Automatyka do druku ZALICZENIE


  1. Definicja układu regulacji automatycznej i podstawowe pojęcia(schemat)

Układem regulacji nazywa się zespół składający się z obiektu (lub obiektów) sterowania i oddziałujących na niego urządzeń. Układy te mogą obsługiwać bardzo różne obiekty, być realizowane różnorodnymi środkami i mogą posiadać zróżnicowane struktury.

Każdy układ regulacji zawiera pewne elementy, które można jednoznacznie lub w sposób niejednoznaczny wyróżnić w rzeczywistym układzie regulacji.

Schemat:

0x01 graphic

Podstawowe pojęcia:

  1. wielkość (zmienna) - właściwości lub stan której wartość może być przedmiotem zmian i zazwyczaj może być zmieniona.

  2. Wielkość sterowana ( regulowana) - wielkość wejściowa obiektu sterowania będąca przedmiotem sterowania (regulacja)

  3. Wielkość sterująca (regulacja nastawiana) - wielkość wyjściowa urządzenia sterującego

  4. Wielkość zadająca ( przewodnia) - wielkość wejściowa układu sterowania lub regulacji niosąca informację o pożądanym stanie wielkości sterowanej lub regulowanej.

  5. Wielkość zakłócająca (zakłócenie) - wielkość charakterystyczna oddziaływań środowiska zewnętrznego na układ sterowania lub regulacji utrudniająca regulację pożądanego działania tego układu.

  6. Sygnał - przebieg określonej wielkości fizycznej będącej nośnikiem informacji.

  7. Obiekt sterowania - urządzenie lub zestaw urządzeń w którym przebiega proces technologiczny i w którym przez zewnętrzne oddziaływanie sterujące realizuje się pożądany algorytm działania.

  8. Obiekt regulacji - obiekt sterowania w układzie regulacji

  9. Przetwornik pomiarowy - urządzenie którego zadaniem jest zmiana postaci, wielkości lub zakresu sygnału wyjściowego w stosunku do sygnału wejściowego

  10. Element nastawczy - element konstrukcyjny który bezpośrednio przekazuje do obiektu sterowania lub regulacji oddziaływanie sterujące lub regulujące i zmienia wielkość sterowaną lub regulowaną

  11. Regulator - urządzenie które w układzie regulacji określa odchyłkę regulacji przez porównanie wartości wielkości regulowanej z wartością zadaną i na podstawie odchyłki regulacji wypracowuje sygnał wg. określonego algorytmu sterowania

  12. Sterownik - urządzenie przekształcające oddziaływanie otrzymane od innych elementów układu sterowania lub regulacji i formujące oddziaływanie podawane na elementy wykonawcze

  1. Podział układów regulacji ze względu na zadanie:

- układ regulacji stabilizacji automatycznej w = const.

- układ regulacji programowej w = w(t)

- układ regulacji nadążnej w = w(x)

- układ regulacji położenia

- układ regulacji funkcji optymalnej

  1. Podział ogólny układów regulacji:

- układ otwarty - to taki układ, w którym na urządzenie sterujące nie oddziałują wielkości sterowane w obiekcie, urządzenie działa na obiekt zgodnie z przebiegiem wartości zadanej „w”

- układ zamknięty - to taki układ, w którym na urządzenie sterujące wstecznie wywierają wpływ wielkości sterowane w obiekcie

4. Charakterystyka statyczna i jej linearyzacja

Charakterystyka stateczna jest to zależność chwili wyjściowej od wielkości wejściowej, czyli zależność przyczyn od skutku w stanie ustalonym.

Wszystkie charakterystyki styczne są liniami krzywymi.

0x08 graphic
0x01 graphic
0x01 graphic

5. Współczynnik wzmocnienia i jego związek z charakterystyką styczną.

k- współ. Adeptacji (wzmocnienia), jest pojęciem ściśle związanym z pojęciem charakterystyki statycznej, ma bardzo duże znaczenie praktyczne służy on do obliczenia zastępczego współczynnika wzmocnienia układu automatyki w stanach ustalonych.

Współczynnikiem wzmocnienia k układu nazywa się stosunek odchylenia wielkości wyjściowej do odchylenia wielkości wejściowej w stanie ustalonym. Wartość współczynnika określa tangens kąta nachylenia charakterystyki statycznej w danym punkcie pracy.

