1.Co to jest automatyka, automatyzacja, sygnał, obiekt sterowania?

- Automatyka - nauka techniczna obejmująca teorię, zasady konstrukcji i użytkowania urządzeń automatycznych.

-Automatyzacja - zastąpienie procesów jednostkowych poprzez użycie aparatury technicznej do stworzenia automatycznych układów sterowania, które zastępują człowieka.

- Sygnał - przebieg dowolnej wielkości fizykalnej występującej w procesie regulacji. Jeżeli dwie wielkości fizykalne są jednoznacznie od siebie zależne, to jeden sygnał zawiera informacje o drugim.

- Obiekt sterowania- urządzenie lub obiekt urządzeń w którym przebiega proces sterowania.

2.Rozróżnić strukturę otwartą, zamkniętą, jaka jest różnica?

-Struktura układu otwartego:

X(t) - sygnał wejściowy

Us - urządzenie sterujące

U(t) - sygnał od urządzenia

OB. - Obiekt regulacji

Z - zakłócenie

y(t) - sygnał wyjściowy

Obieg charakteryzuje się przepływem sygnału lub informacji od wejścia układu do wyjścia. A sygnał sterujący U(t) określony jest przez urządzenie sterujące realizujący algorytm działania.

- Struktura układu zamkniętego:

X - węzeł zaczepowy, symulujący porównanie x(t) z y(t)

E(t) - błąd regulacji (uchyb regulacji) x-y=e

Sterowanie charakteryzuje się porównaniem sygnału y z sygnałem x, które realizowane jest poprzez ujemne sprzężenie zwrotne. Praca jego polega na reagowaniu na zmianę sygnału wyjściowego y wywołanego zakłóceniem poprzez wyznaczenie sygnału błędu, który oddziałuje na regulator, którego zadaniem jest wykształcenie sygnału sterującego w taki sposób, aby uzyskać zerową wartość uchybu.

3.Scharakteryzować węzeł zaczepowy i sumacyjny?

- Węzeł zaczepowy - pozwala na przekazanie sygnału w inne miejsce układu regulacji. Pobranie sygnału nie zmienia wartości sygnału w torze głównym.

- Węzeł sumacyjny realizuje operacje sumy sygnałów wchodzących do węzła (regulowanego i sterującego). Różnica pomiędzy nimi wyznacza sygnał błędu. Sygnał wypadkowy może być tylko jeden.

4.Jak wygląda schemat układu otwartego i zamkniętego?

Odp. w 2 pytaniu

5. Klasyfikacja układu sterowania?

5.1 ze względu na liniowość:

Układy liniowe spełniają zasadę superpozycji. Układy nieliniowe to takie układy, które nie spełniają wymogów definicji superpozycji, tzn. co najmniej jeden element jest nieliniowy.

5.2 ze względy na sposób przekazywania informacji:

Ciągły - sterowanie wszystkie sygnały opisane są funkcjami ciągłymi w czasie, a funkcje mogą przyjmować wszystkie wartości mieszczące się w przedziale ich zmienności

Dyskretny - sygnał na wyjściu elementu dyskretnego może przyjmować tylko niektóre wybrane wartości lub też sygnały. Występują w określonych momentach.

5.3 ze względu na liczbę wielkości regulowanych:

Jeżeli w układzie sterowania występuje tylko jedna wielkość regulowana to mówimy o układzie jednowymiarowym, jeśli tych elementów jest więcej to mówimy o układzie wielowymiarowym.

5.4 ze względu na sposób wyrażenia zadania sterowania:

- sygnał x jest stały w czasie x=const, wówczas mamy do czynienia z układem regulacji stałowartościowej.

- sygnał x jest znaną funkcją czasu x=f(t), wówczas mamy do czynienia z układem regulacji programowej.

- sygnał x jest przypadkową funkcja czasu, wówczas mówimy o układzie śledzącym.

