie) może być: kondensator, zawór, miernik, wzmacniacz, obiekt regulacji itp.

Klasyfikacja członów ze względu na własności dynamiczne:

• Proporcjonalny

• Inercyjny (I - rzędu)

• Całkujący

• Różniczkujący

• Oscylacyjny

• Opóźniający

Człony

Człon proporcjonalny

W elemencie proporcjonalnym (bezinercyjnym), sygnał wyjściowy y(t) jest w każdej chwili proporcjonalny do sygnału wejściowego x(t)

Transmitancja operatorowa	Postać czasowa sygnału wyjściowego
	- wartość ustalona sygnału wyjściowego

Człon inercyjny I rzędu

W elemencie inercyjnym zależność między sygnałem wejściowym x(t) i wyjściowym y(t) opisana jest równaniem różniczkowym

Transmitancja operatorowa	Postać czasowa sygnału wyjściowego

Człon całkujący idealny

W elemencie całkującym sygnał wyjściowy y(t) jest proporcjonalny do całki sygnału wejściowego x(t)

Transmitancja operatorowa	Postać czasowa sygnału wyjściowego

Człon całkujący rzeczywisty (z inercją)

Człon całkujący rzeczywisty (z inercją) uwzględnia w opisie jego bezwładność

Transmitancja operatorowa	Postać czasowa sygnału wyjściowego

Człon różniczkujący idealny

W elemencie różniczkującym sygnał wyjściowy y(t) jest proporcjonalny do pochodnej sygnału wejściowego x(t) względem czasu

Transmitancja operatorowa	Postać czasowa sygnału wyjściowego

Człon różniczkujący rzeczywisty (z inercją)

Człon różniczkujący rzeczywisty (z inercją) uwzględnia w opisie jego bezwładność

Transmitancja operatorowa	Postać czasowa sygnału wyjściowego

Człon opóźniający

Sygnał wejściowy pojawia się na wyjściu elementu po czasie a.

Zależność pomiędzy sygnałem x(t) i y(t) przedstawia równanie:

Transmitancja operatorowa	Postać czasowa sygnału wyjściowego

Zagadnienia i pytania

1. W jaki sposób wyznacza się charakterystykę skokową gdy znana jest transmitancja operatorowa elementu?

2. Porównać charakterystyki skokowe elementu różniczkującego rzeczywistego, inercyjnego I - rzędu i elementu powstałego z szeregowego połączenia tych elementów.

3. Obliczyć i narysować charakterystykę czasową elementu o transmitancji przyjmując:
   τ=10s dla x(t)=2*1(t)

1. 
   

2. 
   

4. Dla elementów o podanych transmitancjach obliczyć i narysować ich charakterystyki czasowe - skokowe:

1. 
   

2. 
   

3. 
   

5. Jaki element powstanie w wyniku objęcia elementu całkującego idealnego ujemnym, proporcjonalnym sprzężeniem zwrotnym?

Obiekty regulacji

Obiekty (podobnie jak inne elementy automatyki) klasyfikuje się zwykle ze względu na ich właściwości dynamiczne

Najbardziej ogólna klasyfikacja wyróżnia jedynie cechę samodzielnego osiągania lub nie osiągania stanu równowagi trwałej po wprowadzeniu wymuszenia skokowego.

Ze względu na końcową wartość odpowiedzi skokowej rozróżnia się dwie grupy obiektów:

1. statyczne (z samowyrównaniem), których wartość odpowiedzi skokowej dąży do wartości skończonej

2. astatyczne (bez wyrównania), których wartość odpowiedzi skokowej dąży do nieskończoności

Regulatory - Wstęp

W procesach technologicznych zadanie układu regulacji polega na utrzymaniu stałej wartości wielkości regulowanej (wartość zadana x = const.). Regulację taką nazywa się stałowartością.

Utrzymaniu stałej wartości wielkości regulowanej przeszkadzają wielkości zakłócające. Zastosowanie układ automatycznej regulacji ma prowadzić do eliminacji wpływu zakłóceń na wielkość regulowaną.

Odmienną od regulacji stałowartościowej jest regulacja programowa, przy której wartość wielkości regulowanej ma zmieniać się w czasie w ustalony z góry sposób (wartość zadana x=x(t) jest zdeterminowana)

Trzecim rodzajem regulacji jest regulacja nadążna - wartość zadana zmienia się w sposób niezdeterminowany x=x(?)

Regulator - to urządzenie w UAR, które na podstawie wejściowego sygnały błędu e(t) tak kształtuje sygnał wyjściowy układu y(t), by osiągnąć żądany efekt regulacji.

Sygnał błędu e(t) zwany również uchybem regulacji wypracowuje sam regulator albo inne współdziałające z nim urządzenia.

Uchyb regulacji powstaje poprzez porównanie wartości zadanej (wzorcowej) ze zmierzoną wartością wielkości regulowanej.

Zamknięty UAR

Zadaniem regulatora jest takie oddziaływanie na obiekt regulacji sygnałem x_r, aby błąd regulacji e=x-y_m miał wartość jak najmniejszą (e0)

Regulator

W klasycznych sformułowaniach własności regulatorów rozróżnia się następujące zależności x_r(t) od e(t):

• proporcjonalną (P)

• całkową (I)

• proporcjonalno - całkową (PI)

• proporcjonalno - różniczkową (PD)

• proporcjonalno - całkowo - różniczkową (PID)

Podczas sterowania regulator dąży do utrzymania zadanej wartości sygnału regulowanego zależnie od wartości nastaw parametrów występujących w trzech blokach funkcjonalnych.

Regulator proporcjonalny P

W idealnym regulatorze proporcjonalnym sygnał wyjściowy regulatora x_r(t) jest proporcjonalny do sygnału wejściowego.

