1. Opisać metody wyznaczania charakterystyk statycznych i odpowiedzi na dane wymuszenie oraz podać przykład i dokonać interpretacji wyniku.

Stany ustalone, w których wielkości pozostają niezmienne w czasie określa się charakterystykami statycznymi.

Metody wyznaczania charakterystyk statycznych:

• Metoda analityczna polega na graficznym przedstawieniu zależności między sygnałem wejściowym i wyjściowym y =f(x), przy wykorzystaniu matematycznego opisu procesów fizycznych zachodzących w obiekcie.

• Metoda doświadczalna polega na wprowadzaniu do rzeczywistego układu kolejnych, niezmiennych w czasie, wartości sygnału wejściowego x1 do xn oraz pomiarze odpowiadających im wartości sygnału na wyjściu y1 do yn. Po uzyskaniu odpowiedniej ilości par (x,y) nanosi się je na wykres współrzędnych, aproksymuje otrzymując w ten sposób charakterystykę statyczną obiektu.

ODPOWIEDZI OBIEKTÓW:

Obiekty astatyczne - Obiekty, których wartość odpowiedzi na wymuszenie skokowe dąży do nieskończoności i nie osiąga nowego stanu ustalonego nazywane są astatycznymi (bez samowyrównania).

Odpowiedzi statyczne obiektów cieplnych na wymuszenie skokowe można podzielić na :

• proporcjonalne – np. odcinek przewodu z zaworem regulacyjnym oraz czujnikiem przepływu Wielkością charakteryzującą proporcjonalny obiekt regulacji przepływu jest współczynnik wzmocnienia

• inercyjne pierwszego rzędu – np. Podgrzewacz ciepłej wody z trójdrogowym zaworem regulacyjnym

• inercyjne pierwszego rzędu z opóźnieniem- np. Przewód z trójdrogowym zaworem regulacyjnym oraz czujnikiem temperatury w obudowie ochronnej

• inercyjne wyższego rzędu – np. Kocioł z palnikiem, instalacją c.o., grzejnikiem oraz pomiarem temperatury w pomieszczeniu. Charakterystyka obiektu składa się z: charakterystyki proporcjonalnej palnika, proporcjonalnej z opóźnieniem przewodów instalacji, inercyjnej pierwszego rzędu kotła, grzejnika i czujnika temperatury oraz inercyjnej pierwszego rzędu z opóźnieniem pomieszczenia

PRZYKŁAD:

Przykładowa charakterystyka statyczna obiektu regulacji

Charakterystyki statyczne: a – zaworu regulacyjnego (stałoprocentowa), b – wymiennika ciepła, c – wymiennika ciepła wraz z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji)

PRZYKŁADOWA CHARAKTERYSTYKA SKOKOWA

Uzyskana eksperymentalnie odpowiedź obiektu regulacji (temperatury powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu) na wymuszenie skokowe.

Kształt odpowiedzi obiektu regulacji na wymuszenie skokowe można zrozumieć analizując przebieg ciągu procesów zachodzących podczas eksperymentu:

1. Wymuszona zmiana stopnia otwarcia zaworu powoduje skokową zmianę strumienia czynnika grzejnego. Wynikająca stąd zmiana mocy grzejnika przebiega z pewnym opóźnieniem.

2. Z opóźnieniem zachodzą także kolejne procesy: wymiana ciepła pomiędzy grzejnikiem a pomieszczeniem za pośrednictwem powietrza oraz transport ciepła od otoczenia do czujnika temperatury.

3. Te wszystkie wpływy razem wyjaśniają inercyjny kształt odpowiedzi skokowej.

Po zrównaniu nowej wartości strat ciepła pomieszczenia (przy zmienionej różnicy temperatury wewnętrznej i zewnętrznej) z ilością ciepła dostarczanego przez grzejnik powstaje nowy stan równowagi i od tego momentu temperatura powietrza utrzymuje się na stałym poziomie.

2. Opisać metodykę projektowania i programowania wybranego urządzenia automatyki lub robotyki, podać przykład i uzasadnić wybór parametrów konfiguracyjnych.

Roboty przemysłowe - postać mechanicznego ramienia o pewnej liczbie stopni swobody. Jest w stanie manipulować z ogromna szybkością i precyzja przedmiotami o wadze do kilkuset kilogramów.

