1
Informacje ogólne
Podstawy Automatyki
Instytut Automatyki i Robotyki
Autorzy programu:
prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny,
dr inż. Wieńczysław Jacek Kościelny
Semestr IV
Semestr IV
Liczba godzin zajęć według planu studiów:
Wykład 45E
Ćwiczenia 15
Laboratorium 30 (semestr V)
Liczba punktów kredytowych: 6
2
Ustalenia dotyczące zaliczenia przedmiotu
1. Do zaliczenia przedmiotu Podstawy Automatyki wymagane jest
zaliczenie ćwiczeń tablicowych i zdanie egzaminu. W końcowej ocenie
przedmiotu uwzględniana jest ocena z ćwiczeń i ocena z egzaminu.
2. Terminem zaliczania ćwiczeń tablicowych jest ostatni dzień semestru
letniego.
3. Egzamin składa się z części pisemnej i ustnej; część ustna nie jest
obowiązkowa.
4. Egzamin pisemny z Podstaw automatyki trwa 2 godziny zegarowe.
5. Do egzaminu ustnego mogą przystąpić tylko te osoby, które uzyskały
5. Do egzaminu ustnego mogą przystąpić tylko te osoby, które uzyskały
pozytywną ocenę z egzaminu pisemnego i które chcą zaprezentować
swoją wiedzę uzasadniającą podwyższenie oceny uzyskanej z części
pisemnej egzaminu.
6. Ocenę z egzaminu można także poprawić przystępując ponownie do
egzaminu pisemnego.
7. Ostatnie zajęcia w semestrze przeznaczone są na dodatkowy termin
egzaminu (termin 0).
3
Ustalenia dotyczące zaliczenia przedmiotu
8. Do egzaminu w terminie 0 mogą przystąpić tylko te osoby, które
zaliczyły ćwiczenia tablicowe z oceną co najmniej 4.
9. Do egzaminu w dalszych terminach mogą przystąpić tylko osoby,
które zaliczyły ćwiczenia tablicowe.
10. Oceny do indeksu wpisuje prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny.
11. Wzór wpisu do indeksu: Prof. Jan M. Kościelny, Podstawy
automatyki I, liczba godz. wykł.  3, liczba godz. ćwicz. 1.
12. Studenci, którzy uzyskali przed terminem rejestracyjnym tylko
zaliczenie ćwiczeń, zgłaszają się po wpis zaliczenia ćwiczeń.
4
Przyjęte ustalenia
Ustalenia dotyczące wykładu:
" 8 wykładów trzygodzinnych  część dotycząca procesów ciągłych,
" 6 wykładów trzygodzinnych  część dotycząca procesów
dyskretnych,
" ostatni wykład w semestrze  egzamin, termin 0.
Ustalenia dotyczące ćwiczeń tablicowych:
" 10 ćwiczeń dotyczy procesów ciągłych (w tym 2 kolokwia),
" 10 ćwiczeń dotyczy procesów ciągłych (w tym 2 kolokwia),
" 5 ćwiczeń dotyczy procesów dyskretnych (w tym 1 kolokwium).
Ustalenia dotyczące ćwiczeń laboratoryjnych (wymiar tygodniowy
2 godz.; 30 godz. w semestrze):
" 10 terminów po 3 godz.
" 1 termin organizacyjny,
" 5 ćwiczeń dotyczy procesów ciągłych,
" 4 ćwiczenia dotyczy procesów dyskretnych.
5
Prowadzący
Prowadzący wykłady:
Prof. dr hab. inż. Jan M. Kościelny  część dotycząca procesów ciągłych,
Dr inż. Wieńczysław J. Kościelny  część dotycząca procesów dyskretnych.
