Mechanizacja zastępowanie czynności wykonywanych ręcznie przez czynności wykonane za pomocą energii obcej (mechanicznej, elektrycznej, chemicznej) dostarczanej z zewnątrz procesu Robotyzacja Zastępowanie czynności wykonywanych ręcznie przez manipulatory lub roboty przemysłowe Automatyzacja zastępowanie ręcznych czynności kierowanych (sterowanych) mechanicznie procesów czynnościami samoczynnymi odbywającymi się bez uciążliwego obserwowania procesu człowieka Automatyka oznacza dziedzinie wiedzy, której przedmiotem są samoczynne procesy Automat jest to urządzenie pracujące samoczynnie i nie wymagające bezpośredniego udziału człowieka np. automat tokarski wykazuje szereg prostych czynności jak toczenie Układem automatyki nazywamy zespół elementów biorących udział bezpośrednio w kierowaniu Układ automatyki jest to zespół elementów biorących udział bezpośrednio w kierowaniu procesem automatycznym oraz elementów pomocniczych, który jest uporządkowany na zasadzie ich wzajemnej współpracy tzn. zgodnie z kierunkiem przepływu sygnału. Sygnałem(atrybuty) nazywamy stan lub zmianę stanu dowolnej wielkości fizycznej będącej nośnikiem informacji. Informacja ta zawarta jest w: -rodzaju sygnału- przesunięcie, siła, napięcie, natężenie prądu, ciśnienie; -postaci sygnału- przebieg zmian sygnału w czasie x=f(t) może być ciągły lub nieciągły; -wartości sygnału- wartość lub zmiana wartości wielkości fizycznej będącej sygnałem Sygnał - ciągła [a) liniowa, b) nieliniowa)] nieciągła(dyskretna) [a) impulsowa, b) przełączająca] W celu minimalizacji elementów układu automatyki oraz uwidocznienia zależności poszczególnymi członami i kierunku przepływu sygnałów posługujemy się tzw. schematem blokowym. Przedstawione są w formie prostokątów zwanych blokami, a sygnały w formie linii łączących poszczególne bloki. Miejsca połączeń sygnałów noszą nazwę węzły: -sumacyjnych- gdzie sygnały ulegają algebraicznemu sumowaniu; -informacyjnych- gdzie sygnały rozpływają się nie zmieniając swojej wartości Układ Otwarty nazywamy układ bez sprzężenia zwrotnego, czyli brak oddziaływania wstecznego wielkości regulowanej „y” na wielkość regulującą w. Układ zamknięty nazywamy układ ze sprzężeniem zwrotnym, czyli oddziaływanie wstecznej wielkości regulowanej „y” na wielkość regulującą w. Warunkiem koniecznym poprawnego działania układu regulacji automatycznej jest, aby sprzężenie zwrotne miało znak „-”(dodatnie jest destrukcyjne). Warunek potrzebny na poprawne działanie układu ze sprzężeniem zwrotnym Zachowanie stabilności układu automatyki regulacji. Sterowanie w strukturze zamkniętej charakteryzuje się porównaniem sygnały wyjściowego z sygnałem zadanym. Porównanie to jest realizowane przez ujemne sprzężenie zwrotne. Praca zamkniętego układu polega ba regulowaniu na zmianie sygnału wyjściowego (wywołana np. zakłóceniem) przez wyznaczenie sygnału uchybu. Sygnał ten oddziałuje na regulator w taki sposób, aby uzyskać ponownie zerową wartość uchybu Podział automatyki ze względu na postać sygnału: - układ dyskretny - takie które operują sygnałami będącymi nieciągłymi funkcjami czasu np. układy przełączające - układ ciągły - takie które operują sygnałami będącymi ciągłymi funkcjami czasu - przynajmniej jeden sygnał jest ciągły Układ kombinacyjny i sekwencyjny.  Funkcja jednoznaczna przyporządkowuje każdemu elementowi ze zbioru x tylko jeden element ze zbioru y, takie układy nazywamy kombinacyjnymi. Sygnał wyjściowy zależy od sygnałów wejściowych. Układ kombinacyjny jest opisany za pomocą równań: Y1=f1(x1, x2 ......  