Podstawy Automatyki i Robotyki 15.03.2011

Podstawowe pojęcia i określenia automatyki

Sterowanie - oddziaływanie za pomocą urządzenia sterującego na proces fizyczny(obiekt sterowania) tak, aby osiągnąć założony cel.

Układ sterowania - zespół współpracujących urządzeń, realizujących zadany proces fizyczny (technologiczny) i jego sterowanie. W skład układu sterowania wchodzi zawsze obiekt sterowania (obiekt regulacji) oraz urządzenie sterujące.

Element układu automatyki - każde urządzenie lub jego część, występujące w układzie automatycznej regulacji, w którym można wyodrębnić sygnały wejściowe i wyjściowe.

Elementy układu automatyki dzieli się na jednowymiarowe i wielowymiarowe.

Blok układu automatyki

Schemat w postaci prostokąta, w którym za pomocą odcinków ze strzałkami oznaczono wejście, wyjście oraz tor i kierunek przekazywania sygnału.

Prosty element układu automatyki

Taki element, w którym następuje jednokrotne przetwarzanie sygnału wejściowego na sygnał wyjściowy.

Złożony element układu automatyki

Taki element, który obejmuje kilka elementów prostych, prostych przetwarzanie sygnału wejściowego na sygnał wyjściowy następuje wielokrotnie.

Elementy proste i elementy złożone dzieli się na urządzenia pomiarowe, wzmacniające, symulujące i nadawcze.

Tor oddziaływań

Tor przepływu sygnału w układzie schematu blokowego układu automatyki, przedstawiony poprzez bloki elementów prostych układu, połączone zgodnie ze strukturą modelowanego układu automatyki.

Sterowanie w układzie otwartym.

Proces sterowania przebiega bez śledzenia stanu wielkości sterowanej i bez przekazywania informacji o stanie wielkości sterowania do urządzenia sterującego.

w - sygnał wymuszający

u - sygnał reprezentujący sterowanie

y - wielkość sterowania

z - sygnały zakłócające

Sterowanie w układach zamkniętych

Proces sterowania, zwany w tym przypadku procesem automatycznej regulacji, przebiega w wyniku śledzenia stanu wielkości sterowanej i przekazywania tej informacji, poprzez układ sprzężenia zwrotnego do urządzenia sterującego.

w(t) - przebieg wielkości fizykalnej

e(t) - wielkość fizykalna, której wartość reprezentuje odchyłkę wartości błędu regulacji

y(t) - wielkość fizykalna

Zmienna sterowania - wielkość lub warunek, który jest mierzony i sterowany.

Zmienna sterująca - wielkość lub warunek, który jest zmieniany przez sterowanie tak, aby osiągnąć wartość zmiennej sterowanej.

Zakłócenie - sygnał, który wywiera niekorzystny wpływ na wartość sygnału wyjściowego układu. Zakłócenie generowane wewnątrz układu jest nazywane wewnętrznym, natomiast zakłócenie zewnętrzne jest generowane poza systemem i stanowi sygnał wyjściowy.

Regulacja automatyczna - proces kompensowania wpływu zakłóceń na przebieg realizowanego procesu fizykalnego tak, aby wartości generowanych jak najmniej różniły się od wartości pożądanych tych wielkości, czyli od wartości wielkości zadanych.

Obiekt regulacji - podukład układu regulacji, w którym dokonuje się regulacji jednej lub wielu wielkości fizycznych.

Błąd ( uchyb, odchyłka) regulacji - różnica pomiędzy bieżącą wartością zadaną wielkości regulowanej w(t), a bieżącą rzeczywista wartością wielkości regulowanej y(t). e(t)=w(t)-y(t)

Regulator - produkt układu regulacji, który dokonuje pomiaru wartości wielkości regulowanej, porównania tej wartości z wartością zadaną wielkości regulowanej, przetworzenia sygnału różnicy wartości wielkości zadanej i wartości wielkości regulowanej na sygnał nastawczy kompensujący wpływ zakłóceń wywołujący taki skutek, że wartość wielkości regulowanej jest równa wartości zadanej wielkości regulowanej.

Wartość zadana wielkości regulowanej

Wartość zadana wielkości regulowanej, która ma być uzyskana w wyniku regulacji.

Sygnał - dowolna wielkość fizyczna, występująca w procesie sterowania lub automatycznej regulacji, za pomocą której są przekazywane informacje. Sygnał charakteryzuje się treścią fizyczną sygnału oraz parametrami informacji.

Informacja - czynnik zmniejszający naszą niewiedze na temat otaczającej rzeczywistości, zmniejszający niepewność działania.

Treść fizyczna sygnału - wielkość fizyczna, która jest nośnikiem informacji. Podczas przesyłania sygnału treść fizyczna sygnału może zostać przetworzona.

Parametr informacji - wartość wielkości fizycznej, będącej treścią fizyczną sygnału (nośnikiem informacji).

Sygnał analogowy - taki sygnał, którego wartości wielkości fizycznej (treści fizycznej sygnału) jednoznacznie i w sposób ciągły odwzorowane są na wartości wielkości fizycznej będącej treścią fizyczną sygnału.

Sygnał analogowy może przyjmować dowolne wartości z ciągłego przedziału. Jego wartości mogą zostać określone w każdej chwili czasu dzięki funkcji matematycznej opisującej dany sygnał.

Sygnał dyskretny - sygnał, który charakteryzuje się określoną liczbą skończonych wartości parametru informacji. Sygnały te można podzielić na próbkowane, kwantowane i kodowane.

Sygnał próbkowany powstaje poprzez pobranie parametru informacji w określonej chwili czasu przyjęcia założenia, że poprane wartości wielkości fizykalnej reprezentuje sygnał próbkowany w zadanym przedziale, wynikającym z …………. częstotliwości (gęstości) próbkowania.

Sygnał dyskretny jest modelem wielkości zmiennej, która jest określona tylko w dyskretnych chwilach czasu. Najczęściej jest to sygnał powstały poprzez próbkowanie sygnału ciągłego.

W odróżnieniu od sygnału ciągłego, sygnał dyskretny nie jest funkcją zdefiniowaną dla ciągłego przedziału argumentów, lecz ciągiem liczbowym. Każda wartość ciągu nazywana jest próbką..

Element Automatyki

x(t)

y(t)

Sygnał wejściowy

Sygnał wyjściowy

Element Automatyki

y₁(t)

y₂(t)

y_n(t)

x₁(t)

x₂(t)

x_n(t)

Sygnały wejściowe

Sygnały wyjściowe

Obiekt sterowania

Urządzenie sterujące

w(t)

z₁(t)

u(t)

z₂(t)

y(t)

y(t)

z(t)

u(t)

w(t)

e(t)

Urządzenie sterujące (regulator i element wykonawczy

Obiekt sterowania (regulacji)

Element pomiarowy

v(t)

-

---