Prowadzący ćwiczenia tablicowe w roku akad. 2011/12
Gr. 21 Pn 13.15 s.366 mgr inż. Anna Sztyber
Gr. 22 Pn 15.15 s.336 mgr inż. Alicja Siewnicka
Gr. 22 Pn 15.15 s.336 mgr inż. Alicja Siewnicka
Gr. 23 Śr 11.15 s.16 mgr Zofia A
abęda-Grudziak
Gr. 24 Wt 15.15 s.422 mgr inż. Alicja Siewnicka
Gr. 25 Cz 15.15 s.519 dr inż. Jakub Możaryn
Gr. 26 Pt 12.15 s.519 mgr Zofia A
abęda-Grudziak
Gr. 27 Pt 13.15 s.519 dr inż. Jakub Możaryn
Gr. 28 Pt 13.15 s.336 mgr inż. Anna Sztyber
6
Program wykładu (część 1)
Pojęcia podstawowe: sygnał, informacja, element automatyki, układ automatyki, obiekt,
regulator. Struktury przyrządowe i klasyfikacje układów automatyki.
Układy liniowe: opis matematyczny (równania różniczkowe, transmitancja operatorowa,
równania stanu i wyjść, podstawy opisu układów dyskretnych), linearyzacja,
przedstawianie właściwości statycznych i dynamicznych. Podstawowe człony
dynamiczne, charakterystyki częstotliwościowe. Schematy blokowe.
Obiekty regulacji i regulatory przemysłowe: obiekty statyczne i astatyczne, metody
identyfikacji. Regulatory PID - realizacja mikroprocesorowa, właściwości funkcjonalne.
Wymagania stawiane układom automatyki: stabilność (podstawowe kryteria),
dokładność statyczna, jakość dynamiczna i jej wskaz
niki. Dobór nastaw regulatorów.
dokładność statyczna, jakość dynamiczna i jej wskaz
niki. Dobór nastaw regulatorów.
Struktury układów automatyki i przykładowe zastosowania: regulacja
jednoobwodowa, kaskadowa, z korekcją dynamiczną, regulacja stosunku prosta i
kaskadowa, układy zamknięto-otwarte. Zastosowania w energetyce, przemyśle
chemicznym, przemyśle spożywczym.
Układy nieliniowe: typowe nieliniowości, układy regulacji dwu- i trój-stanowej.
Technika automatyzacji: Realizowane zadania. Struktury funkcjonalne układów
automatyki. Struktury sprzętowe: systemy zintegrowane - klasy DCS, sterowniki
programowalne, systemy monitorowania - SCADA, sieci w układach automatyki,
układy blokad i zabezpieczeń. Konfigurowanie układów automatyki.
7
Program ćwiczeń audytoryjnych
Ćwiczenia audytoryjne są ściśle skorelowane z materiałem wykładowym
i obejmują:
- formułowanie opisu matematycznego wybranych elementów automatyki
- wyznaczanie odpowiedzi na typowe wymuszenia przy użyciu rachunku
operatorowego (przekształcenie Laplacea)
- układanie i przekształcanie schematów blokowych
- analityczne i wykreślne metody wyznaczania charakterystyk
częstotliwościowych
częstotliwościowych
- badanie stabilności układów automatyki (metody Hurwitza i Nyquista)
- badanie dokładności statycznej układów automatyki
- identyfikacja obiektów regulacji na podstawie zarejestrowanych
odpowiedzi skokowych obiektu lub charakterystyk częstotliwościowych
- dobór nastaw regulatora do przykładowych obiektów regulacji
8
Literatura do wykładu (część 1)
" Żelazny M.: Materiały pomocnicze do wykładu: Podstawy Automatyki
" Żelazny M.: Podstawy Automatyki. WNT, Warszawa 1976
" Kościelny W.: Materiały pomocnicze do nauczania podstaw automatyki. Oficyna
Wydawnicza PW, Warszawa 2001, wyd. III
" Malinowski K, Tatjewski P.: Podstawy Automatyki. Preskrypt, PW.
" Kaczorek T.: Teoria układów regulacji automatycznej/ WNT, Warszawa, 1974
" Węgrzyn S.: Podstawy automatyki. PWN, Warszawa, 1980
" Gessing R.: Podstawy automatyki. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2001
" Mazurek J., Vogt H., Żydanowicz W.: Podstawy automatyki. Oficyna Wydawnicza
PW, Warszawa 2002
" Dębowski A.: Automatyka. Podstawy teorii. WNT, Warszawa 2008.
" Rumatowski K. Podstawy regulacji automatycznej. Wyd. Politechniki Poznańskiej,
Poznań 2008
" Holejko D., Kościelny W., Niewczas W.: Zbiór zadań z podstaw automatyki.
Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, 1985, wyd. VIII
9
Literatura do wykładu (część 2)
" Zieliński C.: Podstawy projektowania układów cyfrowych. PWN, Warszawa, 2003
" Traczyk W.: Układy cyfrowe automatyki. WNT, Warszawa 1974
" Misiurewicz P.: Podstawy techniki cyfrowej. WNT, Warszawa 1982
" Majewski W.: Układy logiczne. WNT, Warszawa 1999
" Kościelny W.: Podstawy automatyki, cz. 2. WPW, Warszawa 1984
" Barczyk J.: Automatyzacja procesów dyskretnych. Oficyna Wydawnicza PW,
Warszawa 2003
" Kowalowski H. i inni: Automatyzacja dyskretnych procesów przemysłowych. WNT,
" Kowalowski H. i inni: Automatyzacja dyskretnych procesów przemysłowych. WNT,
Warszawa 1984
" Mikulczyński T.: Automatyzacja procesów produkcyjnych. WNT, Warszawa 2006
Politechnika Warszawska
Instytut Automatyki i Robotyki
Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny
PODSTAWY AUTOMATYKI
PODSTAWY AUTOMATYKI
1. Wprowadzenie, pojęcia podstawowe
11
11
Plan wykładu
" Definicja automatyki jako dziedziny nauki i techniki
" Krótki rys historyczny
" Pojęcia podstawowe: sygnał, informacja, element
automatyki, układ automatyki, obiekt, regulator
" Procesy ciągłe i dyskretne
" Sterowanie i regulacja
" Sterowanie i regulacja
" Klasyfikacje układów automatyki
12
Definicja automatyki
Automatyka  dziedzina nauki i techniki zajmująca się zagadnieniami
samoczynnego (automatycznego) sterowania i automatycznej kontroli
Sterowaniem nazywa się celowe oddziaływanie na dany proces, w
sposób zamierzony, mający doprowadzić do spełnienia określonego celu.
Proces, na który wywiera się oddziaływanie sterujące, nazywa się
obiektem sterowania
Mechanizacja  uwolnienie człowieka od roli z
ródła energii niezbędne do
Mechanizacja  uwolnienie człowieka od roli z
ródła energii niezbędne do
realizacji procesu, a pozostawienie mu jedynie funkcji kontroli
i sterowania
Automatyzacja  wyeliminowanie pracy człowieka (umysłowej
i fizycznej) przez zastąpienie go automatem
Automat  urządzenie działające samoczynnie
13
Historia - starożytność
Zegar wodny  Ktesibios (285-222 przed Chr.)
" wykorzystuje układ regulacji natężenia przepływu wody
" pływak G utrzymuje stały poziom wody w zbiorniku BCDE, dzięki
czemu strumień wypływający z tego zbiornika jest stały.
http://free.of.pl/z/zst/pomoce/publikacje/automatyka.pdf
14
Historia - starożytność
Automat do otwierania drzwi teatrzyku marionetek  Heron (I/II w.)
Woda przelewa się z okrągłego zbiornika do naczynia poprzez rurkę
zakrzywioną w kształcie litery  U . Naczynie staje się cięższe i pociąga
za sobą linkę, której mechanizm działania nie wymaga już komentarzy.