Transmitancja operatorowa	Postać czasowa sygnału wyjściowego
	kp - stały współczynnik zwany wzmocnieniem xp - zakres proporcjonalności

Zwiększenie wartości wzmocnienia albo zmniejszenie zakresu proporcjonalności przynosi ten sam efekt.

Analizując własności akcji proporcjonalnej w regulatorze można stwierdzić że:

• zastosowanie w układzie tylko regulatora P nie eliminuje błędu - wartość wyjściowa nie osiąga wartości ustalonej; można temu próbować zaradzić zwiększając wartość k_p.

• nastawiając większe wzmocnienie w regulatorze, uzyskuje się szybsze działanie, ale i większe oscylacje przebiegów, a tym samym mniejszą stabilność.

Regulator całkowy I

W idealnym regulatorze całkowym, sygnał wyjściowy xr(t) jest proporcjonalny do całki sygnału wejściowego e(t).

Transmitancja operatorowa	Postać czasowa sygnału wyjściowego
	kr -wzmocnienie regulatora Ti - stała całkowania (czas zdwojenia)

T_i - stała całkowania zwana czasem zdwojenia, który określa intensywność działania regulatora. Jest to czas, po którym odpowiedź regulatora całkowego na skokową zmianę sygnału e(t) zrówna się z sygnałem e(t)

I

P

Własności regulatora całkującego:

• reaguje nawet na najmniejsze odchyłki sygnału regulowanego, o ile tylko trwają one wystarczająco długo

• likwiduje do zera ustalony uchyb regulacji

• ze wzrostem i zmniejszeniem wartości T_i rośnie intensywność akcji całkującej regulatora

• akcja całkująca powoduje wydłużenie czasu regulacji w porównaniu
  z regulatorem P; czas regulacji jest tym dłuższy im dłuższy jest czas zdwojenia.

Regulator różniczkowy D

Sygnał wyjściowy idealnego regulatora różniczkowego x_r(t) jest proporcjonalny do pochodnej wejściowego sygnału błędu e(t)

Transmitancja operatorowa

kd - wzmocnienie regulatora

Td - stała różniczkowania (czas wyprzedzania)

Td - stała różniczkowania zwana czasem wyprzedzania, jest to czas po którym liniowo narastający sygnał wejściowy e(t)=t staje się równy sygnałowi wyjściowemu elementu różniczkującego.

D

P

Własności regulatora z akcją różniczkującą:

• regulator reaguje na kierunek i szybkość zmian odchyłki sygnału regulowanego

• skraca czas trwania procesu regulacji

• lepiej tłumi zakłócenia szybkozmienne

PID

W praktyce stosuje się 3 typy regulatorów:

• proporcjonalny P - szybki, ale nie likwiduje błędu ustalonego

• proporcjonalno - całkowy PI - likwiduje błąd ustalony, ale ma dłuższy czas regulacji; powstaje z połączenia regulatora P oraz I

• proporcjonalno - całkowo - różniczkowy PID - likwiduje błąd ustalony i jest względnie szybki; z połączenia regulatorów: P, I, D.

Regulacja dwupołożeniowa

Dobór nastaw regulatora

Gdy znana jest charakterystyka dynamiczna albo model matematyczny układu regulacji: obliczenia, programy komputerowe (znany algorytm PID)

Przy braku znajomości modelu obiektu regulacji należy skorzystać z empirycznej metody doboru nastaw (np. Zieglerai Nicholsa)

W metodzie tej najpierw wyznacza się najmniejsze wzmocnienie tzw. Krytyczne k_w, przy którym występują drgania nietłumione i układ jest na granicy stabilności. Mierzy się okres T₀ tych drgań, a następnie oblicza się wartość nastaw korzystając z wzorów:

• Regulator P k_p = 0,5K_kr

• regulator PI k_p = 0,45K_kr T_i = 0,85T₀

• regulator PID k_p = 0,6K_kr T_i = 0,5T₀ T_{d =} 0,12T₀

27

Surowiec

Proces Przemysłowy

Produkty

Energia

Odpady

Proces technologiczny

Urządzenia pomiarowe

Blok decyzji sygnalizacji

Sygnalizacja optyczna

Sygnalizacja akustyczna

Urządzenie sterujące

Obiekt sterowania

w

u

Z1

Z2

y

Układ automatycznego sterowania

konwencjonalne

rozgrywające

adaptacyjne

zamknięte

otwarte

stabilizacyjne

programowe

nadążne

z kompensacją zakłócenia

programowe

ekstremalne

samostrajalne

samooptymalizujące

dyskretny (próbkowany)

sygnał

ciągły

determistyczny

losowy

sygnał

a)

b)

dla t < 0

dla

dla

x(s)

y(s)

G(s)

y(s)

x₂(s)

x₁(s)

+

+

-

G₁(s)

G₂(s)

x₁(s)

x₂(s)

x₃(s)

G₁(s) G₂(s)

x₁(s)

x₃(s)

G₁(s)

G₂(s)

x₁(s)

x₃(s)

x₂(s)

x₄(s)

+

+

-

G₁(s)
G₂(s)

x₁(s)

x₄(s)

x(s)

x(s)

x(s)

G₁(s)

G₂(s)

x₁(s)

x₃(s)

x₂(s)

G₂(s) = 1 bezpośrednie (jednostkowe)

x₁(s)

x₂(s)

G₂(s) = k sztywne

G₂(s) = Ts podatne (elastyczne)

Regulator Gr(s)

Gx(s)

Gz(s)

Miernik Gm(s)

x

e

s

y_m

x_r

-

y

z

Obiekt
regulacji

---