background image

u

max

 

-h 

h

Ts

e

s

G

s

τ

=

)

(

y(t) 

u(t) 

u

min

 

System sterowania wielkościami ciągłymi: 
Steruje wielkościami ciągłymi w czasie, algorytm 
sterowania jest budowany w oparciu o model obiektu.  
Typowe wielkości fizyczne podlegające sterowaniu:  

 

Temperatura: wody w instalacji CO, w 
piecu, w klimatyzowanym pomieszczeniu, 

 

Prędkość i moment obrotowy silnika 
( spalinowy lub elektryczny) 

 

Ciśnienie gazu w zbiorniku, 

 

Natężenie przepływu medium w rurociągu 

 
System sterowania logicznego: 
Wszystkie sygnały w układzie są typu logicznego(„0” i 
„1” logiczne), algorytm sterowania jest konstruowany 
w oparciu o algebrę Boole’a i teorię automatów. 
Przykłady: 

 

Układ sterowania otwieraniem i 
zamykaniem bramy, 

 

Układ sterowania windy osobowej, 

 
Sterowanie sekwencyjne: 
Sterowanie o największej złożoności. Często zawiera 
w sobie układy sterowania logicznego i ciągłego. 
Stosowany gdy proces daje się podzielić na: etapy i 
działania wykonywane podczas ich trwania oraz są 
możliwe do zdefiniowania warunki logiczne na 
zakończenie etapu i rozpoczęcie następnego.  
Typowe przykłady procesów sekwencyjnych:   

 

Linia pakowania wyrobów, 

 

Pralka automatyczna, 

 

Linia montażowa. 

 

Sterowanie w układzie otwartym: 
Element sterujący nie otrzymuje żadnej informacji o 
tym, czy sterowanie przynosi oczekiwany efekt. Zalety: 
- prostota budowy, - niski koszt, 
Wady: Brak odporności na oddziaływanie zakłóceń. 

 

 

Sterowanie w układzie zamkniętym: 

 

Dzięki obecności sprzężenia zwrotnego element 
sterujący ( sterownik) otrzymuje informacje o 
rezultatach sterowania i może tak zmieniać sygnał 
sterujący, aby osiągnąć zamierzony efekt. 

Z

Z

a

a

s

s

a

a

d

d

a

a

 

 

d

d

z

z

i

i

a

a

ł

ł

a

a

n

n

i

i

a

a

 

 

z

z

a

a

m

m

k

k

n

n

i

i

ę

ę

t

t

e

e

g

g

o

o

 

 

u

u

k

k

ł

ł

a

a

d

d

u

u

 

 

r

r

e

e

g

g

u

u

l

l

a

a

c

c

j

j

i

i

:

:

 

 

R

R

e

e

g

g

u

u

l

l

a

a

t

t

o

o

r

r

 

 

m

m

u

u

s

s

i

i

 

 

p

p

o

o

d

d

a

a

w

w

a

a

ć

ć

 

 

t

t

a

a

k

k

i

i

 

 

s

s

y

y

g

g

n

n

a

a

ł

ł

 

 

 

 

s

s

t

t

e

e

r

r

u

u

j

j

ą

ą

c

c

y

y

 

 

n

n

a

a

 

 

o

o

b

b

i

i

e

e

k

k

t

t

 

 

r

r

e

e

g

g

u

u

l

l

a

a

c

c

j

j

i

i

,

,

 

 

a

a

b

b

y

y

 

 

w

w

y

y

j

j

ś

ś

c

c

i

i

e

e

 

 

u

u

k

k

ł

ł

a

a

d

d

u

u

 

 

m

m

i

i

a

a

ł

ł

o

o

 

 

t

t

a

a

k

k

ą

ą

 

 

s

s

a

a

m

m

ą

ą

 

 

w

w

a

a

r

r

t

t

o

o

ś

ś

ć

ć

,

,

 

 

j

j

a

a

k

k

 

 

w

w

a

a

r

r

t

t

o

o

ś

ś

ć

ć

 

 

z

z

a

a

d

d

a

a

n

n

a

a

,

,

 

 

 

 

n

n

i

i

e

e

z

z

a

a

l

l

e

e

ż

ż

n

n

i

i

e

e

 

 

o

o

d

d

 

 

z

z

a

a

k

k

ł

ł

ó

ó

c

c

e

e

ń

ń

 