Zwykle są one programowane do wykonywania tych samych, powtarzających się czynności, które mogą wykonywać cała dobę. Zalety: lepsze wykorzystanie zasobów, redukcje kosztów pracy - usprawniają realizacje trudnych zadań, zwiększenie ergonomii i bezpieczeństwa pracowników, lepsza jakość wyrobów przy mniejszej ilości odpadów. Wady: Roboty całkowicie wyeliminują koszty pracy ludzkiej, pewna liczba czynności, w których ludzie sa lepsi od robotów, zakup robota oraz jego utrzymanie jest kosztowne.

Podział robotów przemysłowych względem struktury kinematycznej:

- stacjonarne

- mobilne: poruszające się po stałym torze, autonomiczne roboty mobilne.

Podział robotów przemysłowych względem jednostki kinematycznej:

- monilityczne: o niezmiennej konstrukcji mechanizmu. Jednostki monolityczne znajduja coraz mniejsza grupe odbiorców ze wzgledu na wymagania zwiazane z elastycznoscia zrobotyzowanych systemów produkcyjnych.

- modułowe: jednostki kinematyczne złożone z oczekiwaniem klienta. Klient dostarcza informacje na temat żadanych ruchów, a producent dostarcza odpowiednie moduły z układem zasilania i sterowania.

- pseudomodułowe: o stałej strukturze kinematycznej z możliwą wymianą niektórych modułów.

Nauczanie przez pokazywanie- programowanie robota:

Metoda ta polega na przemieszczaniu robota do pożądanego punktu docelowego i zapisywaniu jego

pozycji w pamięci programatora. W fazie nauczania robota użytkownik może „ręcznie” prowadzić robota lub sterować nim za pomocą ręcznego programatora. Programator ręczny jest przenośnym pulpitem z klawiszami, które umożliwiają sterowanie każdym połączeniem ruchowym manipulatora

lub każdym stopniem swobody w układzie kartezjańskim. Niektóre z takich sterowników pozwalają na sprawdzenie warunków i wybór opcji działania, co umożliwia zapis prostych programów logicznych.

Niektóre współcześnie programatory ręczne są wyposażone w ręczne alfanumeryczne

wyświetlacze i w swej złożoności są zbliżone do terminali komputerowych.

3. Opisać wielkości charakteryzujące układ automatyki lub robotyki o dokonać ich wyznaczenia wraz z przykładem.

Regulacja proces, w trakcie, którego mierzy się jakąś wielkość fizyczną, nazywaną wielkością regulowaną, porównuje z wartością innej wielkości nazywanej wielkością zadaną i wpływa na jego przebieg w celu minimalizacji różnicy tych wielkości. W procesie regulacji przebieg sygnałów odbywa się w obwodzie zamkniętym. Aby otrzymać zamknięty układ sterowania należy zamknąć pętlę oddziaływań.

Rodzaje regulacji

- Regulacja stałowartościowa polega na utrzymaniu stałej wartości wielkości regulowanej. Wartość zadana pozostaje na stałym poziomie niezależnie od zakłóceń działających na układ (jest zdeterminowana w = const).. Działanie układu regulacji automatycznej prowadzi do eliminowania wpływu zakłóceń na wielkość regulowaną. np. regulacja temp. w pomieszczeniu

- Regulacja programowa wartość wielkości regulowanej zgodnie z zadanym programem zmiany wartości zadanej (w = w(t)) . Przykładem regulacji programowej w systemach ogrzewania pomieszczeń jest okresowe obniżanie temperatury powietrza do poziomu temperatury dyżurnej w godzinach nocnych lub w dni wolne od pracy.

- Regulacja stałowartościowa sekwencyjna stosowana jest w przypadku gdy dla utrzymania

stałej wartości wielkości regulowanej konieczna jest współpraca regulatora z dwoma lub więcej elementami wykonawczymi.

- Regulacja nadążna korygowanie wartości wielkości regulowanej stosownie do aktualnej wartości zadanej, która zmienia się w sposób trudny do przewidzenia. Regulacja ta uwzględnia wpływ parametrów klimatu zewnętrznego potocznie jest nazywana regulacją pogodową lub kompensacyjną.

- Regulacja nadążna kaskadowa do regulacji temperatury w systemach wentylacji i klimatyzacji

w celu uzyskania wysokiej, jakości regulacji poprzez kompensację własności dynamicznych obiektu regulacji. W procesie regulacji zakłada się kaskadowe działanie dwóch regulatorów, regulatora głównego (wiodącego) oraz regulatora pomocniczego (nadążnego). Obydwa regulatory w regulatorach cyfrowych mogą być zaprogramowane w jednym urządzeniu. Regulacja kaskadowa korzystna jest szczególnie wówczas gdy własności dynamiczne obu obwodów regulacji różnią się znacznie między sobą.