http://free.of.pl/z/zst/pomoce/publikacje/automatyka.pdf
http://free.of.pl/z/zst/pomoce/publikacje/automatyka.pdf
15
Historia  Średniowiecze, Odrodzenie
Średniowiecze:
Androidy (np. gadająca głowa)
- Roger Bacon (1214-1292),
- Św. Albert Wielki (ok. 1200-1280)
Odrodzenie:
Automatyczne krosno tkackie, łódz
podwodna, samopowtarzalna
katapulta, latający żelazny orzeł, sztuczna mucha
katapulta, latający żelazny orzeł, sztuczna mucha
- Leonardo da Vinci (1492 -1519), Johannes Muller (1436  1476)
Rysunek przyrządów do dz
wigania wody, 1480-82
http://free.of.pl/z/zst/pomoce/publikacje/automatyka.pdf
16
Historia - XVIII wiek
Magiczne automaty - androidy grające, piszące itp., śpiewające ptaki
teatry magiczne, zegary z ruchomymi figurkami:
- Jacgues de Vaucanson (1709 -1782),
- Pierre Jaguet  Droz (ok. 1721-1790)
Kaczka
Rysownik
Klawikordzistka
http://free.of.pl/z/zst/pomoce/publikacje/automatyka.pdf
17
Historia - XVIII wiek
Regulator prędkości obrotowej maszyny parowej  J. Watt, 1736 -1819)
http://free.of.pl/z/zst/pomoce/publikacje/automatyka.pdf
18
Historia - XX wiek
Automatyka jako nauka teoretyczna
1892  Lapunow  stabilność punktu równowagi
1895  Routh i Hurwitz  kryterium stabilności
1922  Minorsky  regulator PID (pierwsza publikacja)
1932  Nyquist  kryterium stabilności
1936  Ziegler i Nichols  regulator PID
1942  Ziegler i Nichols  reguły doboru nastaw regulatora PID
1956  Pontriagin  zasada maksimum
1956  Bellman  programowanie dynamiczne
19
Historia - XX wiek
" W 1923 roku w USA rozpoczęła pracę pierwsza automatyczna linia
produkcyjna
" W 1947 roku pierwszy bezzałogowy lot samolotu typu Douglas 054
" W latach pięćdziesiątych: obrabiarki sterowane numerycznie
" 1969  mikroprocesor
" 1969 - Pierwszy sterownik programowalny Modicon 084 opracowany
przez Dicka Morleya
przez Dicka Morleya
" 1974  pierwszy system DCS
" W latach siedemdziesiątych roboty przemysłowe i zautomatyzowane
magazyny,
" W latach osiemdziesiątych buduje się całkowicie zautomatyzowane linie
produkcyjne.
" Komputery  gwałtowny rozwój automatyzacji
20
Stan aktualny
Przykład zautomatyzowanej linii produkcyjnej
21
Stan aktualny
Sterownia w zakładach chemicznych
22
Stan aktualny
Struktura systemu automatyzacji
przedsiębiorstwa
Distributed
Control
System
(DCS)
23
Pojęcia podstawowe
Sygnał - przebieg zmian w czasie określonej wielkości fizycznej,
wyrażający w umowny sposób informację.
24
Pojęcia podstawowe
Element automatyki (człon) - podzespół, zespół, przyrząd lub urządzenie,
w którym można wyróżnić sygnał wejściowy i sygnał wyjściowy -
rys. a, lub sygnały wejściowe i wyjściowe - rys. b.
Układ automatyki - zespół wzajemnie powiązanych elementów biorących
udział w sterowaniu automatycznym danego procesu
(uporządkowany zgodnie z kierunkiem przekazywania sygnałów)
25
Pojęcia podstawowe
Sterowanie automatyczne - oddziaływanie na proces, którego
zamierzony przebieg chcemy uzyskać, bez udziału człowieka, za
pomocą urządzeń nazywanych ogólnie aparaturą automatyki.
Proces, na który wywiera się oddziaływanie sterujące, nazywa się
obiektem sterowania
26
Sygnały w układach automatyki
Sygnałem jest przebieg zmian w czasie określonej wielkości fizycznej, wyrażający
w umowny sposób informację. Sygnał charakteryzują treści fizyczne oraz parametr
informacji:
Treść fizyczna sygnału określa rodzaj wielkości fizycznej jaką jest ten sygnał. (np.
ciśnienie sprężonego powietrza, ciśnienie oleju, natężenie prądu stałego itd.)
Parametr informacji określa sposób przenoszenia informacji oraz wartość sygnału
lub zakres zmian, np. chwilowa wartość sygnału ciśnieniowego hydraulicznego -
1600 kPa, zakres zmian wartości amplitudy sygnału ciśnieniowego
1600 kPa, zakres zmian wartości amplitudy sygnału ciśnieniowego
pneumatycznego  20 �100 kPa
Sygnał analogowy charakteryzuje się tym, że wartości wielkości sygnalizowanej
są jednoznacznie i w sposób ciągły odwzorowywane na wartości parametru
informacji, sygnał może być ciągły i nieciągły.