 

w

w

y

y

s

s

t

t

ę

ę

p

p

u

u

j

j

ą

ą

c

c

y

y

c

c

h

h

 

 

w

w

 

 

u

u

k

k

ł

ł

a

a

d

d

z

z

i

i

e

e

 

 

(

(

 

 

w

w

 

 

p

p

r

r

z

z

y

y

p

p

a

a

d

d

k

k

u

u

 

 

u

u

k

k

ł

ł

a

a

d

d

u

u

 

 

s

s

t

t

e

e

r

r

o

o

w

w

a

a

n

n

i

i

a

a

 

 

w

w

i

i

e

e

l

l

k

k

o

o

ś

ś

c

c

i

i

ą

ą

 

 

c

c

i

i

ą

ą

g

g

ł

ł

ą

ą

 

 

j

j

e

e

s

s

t

t

 

 

t

t

o

o

 

 

r

r

ó

ó

w

w

n

n

o

o

w

w

a

a

ż

ż

n

n

e

e

 

 

w

w

a

a

r

r

u

u

n

n

k

k

o

o

w

w

i

i

,

,

 

 

ż

ż

e

e

 

 

u

u

c

c

h

h

y

y

b

b

 

 

r

r

e

e

g

g

u

u

l

l

a

a

c

c

j

j

i

i

 

 

m

m

u

u

s

s

i

i

 

 

b

b

y

y

ć

ć

 

 

r

r

ó

ó

w

w

n

n

y

y

 

 

z

z

e

e

r

r

o

o

)

)

 

 

Zaletą jest duża dokładność działania układu. 
Wady: •Skomplikowana budowa, •Wyższy koszt 

 

Zamknięty układ sterowania rzeczywistego procesu 
przemysłowego i funkcje jego elementów: 

 

Czujnik pomiarowy:  
Zamiana sygnału wielkości regulowanej  mierzonej na 
inną postać, łatwiejszą do dalszej

 

obróbki ( najczęściej 

zamiana wielkości nieelektrycznej na elektryczną).

 

Np. 

wyłączniki termiczne, czujnik obecności elementu

 

(binarne) lub termopary, sensory ciśnienia (ciągłe) 
Przetwornik pomiarowy:  
•Wzmocnienie sygnału z czujnika pomiarowego, 

•Stworzenie warunków do unifikacji aparatury w 
zakresie dopasowania wejść i wyjść.  
Przetwornik międzysystemowy:  
•Zamiana jednego sygnału znormalizowanego na inny. 
Jest stosowany w sytuacjach, gdy w obrębie jednego 
układu regulacji łączymy urządzenia różnych 
systemów ( np.  ciśnieniowe i elektryczne ). 
Funkcje regulatora (sterownika):  
     Funkcja podstawowa: 
•realizacja określonego algorytmu regulacyjnego. 
     Funkcje dodatkowe: 
•Monitorowanie przebiegu procesu,  
•Realizacja sterowania ręcznego, 
•Sygnalizacja przekroczenia wartości alarmowych 
przez zmienne procesowe, 
•Komunikacja z innymi elementami systemu ( np. 
nadrzędnym komputerem ).  
Urządzenia wykonawcze: 
Siłownik (pneumatyczny, hydrauliczny, elektryczny): 
Zwiększenie mocy sygnału sterującego, aby był on w 
stanie oddziaływać na proces. 
Element nastawczy ( zawór, zasuwa, dozownik, palnik, 
itp.): bezpośrednio oddziałuje na proces 

 

Odpowiedź skokowa dużej klasy rzeczywistych 
obiektów regulacji ma postać y(t). Może być  
aproksymowana modelem o odpowiedzi skokowej ym 
(t) 

 

 

Transmitancja zastępcza:  
 
 
gdzie: – wzmocnienie statyczne obiektu, 

τ

 - zastępczy czas opóźnienia ( czas martwy) obiektu, 

T – zastępcza stała czasowa obiektu   
 Stosunek

τ

/t - miara trudności regulacji procesu. Im ten 

stosunek jest większy,

 

tym regulacja jest trudniejsza.

  

 Układ regulacji II położeniowej: 

 

Jest to układ regulacji prosty i tani w 
realizacji, 

 

Jakość regulacji jest niska ze względu na 
oscylacje wielkości regulowanej  

 

Układ regulacji II położeniowej ze statycznym 
obiektem regulacji (np. piec) 

 

 

 

Jako regulator można stosować 
przekaźnik o charakterystyce 
asymetrycznej.  

