1. Wyjaśnij pojęcia.
Automatyka – dyscyplina nauk i technik zajmująca się teorią i praktyczną realizacją nadzoru i
sterowania obiektami technologicznymi bez udziału lub z ograniczonym udziałem człowieka.
W automatyce wyst. podstawowe działy: podstawy teoretyczne automatyki, budowa
elementów i urządzeń automatyki, zastosowanie automatyki
Automatyzacja – przedmiotem automatyzacji mogą być różnorodne procesy zachodzące w
otaczającym nas świecie, takie jak np. procesy zarządzania itp. Są to procesy technologiczne
związane z produkcyjną działalnością człowieka.
Teoria sterowania – sterowanie jest to więc celowe oddziaływanie na obiekt za
pośrednictwem wielkości wejściowych, aby jego wielkości wyjściowe przyjęły określoną
postać lub wartość.
Sterowanie ręczne – w sterowaniu ręcznym na strumień wejściowy (zmiana jego wartości)
wpływa człowiek.
Sterowanie automatyczne – sygnały wejściowe do obiektu wprowadzane są za pomocą
specjalnego urządzenia, nazywanego urządzeniem sterującym
Sygnał wejściowy – strumienie podlegające zmianom sterowania nazywa się sygnałami
wejściowymi
Sygnał wyjściowy – są to strumienie wyjściowe z układu
Sygnał uchybu – różnica między wartością zadaną sygnału oraz wartością sygnału
wyjściowego w stanie nieustalonym.
Regulator – wykonuje podstawową funkcję układu regulacji. Przetwarza on sygnał uchybu e
na odpowiedni sygnał u, sterujący obiektem. Algorytm tego przetwarzania decyduje o jakości
regulacji. Funkcję regulatora spełnia odpowiedni algorytm, który jest zwykle realizowany za
pomocą techniki mikroprocesorowej.
Człon wykonawczy – zadaniem jego jest nastawienie wielkości wejściowych obiektu, przy
niejednokrotnie niezbędnej przy tym dużej mocy. Zajmuje on położenie między regulatorem a
obiektem. Przetwarza on sygnał wyjściowy z regulatora na sygnał o naturze fizycznej
przystosowanej do sterowania obiektem.
Obiekt sterowania – jest to element specjalny, dla którego projektowany jest układ
automatycznej regulacji, czyli są dobierane pozostałe elementy. Obiekt nie jest zależny od
pozostałych elementów.
Sprzężenie zwrotne - oddziaływanie sygnałów stanu końcowego (wyjściowego) procesu
(systemu, układu), na jego sygnały referencyjne (wejściowe). Polega na otrzymywaniu przez
układ informacji o własnym działaniu (o wartości wyjściowej). Matematycznym,
jednoznacznym opisem bloku gałęzi zwrotnej jest transmitancja. Informacja ta może być
modyfikowana przez transmitancję bloku gałęzi zwrotnej.
Przetwornik pomiarowy - jego zadaniem jest przetwarzanie wielkości regulowanej y na y’,
która poprzez węzeł sumujący może być bezpośrednio wprowadzona do elementu
regulacyjnego np. jeśli y to temperatura to y’ jest napięciem, to przetwornik pomiarowy musi
przetworzyć temperaturę na napięcie. Przetwornik pomiarowy jest więc układem
przetwarzającym daną wielkość fizyczną na wielkość o innym charakterze.
2. Wyjaśnić istotę sterowania w układzie otwartym i zamkniętym. Przykłady
Sterowanie w układzie otwartym ma miejsce w strukturze powstałej z pewniej liczby członów
połączonych szeregowo. Wielkością sterującą, zmienianą w sposób świadomy, oddziałuje na
obiekt sterowania, aby wielkość wyjściowa przyjmowała określoną wartość. Zmiana
wielkości wyjściowej odbywa się zgodnie z danymi zależnościami fizycznymi i połączeniami,
przy czym wielkość wyjściowa nie wpływa na wielkość wejściową. Ponieważ na obiekt mogą
działać zakłócenia, wielkość wyjściowa pod wpływem tych zakłóceń często odchyla się
znacznie od wartości żądanej. (Rysunek do tego taki sam jak w sterowaniu automatycznym)
Jako przykład posłuży nam sterowanie samochodem, przy czym zależy nam na utrzymaniu
stałej jego prędkości. W tym przypadku układem jest samochód, wielkością wyjściową
układu - prędkość, wielkością wejściową - przesunięcie pedału gazu, a wartością zadaną -
pożądana prędkość.(wikipedia Power ;])
Sterowanie w układzie zamkniętym(inaczej ze sprzężeniem zwrotnym) – urządzenie sterujące
wyznacza wartość sterującego u(t) na podstawie wartości sygnału wejściowego w(t) i
wyjściowego y(t). Sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym może odbywać się w sposób ręczny
lub automatyczny. Sterowanie ręczne polega na tym, że człowiek obserwuje osobno w(t) i y(t)
lub ich różnicę, a następnie tak dobiera wartość sygnału sterującego u(t) aby sygnał e(t) był
bliski zeru. W układzie regulacji automatycznej urządzenie sterujące przetwarza sygnał e(t)
na wartość sygnału sterującego u(t). Zastosowanie układów zamkniętych można znaleźć we
wzmacniaczach akustycznych.