Sygnał dyskretny charakteryzuje się określoną liczbą dyskretnych wartości
parametru informacji. Szczególnym przypadkiem sygnałów dyskretnych są sygnały
binarne  {0,1})
27
Sygnały w układach automatyki
Sygnały dyskretne (wielostanowe) można otrzymać z sygnału ciągłego
w wyniku kwantowania wartości
Dyskredytacja wartości - kwantowanie
Dyskredytacja w czasie - próbkowanie
y
y
4
3
2
1
t
0
t
Tp
Informacja - wartość lub kształt przebiegu sygnału
28
Sygnały analogowe
Przykłady sygnałów analogowych:
a) sygnał ciągły, parametrem
informacji jest bieżąca wartość
amplitudy y,
b) sygnał przerywany,
c) sygnał impulsowy, parametrem
informacji jest amplituda impulsów,
d) sygnał impulsowy, parametrem
jest szerokość impulsów,
e) sygnał impulsowy, parametrem
jest przesunięcie fazowe impulsów
względem chwil próbkowania
29
Standardowe sygnały analogowe w UA
Wartość lub
Parametr
Rodzaj sygnału Wielkość fizyczna zakres zmian
informacji
wartości sygnału
ciśnienie
Pneumatyczny amplituda 20 �100 kPa
�
�
�
sprężonego powietrza
1.0 MPa
ciśnienie oleju
6.0 MPa
Hydrauliczny zasilającego amplituda
10.0 MPa
10.0 MPa
urządzenie
urządzenie
16.0 MPa
0 � 5 mA
0 � 10 mA
natężenie prądu
amplituda
stałego
0 � 20 mA
4 � 20 mA
�
�
�
Elektryczny
0 � 5 V
napięcie prądu
amplituda 0 � 10 V
stałego
1 � 5 V
�
�
�
30
Sterowanie
Sterowaniem nazywa się celowe oddziaływanie na dany proces, w
sposób zamierzony, mający doprowadzić do spełnienia określonego celu.
Proces, na który wywiera się oddziaływanie sterujące, nazywa się
obiektem sterowania
Sterowanie realizowane może być przez człowieka i mówi się wówczas
o sterowaniu ręcznym lub za pomocą urządzeń samoczynnie sterujących
procesem i wówczas mówimy o sterowaniu automatycznym.
Czynniki o charakterze przypadkowym, niezamierzonym,
niekontrolowanym, utrudniające sterowanie nazywa się zakłóceniami
Zakłócenia
Wielkości
Wielkości
obiekt sterowania
wyjściowe
wejściowe
31
Samochód jako obiekt sterowania
Zakłócenia
Wielkości Wielkości
wejściowe wyjściowe
Hamowanie
Kierunek
Samochód
Przyspieszanie
jako obiekt sterowania
Prędkość
Kierowanie
32
Klasyfikacja procesów
Procesami ciągłymi nazywamy procesy, do opisu których niezbędne
są sygnały ciagłe (np. procesy regulacji temperatury, ciśnienia, napięcia,
składu). Przedmiotem zainteresowań automatyki procesów ciągłych są
głównie układy automatycznej regulacji.
Procesami dyskretnymi nazywamy procesy, do opisu których
wykorzystuje się zmienne o skończonej liczbie wartości; przeważnie są to
zmienne dwuwartościowe.
zmienne dwuwartościowe.
Procesy, do opisu których wykorzystuje się zmienne dwuwartościowe
nazywają się procesami binarnymi. Informacje o stanie takich procesów
przekazywane są za pomocą sygnałów dwuwartościowych (binarnych).
33
Klasyfikacja układów sterowania
Układy sterowania :
" procesami ciągłymi
" procesami dyskretnymi
Układy sterowania procesami ciągłymi:
" otwarte
" otwarte
" zamknięte (ze sprzężeniem zwrotnym)
-------------------
" ciągłe
" dyskretne (kwantowane w czasie)
34
Układy sterowania logicznego
Układy sterowania procesami dyskretnymi o binarnych sygnałach
wyjściowych i wejściowych - przetwarzające binarne sygnały wejściowe na
binarne sygnału wyjściowe, nazywane są układami sterowania logicznego
(sterowania binarnego).