xn) ,  Y2=f2(x1, x2 ......  xn) ,  Ym=fm(x1, x2 ......  xn).  Każdy układ przełączający jest układem sekwencyjnym.  Sygnały wyjściowe mogą  zależeć od aktualnego stanu  wejściowego i aktualnego  stanu pamięci - jest to  układ sekwencyjny  (synchron i asynchroniczny)  Licznikami nazywane są układy służące do zliczania impulsów. Rejestr zespół przerzutników służący do przechowywania informacji w po­staci liczb binarnych (zespół 4 przerzutników pozwala na zapisanie cyfry dziesiętnej) Sumator układ realizujący sumę arytmetyczną liczb binarnych Układy porównujące liczby, czyli komparatory, występują w trzech różnych odmianach, sygnalizując występowanie relacji: 1)A=B;A≠B 2) A ≥ B; A <B 3)A>B; A = B; A<B Przerzutniki są to tzw. układy bistabilne zdolne do zapamiętywania jednego bitu, na ogół budowane są na 2 wyjściach i 1 lub 3 wejściach. Rozróżnia się: a) Przerzutnik RS ma wejście S służące do ustawiania stanu Q — l i wejście R, służące do ustawiania stanu Q = 0. Równoczesne wy­stępowanie stanu l na wejściach R i S jest zabronione, b) Przerzutnik JK ma wejścia o roli takiej jak wejść S i R w poprzednim elemencie, z tym że równoczesne występowanie stanu l na wejściach J i K jest dozwolone; przerzutnik zmienia wtedy swój stan (z 0 na l i z l na 0). c) Przerzutnik D ma jedno wejście, wartość sygnału wejściowego (wzbudzenia) jest przekazywana bez zmian na wyjście Q, wobec czego przerzutnik ten działa jak element opóźniający. d) Przerzutnik T jeżeli w przerzutniku JK , J=K Konwerterami kodów układy służące do zamiany jednego kodu na drugi są nazywane a) Koder układ zamieniający liczbę w kodzie „l z n" na binarną (Lp.0123;x3x2x1x0;y2y1) b) Dekoder konwerter układ zamieniający liczbę binarna na liczbę zapisana w kodzie „1z n" (Lp.0123;x2x1;y3y2y1y0) Komutatory układy służą do selektywnego przełączania sygnałów i dzielą się na dwie grupy. a) Selektory (demultipleksery) przekazują sygnał wejściowy do jednego z kilku torów wyjściowych, przy czym numer (adres) toru wyjściowego jest wybierany sygnałami pomocniczymi. b) Kolektory (multipleksery) przekazują jeden z sygnałów wejściowych (wybrany adresem ) na wyjście układu.

Człon bezinercyjny Równanie: y = k•x , y = y(t) , x = x(t)gdzie k - współczynnik wzmocnienia. Charakterystyka statyczna: y = k•x , α = arctg k Transmitancja operatorowa: G(s)= Y(s)/X(s)=k Odpowiedź na wymuszenie skokowe x(t) = 1(t) • xst : Charakterystyki członu bezinercyjnego: a) statyczna, b) skokowa Człon inercyjny Równanie: T•dy/dt + y= k•x gdzie: T- stała czasowa [s], k - współczynnik wzmocnienia (proporcjonalności). Charakterystyka statyczna: y= k•x . Transmitancja operatorowa: G(s)=k/(Ts+1) Odpowiedź na wymuszenie skokowe x(t)= 1(t)•xst: Przyjmuje się, że po upływie czasu równego trzem stałym czasowym zanika wpływ inercyjności układu . Odpowiedź na wymuszenie skokowe członu inercyjnego Człon całkujący Równanie: dy/dt=k•x Stała czasowa akcji całkowania T=1/k Charakterystyka statyczna: x=0 Transmitancja operatorowa: G(s)= 1/Ts= k/s Odpowiedź na wymuszenie skokowe x(t) = l(t)•xst: Charakterystyki członu całkującego: a) statyczna, b) skokowa Idealny człon różniczkujący Równanie: y= k•dx/dt W przypadku jednoimiennych sygnałów wejścia i wyjścia współczynnik proporcjonalnośc k ma wymiar czasu i oznacza się go literą T, zatem y= k•dx/dt nosi nazwę stałej czasowej różniczkowana. Charakterystyka statyczna: y=0 Transmitancja operatorowa: G(s) = T•s Odpowiedź na wymuszenie skokowe x(t) = 1(t)•xst : gdzie δ(t) jest tzw. pseudofunkcją Diraca: 0 dla t < 0, ∞ dla