6. Współczynnik wzmocnienia podstawowego połączeń układów automatyki.

- połączenie szeregowe elementów: k = k1 ∙ k2 ∙ …∙kn-1­ ∙ kn

- połączenie równoległe elementów: k = k1 + k2 + …+kn

- połączenie elementów w układ sprzężenia zwrotnego ujemnego:0x01 graphic

- połączenie elementów w układ sprzężenia zwrotnego dodatniego:0x01 graphic

7. Metody opisu własności dynamicznych

- równanie różniczkowe

- transmitancja - klasyczna teoria sterowania - jest to stosunek obrazu (transformaty) wielkości wyjściowej do obrazu (transformaty) wielkości wejściowej

0x01 graphic

8. Człon proporcjoalny i całkujący.

a) człon proporcjonalny = człon statyczny zerowego rzędu

y = box - równanie

bo = k

y = kx

G(s) = bo - transmitancja

G(s) = k

0x01 graphic
- odpowiedź skokowa

y=f(t) przy x=1 dla t0x01 graphic
0

k =bo - współ. Wzmocnienia

b) człon całkujący an = 0

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic
- odpowiedź skokowa

9. człon różniczkujący

0x08 graphic

  1. idealny

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

  1. rzeczywisty

0x01 graphic
/:a1

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

10. człon pierwotnego rzędu statyczny, człon opóźniający.

  1. I - rzędu

0x01 graphic

0x01 graphic

  1. opóźniający

0x01 graphic

0x01 graphic

PYTANIA 4

  1. Metody poszukiwania modelu matematycznego obiektu regulacji.

- metody analityczne:

- metody numeryczne:

Wadą jest to, że należy je zweryfikować doświadczalnie;

B)metody doświadczalne:

-badanie modeli fizycznych,

-badanie doświadczalne obiektów.

b) .Etapy identyfikacji doświadczalnej

1.Pomiar charakterystyki,

2.Przyjęcie postaci modelu,

3.Wyznaczenie parametrów modelu,

f) Regulator PID - transmitancja, schemat blokowy, przebieg odpowiedz skokowej

Uwolnienie się od interakcji nastaw może zapewnić stosowanie regulatora realizującego transmitancję idealną.
Transmitancja idealna: 0x01 graphic

0x01 graphic

g) Regulator PI - transmitancja, schemat blokowy, przebieg odpowiedz skokowej

W automatyce, regulator składający się z członu proporcjonalnego P o wzmocnieniu Kp oraz całkującego I o czasie całkowania Ti. Transmitancję regulatora PI określa się wzorem

G(s)=Kp(1+1/Ti*s)

Regulatory typu PI pozwalają na eliminację wolnozmiennych zakłóceń, co przekłada się na zerowy uchyb ustalony, niemożliwy do osiągnięcia w regulatorach typu P lub typu PD. Wzmocnienie członu całkującego musi być jednak ograniczone, ponieważ wprowadza on ujemne przesunięcie fazowe, które osłabia tłumienie uchybu regulacji.

0x01 graphic

0x01 graphic

h) Regulator PD - transmitancja, schemat blokowy, przebieg odpowiedz skokowej

0x01 graphic

W automatyce, regulator składający się z członu proporcjonalnego P o wzmocnieniu Kp oraz różniczkującego D (fizycznie nierealizowalnego) o czasie różniczkowania Td. Transmitancję idealnego regulatora PD określa się wzorem:

G(s)=Kp(1+Td*s)

Regulatory typu PD dają niezerowy uchyb ustalony - tym większy im większe jest wzmocnienie regulatora.

i) Nastawa regulatora

Spełnienie wymagań stawianych układom regulacji automatycznej jest możliwe poprzez dobór odpowiednich nastaw regulatora. W przypadku gdy charakterystyka dynamiczna obiektu jest nieznana nastawy dobiera się metodą opartą na regułach Zieglera - Nicholasa.

Reguły Zieglere-Nicholsa

: 1. Regulator włączyć tylko na działanie proporcjonalne (P). W przypadku regulatora PI nastawnik zespołu działania całkującego należy zamknąć całkowicie (Tj —> oo). Sto­sując regulator PID nastawnik zespołu całkującego należy zamknąć całkowicie (Tj -^ oo), a nastawnik zespołu różniczkującego otworzyć całkowicie (Td -> 0 ).