Układy sterowania logicznego są tematem 2 części wykładu
x1 y1
Binarne
układ
x2 y2 Binarne
sygnały
sterowania
sygnały
wejściowe
logicznego
xn
ym
wyjściowe
35
Rodzaje układów sterowania procesów ciągłych
Sterowanie realizowane może być w układzie otwartym lub w układzie
zamkniętym (czyli w układzie ze sprzężeniem zwrotnym). Sterowanie
w układzie zamkniętym nazywane jest regulacją.
Sprzężenie zwrotne w układzie regulacji jest sprzężeniem zwrotnym
ujemnym.
36
Sterowanie w układzie otwartym
w - wartość zadana wielkości sterowanej
u - sygnał sterujący
y - wielkość sterowana
z - sygnał zakłócający
US - urządzenie sterujące
O  obiekt (proces) podlegający sterowaniu
37
Sterowanie w układzie otwartym
Sterownik
w
ręczne
automatyczne
u
Zadajnik
e
ciśnienia
p
ps
ps
kd
Ae
kd
Ae
Ae
ks
ks
z
z
y
y
38
Sterowanie w układzie zamkniętym
Układ ze sprzężeniem zwrotnym,
y - wielkość regulowana
w - wartość zadana wielkości regulowanej
e  odchyłka regulacji
u - sygnał sterujący
z - sygnał zakłócający
US - regulator
O -obiekt regulacji (proces regulowany)
39
Sterowanie w układzie zamkniętym
Układ regulacji automatycznej
Układ regulacji automatycznej
Tor główny wskazuje zawsze zasadniczą wielkość wejściową układu
(w tym przypadku w) i wielkość wyjściową y. Tor ten ilustruje zwykle
przepływ głównego strumienia materiału lub energii w układzie.
Tor sprzężenia zwrotnego służy do przekazywania informacji.
Zapotrzebowanie energetyczne tego toru jest zwykle pomijanie małe.
40
Sterowanie ręczne w układzie zamkniętym
Pożądany
kierunek
ruchu
Rzeczywisty
kierunek ruchu
41
Układ kierowca  samochód
" Cel: sterować kierunkiem
i szybkością
" Sygnały wejściowe - obserwacje:
rzeczywisty kierunek i szybkość
samochodu
" Sygnały sterujące: położenie
pedałów gazu i hamulca, kąt skręcenia
kierownicy
" Ograniczenia: znaki drogowe,
przepisy ruchu
" Zakłócenia: powierzchnia drogi
" Zakłócenia: powierzchnia drogi
i nachylenie, wiatr, przeszkody
Zakłócenia
Wielkości Wielkości
wejściowe wyjściowe
Hamowanie
Kierunek
Samochód
Przyspieszanie
jako obiekt sterowania
Prędkość
Kierowanie
42
Układ kierowca  samochód
zmysły czujniki
43
Układ kierowca  samochód
kończyny urządzenia wykonawcze
44
Układ kierowca  samochód
mózg regulator (komputer pokładowy)
45
Wielkie zawody DARPA
46
Sterowanie ręczne w układzie zamkniętym
Regulacja ręczna temperatury wody w układzie zamkniętym
Realizacja
algorytmu
sterowania
Oddziaływanie
Pomiar temperatury
47
Regulacja automatyczna  struktura aparaturowa
u y
Obiekt
Regulator Element
regulacji
wykonawczy
w
ym Przetwornik
pomiarowy
48
Regulacja automatyczna  struktura aparaturowa
Układ regulacji poziomu wody
Element wykonawczy
Obiekt regulacji:
proces zmian
proces zmian
poziomu w zbiorniku
u
ym
Przetwornik pomiarowy
Regulator
49
Regulacja automatyczna
w
Wartość
zadana
Regulator
ps
kd
Ae
ks
ym
ym
Fn
y
50
Klasyfikacja układów regulacji automatycznej
Ze względu na zadanie realizowane przez układ wyróżnia się:
" układy stabilizujące (układy regulacji stałowartościowej), w=const
" układy programowe (regulacji programowej), w=w(t)
" układy nadążne (serwomechanizmy), w=w[�(t)]
" inne
51
Układy stabilizujące
Zadaniem układu jest utrzymanie możliwie stałej, pożądanej wartości
wielkości wyjściowej oraz minimalizacja wpływu zakłóceń na tę
wielkość.
