WSTĘP
Większość studentów odrabiających laboratorium automatyki uczestniczy w prowadzonych równolegle wykładach, związanych z podstawami automatyki. W związku z tym zwłaszcza w pierwszych tygodniach mogą wystąpić trudności, wynikające z konieczności szybkiego przyswojenia terminologii tzw. pojęć podstawowych. Wydaje się więc celowe wyjaśnienie niektórych ważniejszych określeń i definicji.
Sygnał - umowna cecha określonej wielkości fizycznej zawierająca informację.
Linia łącząca - łącze zapewniające przekazywanie informacji bez zniekształceń.
Człon - element o jednym sygnale wejściowym i jednym wyjściowym, przetwarzający informacje (mnożenie przez stałą, różniczkowanie, całkowanie)
Wielkość regulowana (y) - cecha fizyczna obiektu, charakteryzująca stan obiektu i przyjęta jako regulowany parametr, np. prędkość obrotowa wału silnika, temperatura pomieszczenia, ciśnienie pary w walczaku itp.
Wartość zadana (yz) - sygnał reprezentujący pożądaną w danej chwili wartość wielkości regulowanej (sterowanej).
Odchyłka (błąd, uchyb) regulacji - różnica między wartością zadaną, a zmierzoną wartością wielkości regulowanej (e = yz - y).
Przekształcenie Laplace'a - przekształcenie całkowe, polegające na przyporządkowaniu funkcji zmiennej czasowej f(t), nazywanej oryginałem, funkcji zmiennej zespolonej F(s), nazywanej transformatą.
(1)
lub
(2)
gdzie: s - zmienna zespolona,
Transmitancja operatorowa - stosunek transformaty sygnału wyjściowego do transformaty sygnału wejściowego, przy zerowych warunkach początkowych (rysunek 1)
x(t) y(t)
Rys.1.Sposób przedstawiania obiektu na schematach:
x(t) - sygnał wejściowy, y(t) - sygnał wyjściowy
(3)
gdzie:
- transformata Laplace'a sygnału wyjściowego członu (obiektu),
- transformata Laplace'a sygnału wejściowego członu (obiektu).
Właściwości obiektu - wiążą się ze sposobem przetwarzania sygnałów wejściowych na wyjściowe, przy czym istotne są warunki przetwarzania, które mogą odpowiadać bądź stanom statycznym w obiekcie, bądź dynamicznym.
Przez statyczne warunki przetwarzania rozumie się przetwarzanie w stanach ustalonych, w których zarówno sygnały wejściowe, jak i wyjściowe mają ustalone wartości, a ich pochodne przyjmują wartości zerowe.
Związki między sygnałami wejściowymi a wyjściowymi w warunkach statycznego przetwarzania określają właściwości statyczne obiektu, np.:
(obiekt liniowy) (4)
(obiekt nieliniowy) (5)
Związki między sygnałami wejściowymi a wyjściowymi obiektu w warunkach nieustalonych określają jego właściwości dynamiczne, które mogą być opisane za pomocą czasowych równań różniczkowych. Dla obiektów liniowych przyjęto opisywać te związki za pomocą równań różniczkowych liniowych o stałych współczynnikach.
Jeśli założy się, że badany obiekt ma tylko jeden sygnał wejściowy i jeden wyjściowy, to równanie różniczkowe jest postaci:
(6)
W statycznych warunkach przetwarzania równanie (6) sprowadza się do równania (4).
Stosując transformatę Laplace'a, z równania (6) dla zerowych warunków początkowych, uzyskuje się transmitancję operatorową obiektu
(7)
Dla obiektów realizowalnych fizycznie musi być spełniony warunek n≥m.
Współczynniki równań (6) i (7) mają wartości stałe, które są nazywane
- stałe czasowe,
-współczynniki wzmocnienia.
Odpowiedź (charakterystyka ) skokowa jest to, przedstawiony w czasie, przebieg zmian sygnału wyjściowego obiektu (układu) pod wpływem wymuszenia skokowego. Wiąże się z tym pojęciem tzw. metoda skokowa, stosowana powszechnie w eksperymentalnym badaniu właściwości dynamicznych obiektów (elementów, układów). Uzyskana w wyniku eksperymentu odpowiedź skokowa umożliwia kwalifikowanie badanego obiektu (elementu, układu) do odpowiedniej klasy obiektu oraz może być podstawą do wyznaczania transmitancji operatorowej obiektu (elementu, układu).
Układ regulacji. Podstawowym systemem rozpatrywanym w laboratorium automatyki jest układ regulacji. Może on być przedstawiony w postaci tzw. schematu blokowego (rysunek 2).
Rys.2.Schemat blokowy układu automatycznej regulacji (UAR):
y - wielkość regulowana, ym. - wielkość mierzona (sygnał informujący
o wielkości regulowanej), yz - wielkość zadana, w - sygnał wiodący,
e - odchyłka regulacji (e = yz - ym.), u -wielkość regulująca,
r - wymuszenie regulujące, z - wielkości zakłócające
Na rysunku 2 podano nazwy elementów i sygnałów układu regulacji. W układzie tym można wyróżnić trzy zespoły:
przejmujący informację (zespół pomiarowy),
przetwarzający informację, czyli tzw. część centralna układu regulacji, do której należą: zadajnik, sumator i regulator,
wykonawczy zawierający siłownik i nastawnik.
Elementy układu regulacji są powiązane liniami łączy , których zadaniem jest przesyłanie sygnałów (informacji) między elementami.
OBIEKT