t = 0, 0 dla t>0. Rzeczywisty człon różniczkujący Równanie: T•dy/dt + y= k•dx/dt współczynnik proporcjonalności k ma wymiar czasu i równanie można zapisać: T•dy/dt + y= T•dx/dt Charakterystyka statyczna członu będzie oczywiście identyczna z charaktery­styką statyczną członu idealnego. Transmitancja operatorowa: G(s)=Ts/(Ts+1) Odpowiedź na wymuszenie skokowe x(t) = l(t)•xst Człon oscylacyjny Równanie: gdzie stałe czasowe Tl i T2 spełniają następującą zależność: a liczba k jest współczynnikiem proporcjonalności. Po wprowadzeniu tzw. pulsacji oscylacji własnych ω0 oraz zredukowanego (względnego) współczynnika tłumienia ξ: ω0=1/T ξ=T2/2T1 Transmitancję operatorową wyraża wzór: Jeżeli ξ=0 to otrzymujemy drgania .... ; ξ=1 brak oscylacji; ξdo2≥1uzyskujemy układ inercyjny II rzędu Odpowiedź na wymuszenie skokowe rzeczywistego członu różniczkującego Człon opóźniający Równanie: y(t)=x(t-τ) gdzie τ nosi nazwę opóźnienia. Charakterystyka statyczna: y = x Transmitancja operatorowa: G(s)= e do -τs Odpowiedź na wymuszenie skokowe x(t) = 1(t)•xst: y(t)=1(t-τ)•xst

Charakterystyki częstotliwościowe, które umożliwiają pośrednią ocenę zachowania się elementu lub układu przy wszystkich wartościach częstotliwości sygnału wejściowego x(t). Jeżeli na wejściu liniowego układu automatyki wprowadzone zostanie wymuszenie sinusoidalne to wyjściu ustali się odpowiedź sinusoidalna o tej samej częstotliwości, ale na ogół o innej amplitudzie. Na ich podstawie można określić : a) stosunek amplitudy sygnału wyjściowego y(t) (odpowiedzi) do amplitudy sy­gnału wejściowego x(t) (wymuszenia), b) przesunięcie fazowe pomiędzy odpowiedzią a wymuszeniem jako funkcję częstotliwości. Po wprowadzeniu na wejściu członu liniowego sygnału sinusoidalnie zmienne­go, opisanego równaniem: Transmitancję widmową zdefiniować można jako: 1) stosunek transformaty Fouriera sygnału wyjściowego Y (jω) = F [y(t)] do transformaty Fouriera sygnału wejściowego X(jω) = F [x(t)], gdzie M(ω)=A2(ω)/A1(ω), jest modułem charakterystyki amplitudowo-fazowej. Wykres charakterystyki amplitudowo-fazowej jest więc miejscem geometrycznym końców wektorów, których długość jest równa M(ω), a kąt przesunięcia fazowego jest równy ϕ . Ponieważ funkcję zespoloną G(jω) można przedstawić algebraicznie jako sumę: G(jω)= P(ω) + jQ(ω) Wykres w przestrzeni Gaussa nazywa się charakterystyką amplitudowo-fazową. Charakterystyką amplitudowo-fazowa jest to miejsce geometryczne punktów, które są końcówkami wektorów o długości M(ω)i kącie przesunięcia fazowego ϕ moduł wyraża się wzorem: a kąt przesunięcia fazowego Amplitudowa charakterystyka częstotliwościowa W akustyce bezwymiarową jednostką logarytmicznej miary stosunku energii lub mocy jest l bel [B], Fazowa charakterystyka częstotliwościowa L=logP2/P1 [B] gdzie P1, P2 są odpowiednimi energiami. Jednostką dziesięciokrotnie mniejszą jest l decybel [dB], zatem L=10logP2/P1 [dB] Ponieważ moce są proporcjonalne do kwadratów amplitud, czyli P2/P1= A2do2/A1do2, L= log A2do2/A1do2=20logA2/A1 [dB] logarymiczn charakterystyka amplitudowa będzie więc miała postać M(ω)=20log M(ω) [dB] Układ współrzędnych do wykreślania amplitudowych charakterystyk logarytmicznych Układ współrzędnych do wykreślania fazowych charakterystyk logarytmicznych • Człon inercyjny I rzędu Równanie transmitancji widmowej: Jeżeli uwzględnimy, że to po przekształceniach otrzymamy równanie dolnej części okręgu: Charakterystyka amplitudowo-fazowa członu inercyjnego Logarytmiczna charakterystyka amplitudowa: Pulsację ω=1/T — nazywamy pulsacją sprzęgającą. Ponieważ dla ω<1/T z uwagi na mały wpływ, możemy pominąć wyraz Tdo2ωdo2, a dla ω>1/T możemy pominąć liczbę l pod pierwiastkiem, to otrzymamy bardzo prosty wykres charakterystyki przybliżonej (asymptotycznej): Logarytmiczna charakterystyka amplitudowa członu inercyjnego