5.5 ze względy na rodzaj aparatury sterującej:

- mechaniczne

- elektryczne

- pneumatyczne

- hydrauliczne

- mieszane

6. Podać różnice między układem liniowym i nieliniowym? – odp – pyt 5.1

Układy liniowe zawierają wyłącznie elementy, których charakterystyki statystyczne są liniami prostymi. Układy liniowe spełniają zasadę superpozycji. Układy nieliniowe to takie układy które nie spełniają wymogów definicji superpozycji, tzn. co najmniej jeden element jest nieliniowy.

7. Różnica między układem sterowania ciągłego i dyskretnego? – odp – pyt 5.2

Ciągły - sterowanie wszystkie sygnały opisane są funkcjami ciągłymi w czasie, a funkcje mogą przyjmować wszystkie wartości mieszczące się w przedziale ich zmienności

Dyskretny - sygnał na wyjściu elementu dyskretnego może przyjmować tylko niektóre wybrane wartości lub też sygnały. Występują w określonych momentach.

8. Narysować układ ze sprzężeniem zwrotnym ujemnym i dodatnim.

Układ ze sprzężeniem zwrotnym ujemnym:

Wzór: $W = \frac{G_{1}}{1 + G_{1} \bullet G_{2}}$

Układ ze sprzężeniem zwrotnym dodatnim:

Wzór: $W = \frac{G_{1}}{1 - G_{1} \bullet G_{2}}$

9. Co to jest regulator, z czego się składa i ich podział?

Regulator – organ sterujący, którego podstawowym zadaniem jest porównywanie mierzonej wartości wielkości regulowanej y(t) z wartością wielkości zadanej w(t) i formowanie różnicy wartości tych sygnałów e(t) w celu wytworzenia odpowiedniej wielkości sterującej.

W skład zespołu elementów funkcjonalnych, z których zbudowany jest regulator najczęściej wchodzą:

- element zadający, który przechowuje i odtwarza sygnał odpowiadający wartości wielkości zadanej

- element porównujący, w którym wartość sygnału wyjściowego e jest wynikiem różnicy sygnałów wartości mierzonej y i wartości zadanej

- element korekcyjny o odpowiednich własnościach dynamicznych, formujący sygnał uchybu regulacji e dla osiągnięcia pożądanych własności dynamicznych regulatora

- wzmacniacz, wzmacniający sygnał sterujący

Podział regulatorów ze względu na:

- budowę konstrukcyjną

- przeznaczenie

- sposób działania

- właściwości dynamiczne

- rodzaj nośnika sygnału

- rodzaj energii pomocniczej

- charakter zmian wielkości zadanej

10. Czym charakteryzuje się regulacja wg zakłóceń – zasada superpozycji (co to jest)?

Praca układu regulacji automatycznej może być słownie opisana w ten sposób: wywołana zakłóceniami z₁, z₂ zmiana sygnału regulowanego y powoduje powstanie sygnału błędu e.

Sygnał błędu e, wprowadzony na wejście regulatora, powoduje powstanie na jego wyjściu sygnału x, który będąc jednocześnie sygnałem wejściowym dla obiektu powoduje zmianę sygnału regulowanego y tak, aby różnica y — s była jak najmniejsza.

Układ regulacji automatycznej tworzy więc układ zamknięty, pracujący na zasadzie tzw. sprzężenia zwrotnego.

11. Zasada adaptacji oraz układ ekstremalny

Układy zbudowane według zasady adaptacji zmieniają algorytm sterowania w trakcie działania. Jeżeli charakterystyki są określone co pewien czas, to można wybrać najlepszy moment sterowania. Do układów działających na zasadzie adaptacji zaliczamy: układy ekstremalne oraz układy samonastawiające się.

W układach ekstremalnych podtrzymuje się ekstremalną najmniejsza lub największą wartość wielkości regulowanej. Wartość ta jest wyszukiwana automatycznie. W układach samonastawiających się parametry układu ustawiają się automatycznie w taki sposób, aby możliwe było osiągnięcie najlepszego wskaźnika jakości procesu regulacyjnego.