Często główne zakłócenia wchodzą wraz ze strumieniem materiału lub
energii na obiekt, tworząc tor główny od z1 do y.
Przykłady: regulacja ciśnienia, poziomu cieczy,
natężenia przepływu, pH itd.
52
Układy regulacji programowej
Zadaniem układu jest uzyskanie przewidzianych określonym programem
czasowym zmian wielkości regulowanej (sterowanej)
Przykłady:
" programowa regulacja temperatury w budynku mieszkalnym
" programowa regulacja temperatury w piecu hartowniczym
" programowa regulacja jednej lub kilku wielkości w procesie rozruchu
(stopniowe dochodzenie do nominalnego stanu pracy)
53
Układy nadążne
Zadaniem układu jest nadążanie wielkości wyjściowej y za zmieniającą się
w nieznany nam sposób wartością zadaną w
Przykłady:
" sterowanie położeniem y dział przeciwlotniczych wg wskazań radaru
określającego położenie w samolotu
" sterowanie położeniem y pisaka rejestratora wg aktualnej wartości w
mierzonej i rejestrowanej wielkości fizycznej
54
Układy sterowania optymalnego
Zadaniem układu jest utrzymywanie wielkości regulowanej na wartości
ekstremalnej.
Położenie ekstremum zazwyczaj nie jest stałe i zależy od wartości
sygnałów zakłócających
Optymalizacja przebiegu procesów - np. minimalizacja zużycia energii,
minimalizacja kosztów lub maksymalizacja zysku przy założonych
ograniczeniach
y
z=a z=b
z=v
u
55
Układy ciągłe i dyskretne w czasie
Układy ciągłe  zmiany wejścia obiektu oraz obserwacje (pomiary) wyjścia
mogą odbywać się w każdym momencie t .
W opisie układu występują wtedy funkcje czasu u(t), y(t), itp.
Układy dyskretne (w czasie)  zmiany wejścia obiektu oraz obserwacje
Układy dyskretne (w czasie)  zmiany wejścia obiektu oraz obserwacje
(pomiary) wyjścia mogą odbywać się w ściśle określonych
chwilach, zwykle równoodległych - "t
W opisie układu występują wtedy dyskretne funkcje czasu, czyli ciągi: u(k),
y(k), itp., gdzie k oznacza numer kolejnego taktu
Sterowanie komputerowe ma charakter dyskretny.
56
Układy liniowe i nieliniowe
Układy liniowe  układy, które zawierają wyłącznie elementy liniowe, tzn.
elementy o liniowych charakterystykach statycznych, opisywane
za pomocą liniowych równań różniczkowych lub różnicowych
Spełniają zasadę superpozycji: odpowiedz
układu fizycznego na
układu fizycznego na
kilka wymuszeń, równa się sumie odpowiedzi na każde
wymuszenie z osobna.
Rzeczywiste układy są nieliniowe, ale w wielu przypadkach z
Rzeczywiste układy są nieliniowe, ale w wielu przypadkach z
zadawalającym przybliżeniem można opisać działanie układu nieliniowego,
linearyzując jego charakterystyki w otoczeniu nominalnego punktu pracy
Układy nieliniowe  układy, które zawierają chociaż jeden element
nieliniowy
57
Układy jedno- i wielowymiarowe
Układy jednowymiarowe  układy o jednym wejściu i jednym wyjściu
Układy wielowymiarowe  wielkości u oraz y są wektorami (wiele wejść
i wiele wyjść)
Obiekt
u1 y1
Reg. 1
u2
y2
Reg. 2
u3
y3
Reg. 3
58
Układ sterowania jako system informacyjny
Systemy informacyjne (5P):
" Pozyskiwanie informacji (pomiary)
" Przesyłanie informacji (sieci Fieldbus, LAN i WAN)
" Przechowywanie informacji (bazy danych relacyjne i czasu
rzeczywistego  historiany)
" Przetwarzanie informacji (sterowniki, komputery)
" Przetwarzanie informacji (sterowniki, komputery)
" Prezentacja informacji (wizualizacja  panele i stacje operatorskie)
Systemy sterowania są systemami informacyjnymi (5P), a także
systemami informatycznymi.