Układem regulacji nazywamy układ złożony z obiektu regulacji i regulatora, które są połączone w układ ze sprzężeniem zwrotnym. Regulatorem nazywa się w automatyce urządzenie, które wytwarza sygnał sterujący obiekt (proces technologiczny) w sposób zgodny z pożądanym przebie­giem. Regulator jest członem korekcyjnym, który kształtuje sygnał nastawiający x (sygnały nastawiające x1,...,xn) w zależności od sygnału uchybu regulacji e tak ,aby sygnał odpowiedzi y obiektu był zgodny z sygnałem wiodącym w to znaczy, aby uchyb e był równy e. W ide­alnym układzie regulacji uchyb powinien być stale równy zeru. Wymagania stawiane układom regulacji 1) stabilność układów; 2)dokładność statyczna; 3)jakość dynamiczna a)wskaźniki dotyczące cech odpowiedzi skokowej (czas regulacji, odchylenie maksymalne, przeregulowanie, aperiodyczność) b)wskaźniki dotyczące cech charakterystyki częstotliwościowych (zapas stabilności, pasmo przenoszenia, wskaźniki regulacji, całkowe wskaźniki jakości) Stabilność układu automatyki jest cechą polegającą na powracaniu układu do stanu równowagi stałej po ustaniu działania zakłócenia, które wytrąciło go z tego stanu. Układ automatyki nazywamy asymptotycznie stabilnym, jeśli po ustaniu za­kłócenia powraca do tego samego stanu równowagi, który zajmował poprzednio. Jeżeli w czasie procesu sterowania wprowadzimy określony sygnał wejściowy x, to na wyjściu uzyskamy zamierzony ruch wymuszony y2 wraz z nałożonym ruchem własnym y1. Jeśli jednak na układ będzie działał sygnał chwilowy (który jest najczęściej zakłóceniem), to po ustaniu jego działania układ „odpowie" tylko ruchem własnym y1. Definicja Układ automatyki jest stabilny, jeśli pod wpływem wymuszenia o skończonej wartości przybiera (najczęściej różny od poprzedniego) stan równo­wagi trwałej po ustaniu tego wymuszenia y1(t)≤K Definicja Układ automatyki jest asymptotycznie stabilny, jeśli pod wpły­wem wymuszenia o skończonej wartości przybiera ponownie pierwotny stan rów­nowagi trwałej po ustaniu tego wymuszenia. lim gdy t→∞ y(t) = 0 Układ automatyki jest asymptotycznie niestabilny (w automatyce na granicy stabilności), jeżeli po ustaniu zakłócenia sygnał wyjściowy dążyć będzie do skończonej wartości, ale różnej od poprzedniej sprzed działania zakłócenia. Układ automatyki jest asymptotycznie stabilny wtedy i tylko wtedy, gdy wszystkie bieguny tzn. pierwiastki równania charakterystycznego: s=α+jβ (j = 1,2,...,n) leżą w lewej półpłaszczyźnie Gaussa. Wnioski 1. Jeśli chociaż jeden z pierwiastków równania charakteru- stycznego ma część rzeczywistą dodatnią, to układ jest niestabilny. 2. Jeśli równanie ma pierwiastki w lewej półpłaszczyźnie Gaussa oraz jednokrotnie pierwiastki na osi liczb urojonych, to układ jest wówczas na granicy stabilności (jest stabilny, ale nie asymptotycznie stabilny). 3. Jeśli pierwiastki zerowe są wielokrotne, to układ jest niestabilny. 4.Jeśli chociaż jeden z pierwiastków leży po prawej stronie płaszczyzny Gaussa, to układ jest niestabilny Kryterium Hurwitza. Układ automatyki jest asymptotycz­nie stabilny, jeżeli: 1) wszystkie współczynniki wielomianu charakterystycznego są do­datnie, 2) wyznacznik główny stopnia n wielomianu oraz jego wszystkie mi­nory główne Δn-1,Δn-2,...,Δ1 są dodatnie.

---