3. Wady i zalety sterowania w układzie zamkniętym i otwartym
zalety sterowania układu otwartego
-prostota w obsłudze
wady sterowania układu otwartego
-duża czułość na zakłócenia i zmiany obiektu sterowania w czasie
zalety sterowania układu zamkniętego
-szybka reakcja na zewnętrzne zakłócenia mierzalne
wady sterowania układu zamkniętego
-czułość na zakłócenia niemierzalne i zmiany w samym obiekcie
-bez pomiaru zakłóceń reakcja urządzenia sterującego nastąpi dopiero po pojawieniu się
symptomów zakłócenia w sygnale Y
4. Czym różni się sterowanie od regulacji
5. Podstawowe zadania układów automatycznej:
-kontroli – ocena stanu obiektu(obiekt sprawny lub uszkodzony)
-sygnalizacji – przekazanie informacji o poprawnym działaniu/uszkodzeniu układu
operatorowi układu (za pomocą wskaźników optycznych, akustycznych lub informacji na
monitorze komputera)
-blokady i zabezpieczeń – np. automatyczne wyłączenie obiektu z sieci lub automatyczne
wstrzymanie niektórych strumieni.
6. Klasyfikacja układów automatyki
-podział ze względu na zadanie układu(układy stabilizacji, śledzące, programowe, optymalne,
przełączające)
-podział ze względu na liniowość elementów układu (układy linowe, nieliniowe)
-podział ze względu na charakter sygnału (układy ciągłe i dyskretne)
-podział ze względu na charakter układu (układy statyczne i dynamiczne)
-podział ze względu na liczbę wejść i wyjść (układy jedno i wielowymiarowe)
-podział ze względu na charakter zmienności wymuszeń i parametrów (układy
deterministyczne i stochastyczne)
-podział ze względu na zdolność do samoczynnego nastrajania (układy zwykłe i adopcyjne)
-podział ze względu na zmienność struktury (układy o stałej i zmiennej strukturze)
7. Przykłady układów:
-śledzących - radarowy układ nadążny, układ sterowania ogniem artylerii przeciwlotniczej wg
wskazań radarów
-stabilizujących – stabilizatory napięcia stałego
-optymalnych - Na przykład w przypadku satelity, steruje się ciągami silników, które
sprowadzają go na pożądaną trajektorię, tak by zużyć możliwie najmniej paliwa.
-przełączających – bramki logiczne
-programowych - ???
8. Istota oraz podstawowe właściwości ciągłego przekształcania Laplace’a
Przekształcanie to można stosować do rozwiązywania równań różniczkowych.
Przekształcenie to daje następujące korzyści:
-włącza automatyczne warunki początkowe
-rozwiązanie uzyskuje się przez proste operacje algebraiczne
-praca jest usystematyzowana
-umożliwia proste ujęcie nieciągłych sygnałów wejściowych
-rozwiązania ogólne i szczególne uzyskuje się jednocześnie
Podstawowe właściwości przekształceń:
-liniowość
-przesunięcie w dziedzinie zmiennej rzeczywistej
-przesunięcie w dziedzinie zmiennej zespolonej
-różniczkowanie w dziedzinie zmiennej rzeczywistej
-transformata funkcji okresowej
- wartość końcowa i początkowa
9. Sposoby wyznaczania oryginału transformaty Laplace’a
to te wykurwitne wzory co były na wykładzie i ćwiczeniach