Przebiegi czasowe w układzie: 

 

-W układzie występują oscylacje wielkości 
regulowanej i nie da się ich uniknąć. 
-Zwiększenie amplitudy oscylacji powoduje 
zmniejszenie częstotliwości przełączeń, 
-Zwiększenie częstotliwości przełączeń powoduje 
zmniejszenie amplitudy oscylacji, 
-Rozszerzenie szerokości histerezy h powoduje 
zwiększenie amplitudy oscylacji,  
-Im większa wartość czasu martwego obiektu 

τ

, tym 

większa amplituda oscylacji w układzie,  
-Im większa wartość stałej czasowej obiektu T, tym 
mniejsza częstotliwość przełączeń. 

Układ regulacji II położeniowej z astatycznym 
obiektem regulacji (np. piec) 

 
 
 
 

 
 
 
 

 

Jako regulator należy  zastosować 
przekaźnik z symetryczną 
charakterystyką( umin = - umax 

 

Wartość średnia wielkości regulowanej 
nie zależy od poziomu wartości zadanej. 

 

 

 

Regulator PID w wersji ci

ą

głej   

 

Nastawy regulatora: 
kr – wzmocnienie, 
Ti  - czas całkowania ( zdwojenia) 
TD – czas ró

ż

niczkowania. 

Cel stosowania poszczególnych cz

ęś

ci regulatora: 

•Cz

ęść

 proporcjonalna (P):  

Generuje sygnał steruj

ą

cy proporcjonalny do 

wielko

ś

ci uchybu ( czyli ró

ż

nicy pomi

ę

dzy 

wielko

ś

ci

ą

 regulowan

ą

 i zadan

ą

). Jej miar

ą

 jest 

wzmocnienie k. Zwi

ę

kszenie wzmocnienia 

prowadzi do pogorszenia jako

ś

ci regulacji i utraty 

stabilno

ś

ci układu. 

•Cz

ęść

 całkuj

ą

ca (I): 

Zapami

ę

tuje „histori

ę

” sterowania ( całkuje uchyb) 

co powoduje eliminacj

ę

 uchybu ustalonego w 

układzie. Miar

ą

 jej oddziaływania jest czas 

całkowania Ti ( UWAGA: im wi

ę

kszy, tym 

całkowanie słabsze!). Całkowanie spowalnia 
działanie układu i pogarsza stabilno

ść

Cz

ęść

 ró

ż

niczkuj

ą

ca (D): 

Reaguje na zmiany warto

ś

ci uchybu ( ró

ż

niczkuje 

uchyb). Miar

ą

 jej oddziaływania jest czas 

ż

niczkowania TD . Dzi

ę

ki temu przyspiesza 

działanie układu regulacji oraz poprawia 
stabilno

ść

.  

Regulator PID w wersji dyskretnej: 
Tak jak wy

ż

ej ale nale

ż

y zało

ż

y

ć

-Okres próbkowania jest równy Tp
-Dyskretne chwile czasu s

ą

 oznaczane przez 1, 

2, …, n-1, n, n+1, …. 
- Warto

ś

ci sterowania i uchybu w dyskretnych 

chwilach czasu oznaczamy przez u

n

  oraz e

n

.  

-Pochodn

ą

 zast

ę

pujemy ilorazem ró

ż

nicowym, 

-Całk

ę

 zast

ę

pujemy w najprostszym wypadku 

sum

ą

. 

 
 

 
 
 

 

 

u(t)=1

 cz

y(t

y(t) 

y

m

(t

ττττ

 

u

y

k

ust

=

u

ma

-h 

h

y(t) 

u(t) 

u

min

 

 

0

 

50

 

10
0

 

15
0

 

20
0

 

25
0

 

30
0

 

0

 

0.
5

 

1

 

1.
5

 

2

 

2.
5

 

3

 

3.
5

 

4

 

0

 

5
0

 

10
0

 

15
0

 

20
0

 

25
0

 

30
0

 

0

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

9

 

1
0

 

2h 

ττττ

 

ττττ

 

ττττ

 

ττττ

 

ττττ

 

ττττ

 

0

 

5
0

 

10
0

 

15
0

 

20
0

 

25
0

 

30
0

 

-
6

 

-
4

 

-
2

 

0

 

2

 

4

 

6

 

1

)

(

+

=

Ts

ke

s

G

s

τ

1

)

(

+

=

Ts

ke

s

G

s

τ