Układ automatyki: zbiór elem i urządzeń autom, wykonujący określone zadanie El. Automatyki: Podstawowe człony, zmiana sygnału, realizują podstawowe funkcje, silniki, prądnice, wzmacniacze, czujniki Urządzenia automatyki: grupy elementów, np. urządzenia pomiarowe spełniające określone funkcje: urządzenia wykonawcze, rejestratory, regulatory Regulacja: jednoobwodowa, kaskadowa, z pomiarem zakłóceń |
Modelowanie: proces twórczy, który ma doprowadzić do utworzenia modelu Model: jest to celowo uproszczona reprezentacja rzeczywistości, pozbawiona wielu szczegółów nieistotnych z punktu widzenia celu modelowania Cel tworzenia: dążenie do zrozumienia otaczającej nas rzeczywistości, poznanie praw rządzących zjawiskami, przewidywanie zachowania różnych zjawisk w przyszłości w innych warunkach |
Symulacja: eksperyment realizowany za pomocą komputerów który odpowiada ściśle eksperymentowi na układzie rzeczywistym Grupy modeli: geometryczne, kinematyczne, dynamiczne Analogia między układami fizycznymi: są analogiczne jeżeli pomimo swojej odmienności fizycznej, mogą być opisane tymi samymi pod względem formalnym zależnościami matem |
Mod fizyczne: umożliwiają wyodrębnienie z modelu rzeczywistego takich jego cech, które są najistotniejsze z uwagi na zakładane zastosowanie modelu. Mod matematyczne: mają charakter symboliczny, należą do grupy modeli w których obiekty i ich parametry są opisane stałymi i zmiennymi matematycznymi a relacje pomiędzy obiektami opisane są zależnościami funkcyjnymi . (ciągłe/dyskretne) |
Mod statyczne: umożliwiają analizę stanu układu w wybranym położeniu/ chwili czasu Mod dynamiczne: są to modele w których podstawą opisu układu jest upływający czas. Stosowane są do analizy stanów nieustalonych układów fizycznych Mod deterministyczne: są to takie modele dla których zmienne fizyczne oraz zależności funkcyjne są ściśle określone (stochastyczne: mają charakter losowy) |
---|---|---|---|---|
Mod analityczne: pozwalają uzyskać rozwiązanie analizowanego problemu na podstawie bezpośredniej analizy postaci matematycznej modelu Mod numeryczne: klasa modeli dla których znalezienie dokładnego rozwiązania analitycznego nie jest możliwe: rozwiązanie przybliżone |
Parametry: nazywamy wielkości które charakteryzują pewne własności układu: masa, gęstość, sprężystość itp. Najczęściej przyjmowane jako stałe w czasie Zmienne: wielkości fizyczne których przebiegu w funkcji czasu charakteryzują zachowanie się układu: sygnały WE(wymuszenia) oraz WY(odpowiedzi ukł) |
Zasady modelowania: 1. Należy dokonać szczegółowej analizy układu dla którego będzie tworzony model (dokumentacja, budowa, funkcjonowanie) 2. Modelowanie należy zacząć od modelu o małej liczbie szczegółów który później może zostać rozbudowany jeżeli okaże się to konieczne. Model powinien zawierać wyłącznie te elementy które są istotne z punktu widzenia celu tworzenia modelu. |
3. Należy wykorzystać wiedzę i doświadczenie specjalistów w danej dziedzinie w celu określenia poziomu szczegółowości modelu. 4. Przeprowadzić analizę wrażliwości co pozwala wskazać które parametry będą miały decydujący wpływ na wybrane własności układu 5. Kierować się intuicją |
6. Należy starać się robić w możliwie najprostszy sposób unikając nadmiernej zależności zarówno gdy chodzi o odwzorowanie struktury danego układu jak również jego zapis matematyczny lub numeryczny 7. Gdy modeluje się coś co nie jest trywialne należy stosować metodę prób i błędów. |
Tok modelowania: 1.Obiekt rzeczywisty-> 2.Model fizyczny-> 3.Model dyskretny-> 4.Model matematyczny-> 5.Dane do symulacji-> 6.Model symulacyjny-> 7.Wyniki obliczeń-> 8.Analiza wyników-> 9.Koniec Gdy analiza daje negatywne wyniki należy dokonać zmian modelu symulacyjnego bądź danych do symulacji lub modyfikacji modeli 2,3,4. |
Założenia podczas tworzenia modeli fizycznych: 1. Pomijanie małych wpływów 2.Założenie że analizowany układ nie powoduje zmian w otaczającym go środowisku 3.Zastąpienie parametrów rozłożonych przez skupione 4.Zakładanie prostych, liniowych zależności między zmiennymi fizycznymi opisującymi przyczyny i skutki 5. Parametry fizyczne są niezmienne w czasie |
Założenia upraszczające: AD1------------------------------ Elektryczne: rez, poj, ind są stałe w czasie, niezależne od prądu i napięcia Mechaniczne: ciała idealnie sztywne, nieodkształcalne, sprężyny idealne o znikomej masie, tarcie proporcjonalne tylko do prędkości Pneumatyczne: spadek ciśnienia na oporze przepływu jest proporcjonalny do jego natężenia, gaz jest idealnie sprężysty i opisany stałą wartością współczynnika sprężystości |