2. Następnie nastawnikiem zespołu działania proporcjonalnego należy nastawić zakres proporcjonalności Xp lub współczynnik wzmocnienia k , tak aby układ doprowadzić do granicy stabilności (konieczne jest uzyskanie oscylacyjnego przebiegu wiel­kości regulowanej o stałej amplitudzie). Nastawioną wartość X p lub kp oznacza się przez Xpkryt lub k

3 Z wyznaczonego przebiegu wielkości regulowanej (lub za pomocą stopera) określić

okres drgań niegasnących T^,

. 4. Znając Xphyi (lub kpkry,) i Tkryl, należy obliczyć nastawy regulatora wg następującego wzoru:

dla reg. P Xp=2Xp kryt lub kp=0,5kp kryt

dla reg PI Xp=2,2 * Xp kryt lub kp=0,6kp kryt , Ti=0,5* T kryt

dla reg PID Xp=1,7*Xp kryt, lub kp+0,45*kp kryt, Ti=0,75* T kryt, Td=0,12* T kryt

s) .Siłowniki pneumatyczne. Charakteryzują się prostotą budową, dobrymi właściwościami ruchowymi i bezpieczeństwem użycia nawet w atmosferze wybuchowej. Dzielą się na:

-membranowe (jedno-, dwustronne),

-tłokowe (rys) (jedno-, dwustronne),

-wirnikowe (silniki pneumatyczne).

W siłowniku membranowym jednostronnego działania powietrze o ciśnieniu p1 jest doprowadzane do komory nad membraną, położenie trzpienia siłownika x jest wynikiem równowagi sił: ciśnienia powietrza nad membraną i ściskanej sprężyny pod membraną:

p1A=Cx+Ft

A- pow membrany,

C- sztywność sprężyny,

Ft- siła tarcia).

Zaletą siłowników pneum membr jest możliwość uzyskania dużych sił przestawiania, proporcjonalnych do pow membrany i wartości ciśnienia pow. Pod względem dynamicznym siłownik membranowy ze sprężyną jest elementem statycznym drugiego rzędu (oscylacyjnym).

u) .Efekty zastosowania ustawnika pozycyjnego.

Zastosowanie ustawników pozycyjnych pozwala na uzyskanie:

q) Urządzenia wykonawcze

W skład urządzeń wykonawczych wchodzą zwykle:

- element nastawczy,

- element napędowy,

- wzmacniacz mocy - konieczny przy małej mocy sygnału wyjściowego regulatora.

Element nastawczy wpływa bezpośrednio na wejściowy strumień materiałowo--energetyczny do obiektu. W układach regulacji procesów przemysłowych spotyka się nastawniki w postaci: zaworów, zasuw, różnego rodzaju dozowników, pomp o zmien­nym wydatku, transformatorów z odczepami, dławików, dzielników napięcia itp. Elementy nastawcze są ściśle związane z obiektem sterowania, a niekiedy stanowią jego integralną część.

Elementy napędowe dostarczają energii mechanicznej niezbędnej do przestawienia elementu nastawczego zgodnie z sygnałem wyjściowym regulatora. Są one w urządzeniu wykonawczym konieczne, wówczas gdy element nastawczy oddziaływa na obiekt za pośrednictwem zmiany swego położenia (np. zasuwa) lub prędkości ruchu (dozownik).

s) Siłowniki pneumatyczne

Siłowniki pneumatyczne charakteryzują się prostotą budowy, dobrymi właści­wościami ruchowymi i bezpieczeństwem użycia nawet w atmosferze wybuchowej. Siłowniki pneumatyczne dzieli się na trzy zasadnicze grupy:

- siłowniki membranowe,

- siłowniki tłokowe,

- siłowniki wirnikowe (silniki pneumatyczne).

Siłowniki membranowe i tłokowe mogą być zarówno jednostronnego, jak i dwu­stronnego działania. W przypadku siłownika dwustronnego działania ruch w jedną i drugą stronę odbywa się pod wpływem ciśnienia powietrza, natomiast w siłowniku jednostronnego działania ruch powrotny następuje zwykle pod wpływem sprężyny, czasami w wyniku działania ciśnienia podporowego, otrzymywanego z re­duktora ciśnienia lub w następstwie oddziaływania zewnętrznego.

0x01 graphic
0x01 graphic

t) Schemat ustawnika pozycyjnego

0x01 graphic

u) Efekty zastosowania ustawnika pozycyjnego

Zespół pozycjoner - siłownik stanowi zamknięty układ regulacji położenia trzpie­nia, czyli jest to typowy nadążny układ regulacji położenia.

Zastosowanie ustawników pozycyjnych pozwala na uzyskanie:

Pytanie nr 5

A)Rola urządzenia pomiarowego w układzie sterowania

Urządzenia pomiarowe w układach regulacji automatycznej dostarczają do regulatora (sterownika) informacje o przebiegu wielkości regulowanej. Urządzeniom tym stawiane są bardzo wysokie wymagania dotyczące niezawodności i dokładności działania (są przed regulatorem).