12. Wyjaśnić pojęcia operatora różniczkowania i całkowania

Operator różniczkowy – operator określony na przestrzeni funkcji różniczkowalnych wykorzystujący pojęcie pochodnej bądź różniczki funkcji. Operatory różniczkowe mogą działać zarówno na funkcje jednej jak i wielu zmiennych, na funkcje skalarne i wektorowe.

Operator całkowania - operator określony na pewnym zbiorze funkcji za pomocą ich całkowania. Często rozważa się operatory całkowe f → g, gdzie funkcja g jest określona wzorem postaci: . Występująca tu funkcja K nazywa się jądrem rozważanego operatora całkowego.

13. Funkcja przejścia, transmitancji, przepustowość.

Funkcja przejścia – przepustowość – transmitancja. A) Element o jednym wejściu i jednym wyjściu.

Funkcja przejścia określa przebieg sygnału na wyjściu danego elementu, wywołany doprowadzeniem na jego wejście sygnału l(t), przy zerowych warunkach początkowych. B) Element o wielu wejściach – wyjściach.

14. Pojęcie stabilności w układzie sterowania. Warunki konieczne i dostateczne stabilności funkcji.

Stabilny układ - jeśli przy zerowych sygnałach sterujących i zakłócających sygnał błędzie dążył do wartości zero, a gdy t dąży do nieskończoności. Stabilność wg Lapalce, która mówi, że układ liniowy jest stabilny, jeżeli jego odpowiedź na zakłócenie o ograniczonej wartości jest ograniczona. Układ po wyprowadzeniu go ze stanu równowagi sam powraca do tego stanu.

Klasyczne kryteria stabilności układów ciągłych:

- kryterium biegunowe
- kryterium odpowiedzi skokowej – układ zamknięty w odpowiedzi na skok jednostkowy (przyjmuje 0 dla ujemnych argumentów i 1 dla reszty) powinien osiągnąć stan ustalony.
- kryterium Hurwitza
- kryterium Michalowa – kryterium anailityczno – graficzne
- kryterium Nyqusita – kryterium logarytmiczne

15. Typowe sygnały, które występują w układach sterowania automatycznego

- impuls prostokątny – zarówno wartość średnia tego sygnału, czas trwania, jak i energia są jednostkowe.
- impuls trójkątny
- impuls kosinusoidalny – sygnał ten jest symetrycznym impulsem obejmującym pół okresu sygnału kosinusoidalnego
- sygnały o ograniczonej mocy: skokowy, stały, wykładniczy, narastający, impulsowy, harmoniczny, potęgowy.

16. Zalety i wady – na czym polega sterowanie w układach cyfrowych w stosunku do układów analogowych.

W układach cyfrowych zakres zmian wielkości regulowanej dzieli się na części i każdej przypisuje kolejno liczbę. Sygnałem regulowanym są liczby, które porównuje się z liczbami reprezentującymi sygnał sterujący. Węzeł sumacyjny dokonuje porównania dwóch liczb i przekazuje wynik pomiaru regulatorowi. Ten wynik, który jest również liczbą przekształca się na sygnał o przebiegu ciągłym (analogowym). W układach analogowych wynik pomiaru jest przedstawiony w postaci wielkości fizykalnej, związanej z wielkością regulowaną określoną zależnością funkcyjną.

Zalety układów cyfrowych:

- Możliwość bezstratnego kodowania i przesyłania informacji

- Zapis i przechowywanie informacji cyfrowej jest prostsze.

- Mniejsza wrażliwość na zakłócenia elektryczne.

- Możliwość tworzenia układów programowalnych, których działanie określa program komputerowy.

Wady układów cyfrowych:

- Są skomplikowane i projektowane przy użyciu komputerów.

- Wymagają dodatkowych zabezpieczeń.

- Problem stanowi ewentualne odtworzenie oryginalnej informacji.