Hydrauliczne: ciecze są nieściśliwe , spadek ciśnienia na oporze przepływu jest proporcjonalny do wielkości tego przepływu AD2---------------------------------- Elektryczne: układy są zasilane ze źródeł o sztywnych charakterystykach Hydr/neum: przyjmuje się że to co dzieje się w układzie nie wpływa na ciśnienie źródła z którego układ jest zasilany AD3------------------------------ Znaczne uproszczenie układu zamiast pochodnych cząstkowych, zwyczajne |
-przyjęcie temperatury śr -jednolita gęstość -masy skupione w wybranych punktach AD4--------------------------------- W przypadku równań liniowych rozwiązania podlegają prawu superpozycji i są ogólne: słuszne dla wszystkich wartości zmiennych |
Kryteria wyboru postaci modeli matematycznych 1.Cel tworzenia modelu 2.Potrzebna dokładność w odwzorowaniu modelu rzeczywistego 3.Ograniczenia którym podlega układ rzeczywisty 4.istnienie metod matematycznych i obliczeniowych pozwalających na przeprowadzenie analizy 5.stopień znajomości praw fizycznych rządzących układem 6.Możliwość wykonania pomiaru parametrów układu |
ETAPY MODELOWANIA MAT 1.Wybór zmiennych fizyczn. Określają chwilowy stan układu: ciśnienie prędkość, siła, temperatura. Zmienne przepływu(1-punktowe), spadku(2-punktowe). Przepływu: są miarą wielkości fizycznej która przechodzi przez człon elementarny, charakteryzują intensywność przepływu określonej wielkości przez element układu (np. prąd, siła, natężenie objętościowe lub masowe przepływu płynu, natężenie przepływu ciepła) |
Spadku: są miarą różnicy stanów na końcach elementów i wyrażają one napór jakiemu poddany jest element (różnica potencjałów, spadek ciśnień między końcami przewodu) Np. -napięcie -prędkość liniowa/kątowa -ciśnienie -temperatura |
2.Napisanie równań -zachowania: r. bilansu masy mz=md-mo r. bilansu ciepła r. bilansu energii Et=Eo+/-/\E -równowagi formułowane na podstawie związków przepływu(r węzłów,ciągłości) 1K – suma prądów w węźle=0 Równania równowagi sił, równanie ciągłości przepływu -spójności zależność między zmiennymi spadku: suma napięć obwodu=0;równanie spadku ciśnień; równanie bilansu temperatury |
3. Sformułowanie zależności fizycznych -formułuje się jako zależności między zmiennymi przepływu i zmiennymi spadku -opieramy się na prawach fizyki którym podlegają poszczególne elementy układów fizycznych: związki między prądem i napięciem, siłą i przemieszczeniem El Rezystywne-rozproszenie energii w postaci ciepła El pojemnościowe-magazyn energii w postaci potencjalnej El indukcyjne-magazyn energii w postaci kinetycznej |
REZYSTYWNE Opornik–rezystancja U=R*i En rozproszona Ps=i2*R Ps – strata mocy Tłumik cieplny-opór tarcia -ruch postępowy F=v*Rv En rozproszona Ps=v2*Rv -ruch obrotowy M=w*Rw En rozproszona Ps=w2*Rw Zwężka-opór przepływu -hydrauliczne /\p=p1-p2=QRn -pneumatyczne -||- =Q*Rp P1,p2- ciśnienia na WE i WY Q – natężenie przepływu En rozproszona Ps=Q2*Rn(Rp) |
Warstwa graniczna- opór cieplny /\T=Q*Rc Q-il ciepła przepływającego w jednostce czasu między 2 ciałami o różnicy temp /\T POJEMNOŚCIOWE C – pojemność elektryczna U(0)- początk napięcie na C En magazyn: V=0,5C*U2=1/(2c)*qe2 qe: ładunek elektryczny V:energia potencjalna |
El sprężyste: wsp sprężystości -ruch postępowy Cv- wsp sprężystości określany jako stosunek zmian długości /\x sprężyny do przyrostu /\F En zmagaz: V=0,5Cv*F2 -ruch obrotowy Cw- wsp spr określany jako stosunek zmian przemieszczenia kątowego /\ do przyrostu momentu /\M który wywołuje to przemieszczenie En zmagaz: V=0,5Cw*M2 |
Zbiornik: poj hydrauliczna Jeżeli pod wpływem zmiany ciśnienia o /\p=p-p(0) objętość zajmowana przez ciecz nieściśliwą w zbiorniku zwiększa się o /\Vo=Vo-Vo(0) to poj hydr Cn wynosi: En zmagaz V=0,5Cn*pp |
Zbiornik wsp sprężystości Cp If pod wpływem zmiany cieśn o /\p=p-p(0) gaz w zbiorniku zajmujący przy cisnieniu p(0) objętość Vo(0) zostanie ściśnięty do objętości Vo to pojemność pneumatyczna = En zmagaz V=0,5Cp*p2 |
Ciepło- pojemność cieplna q- il ciepła dostarczona do układu w jedn czasu Poj cieplna Cc=dq/dt|Cc=cρVo INERCYJNE Cewka: indukcyjność U=Ldi/dt En T=0,5L*i2 T-en kinetyczna Bryła: masowy mom bezwład. -ruch postępowy F=mdv/dt En: T=0,5mV2 -ruch obrotowy M=Jdw/dt En: T=0,5J*w2 |
Płyn: bezwł hydr/neum /\p=p1-p2=mn*dQ/dt P1,p2 WE i WY przewodu Q natężenie przepływu mn bezwł hydr = m/s2 m-masa En T=0,5mnQ2 |