Żądanie dużej dokładności wynika z faktu, że błędy wprowadzane przez urządzenia pomiarowe nie są eliminowane przez działanie sprzężenia zwrotnego i w całości przenoszą się na dokładność regulacji

0x01 graphic

B) Schematy blokowe

a)przyrząd pomiarowy

b)tor pomiarowy

0x01 graphic

Regulator-wytwarzanie sygnału przeznaczonego dla układu regulacji (sterownika) zgodnego z wymaganiami stawianymi przez ten układ

Rejestrator-rejestrowanie wyników pomiarów

Sygnalizator-sygnalizowanie nadmiernych odchyłek od pożądanej wartości określonych wielkości

Wskaźnik- dostarczanie obsłudze informacji o bieżącej wartości kontrolowanych parametrów

Sygnalizator- opracowanie wyników pomiarów, porządkowanie ich oraz określanie wskaźników pośrednich i globalnych, obliczanie wartości średnich

C)Wprowadzenie do pomiarów elektrycznych -do przekształcenia pewnej mierzonej wielkości nieelektrycznej na dogodny do pomiaru sygnał elektryczny służy czujnik (zwany także przetwornikiem wejściowym).

Czujniki pomiarowe dzielimy na:

Zestaw odpowiednio połączonych urządzeń pomiarowych umożliwiających pomiar określonego parametru lub wielkości nazywamy układem pomiarowym. Często jednak trudno precyzyjnie określić różnicę pomiędzy układem a elementem, gdyż niektóre czujniki są również układami.

D) Fizyka czujników (sensorów)

E)Wybór czujnika

Żaden czujnik nie jest idealny, dla wszystkich aplikacji, wobec czego wiele różnych czynników może być wykorzystywanych do pomiaru takiej samej wielkości fizycznej. Wybór odpowiedniego czujnika jest uzależniony od kosztu, masy, wymogów dotyczących mocy, przekazywania sygnału, wymogów związanych z montażem i kontaktem z mierzonym elementem, warunkami otoczenia (medium, temperatura, pole elektromagnetyczne, wstrząsy i wibracje).Pomiary natężenia przepływu (cieczy lub gazu) opierają się na zasadzie spiętrzania i dławienia przepływu, polega to na wbudowaniu do rurociągu organów spiętrzających i dławiących, które wytwarzają pomiarowe spadki ciśnienia. Są to kryzy lub zwężki. W wyniku zwężenia przekroju rury wytwarza się różnica ciśnień, przed i za zwężką. Pomiar różnicy tych ciśnień umożliwia więc określenie natężenia przepływu.

F)Wirtualny przyrząd pomiarowy-niektórych zadań pomiarowych nie można wykonać inaczej lub lepiej niż za pomocą komputerowej karty pomiarowej. Komputerowa karta pomiarowa wraz z komputerem i oprogramowaniem tworzy wirtualny przyrząd pomiarowy. Ze względu na rozbudowane funkcje akwizycji danych komputerowa karta pomiarowa oznaczana jest skrótem DAQ lub Daq (ang. Data Acquisition card). Często stosuje się dodatkowe symbole w nazwie kart: np. DAQBoard oznacza kartę montowaną wewnątrz komputera (podłączaną do magistrali PCI lub ISA), DAQ PCcard oznacza kartę pomiarową PCMCIA. Działanie karty pomiarowej obejmuje znacznie więcej operacji niż tylko przetwarzanie analogowo-cyfrowe

PCI - Peripheral Component Interconnect; 32-bitowa magistrala danych
w komputerze PC

ISA bus - Industry Standard Architecture bus; 16-bitowa (lub 8-) magistrala danych w komputerze PC

PCMCIA - Personal Computer Memory Card International Association; standard kart komputerowych do laptopów i nazwa magistrali w laptopie

G)Funkcje karty pomiarowej

H)Zalety kart DAQ

I)Częstotliwość próbkowania

Częstotliwość próbkowania w liczbach próbek na sekundę [SPS] jest tym parametrem, który najkorzystniej wyróżnia system pomiarowy z kartą DAQ w porównaniu z systemem zawierającym woltomierz wolnostojący. Częstotliwość ta wynosi od kilku tysięcy SPS do 100 MSPS (np. NI-5911). Podana w katalogu wartość dotyczy zdolności przetwarzania przetwornika a/c w karcie i układów cyfrowego przetwarzania sygnałów (o ile nie podano inaczej). Częstotliwość próbkowania dana jest syntetycznie dla całej wielowejściowej karty. Przy pomiarze napięcia z wielu wejść (kanałów) za pomocą karty wielokanałowej największa częstotliwość próbkowania dla jednego wejścia jest ilorazem częstotliwości próbkowania całej karty przez liczbę włączonych kanałów. Na przykład, dla karty o maksymalnej częstotliwości próbkowania 1 MSPS i włączonych 8 kanałach największa częstotliwość próbkowania dla jednego kanału wynosi 125 kSPS. Natomiast dla włączonego tylko jednego kanału w tej samej karcie częstotliwość próbkowania w tym kanale wynosi 1 MSPS.

J)Zakres pomiarowy-zakres pomiarowy karty pomiarowej jest podawany jako przedział wartości napięcia symetrycznych względem zera lub napięcia dodatniego. Zakres pomiarowy kart różnego typu obejmuje przedział wartości od miliwoltów do kilkuset V (300 V dla wybranych wersji kart DAQ firmy IOtech). Wybrany zakres pomiarowy i rozdzielczość bitowa określają rozdzielczość bezwzględną karty. Przykładowo, 12-bitowa karta NI-6111 E ma zakresy pomiarowe od ±0,2 V do ±42 V. Na zakresie ±1 V rozdzielczość bezwzględna pomiaru napięcia ΔU za pomocą tej karty wynosi:

0x08 graphic

Po wzmocnieniu napięcia wejściowego przez wzmacniacz programowany
o współczynniku kV rozdzielczość bezwzględna poprawia się z ΔU na ΔU/ku .

K)Wirtualne przyrządy pomiarowe-komputerowa karta pomiarowa wraz z komputerem i oprogramowaniem tworzy wirtualny przyrząd pomiarowy. W odróżnieniu od „rzeczywistości wirtualnej", czyli sztucznego świata odczuwalnego przez pośrednictwo urządzeń peryferyjnych komputera (monitora, głośników), wirtulany przyrząd pomiarowy jest realnym urządzeniem technicznym. Jego „wirtualność" polega na koniecznym pośrednictwie komputera (monitora, klawiatury i myszy) w kontakcie z tym przyrządem oraz na ukryciu karty wewnątrz komputera (z wyjątkiem kart dołączanych łączem USB lub IEEE-1394).

L)Oprogramowanie wirtualnych przyrządów pomiarowych.

Program komputerowy jest nieodzowna częścią wirtualnego przyrządu pomiarowego,
a szerzej patrząc także komputerowego systemu pomiarowego. Przy zakupie komputerowej karty pomiarowej często możliwy jest zakup oprogramowania do karty. Bardzo duże możliwości w tworzeniu programów i łatwość programowania przyrządu wirtualnego stwarzają graficzne języki programowania wysokiego poziomu zwane środowiskami programowymi (ang. enyironment) do systemów pomiarowych. Najwięksi producenci aparatury pomiarowej oferują także firmowe języki programowania (programy).

Tak więc National Instruments oferuje języki programowania komputerowego LabVIEW lub LabWindows, firma Agilent (dawniej w ramach Hewlett-Packard) oferuje program VEE (dawniej HP VEE), firma Keithley program TestPoint. Wszystkie te języki mają bardzo wiele zalet i dwie dotkliwe wady: są kosztowne - ceny wersji podstawowych (basic) to kilka tysięcy dolarów oraz bardzo rozbudowane, co zmusza programistów do czasochłonnej nauki języka, w celu stworzenia choćby prostego, ale kompletnego programu. Wielu użytkowników zniechęca się do takiej nauki. Programy do przyrządów wirtualnych można także opracować w ogólnym języku programowania bogatym w procedury graficzne, np. Visual C/C++ lub Visual Basic.

0x01 graphic

x

y

y=f(x)



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Do druku zaliczenie z patomorfo
Wstęp do biotech-Materialy do zaliczenia dzienne, Testy psychologiczne, materialy do druku
BiSS, zaliczenie do druku, Moment bezwładności figury płaskiej:
Dietetyczny chleb z automatu bez dodatku cukru wersja do druku Wszystkie przepisy Polska
Biały mleczny chleb z automatu wersja do druku Wszystkie przepisy Polska
Żytni chleb z automatu wersja do druku Wszystkie przepisy Polska
Zdrowy codzienny chleb z automatu wersja do druku Wszystkie przepisy Polska
Najlepszy chleb z automatu wersja do druku Wszystkie przepisy Polska
Bułki z automatu do chleba wersja do druku Wszystkie przepisy Polska
Biały chleb z automatu wersja do druku Wszystkie przepisy Polska
Choroby zakazne wieku dzieciecego do druku
Zaburzenia rownowagi wodnej do druku 9
Automat do ład akumulatorów
Piesni maryjne na procesje do druku
czesci rozbite new do druku
Przytulia wonna, Botanika - Systematyka roślin do druku

więcej podobnych podstron