ZALICZENIE AUTOMA

1. Klasyfikacja automatyki (mechanizacja, automatyzacja, robotyzacja, automat, uklad automatyki, sygnal, atrybuty sygnalu).

Układ automatyki - zespoł wzajemnie powiązanych elementow biorących udział w sterowaniu automatycznym danego procesu (uporządkowany zgodnie z kierunkiem przekazywania sygnałow)

Automat - urządzenie, maszyna lub ich zestaw, wykonujące samoczynnie cykl czynności lub operacji określony konstrukcją lub programem, nie wymagające bezpośredniego udziału człowieka.

Sygnał - wielkość fizyczna występująca w procesie sterowania będąca nośnikiem informacji.

mechanizacja zastąpienie pracy ręcznej pracą maszyn

automatyzacja praktyczne zastosowanie automatyki, dyscypliny naukowej, zajmującej się teorią i realizacją urządzeń sterujących procesami (technologicznymi) bez udziału (a. z niewielkim udziałem) człowieka

robotyzacja, wprowadzanie do procesu produkcyjnego manipulatorow, robotow i urządzeń towarzyszących (podajniki, palety, magazyny produktow) w celu wykonywania operacji procesu z ograniczonym udziałem lub bez udziału człowieka

2. Schemat blokowy, rodzaje wezlow, uklad otwarty regulacji, uklad zamkniety, warunek konieczny poprawnego dzialania ukladu ze sprzezeniem zwrotnym.

Schematy blokowe, nazywane rownież strukturalnymi, przedstawiają wzajemne powiązania pomiędzy poszczegolnymi zespołami analizowanego elementu lub układu, tzn. podają kierunki przepływu sygnałow oraz związki między sygnałami wejściowymi i wyjściowymi wszystkich zespołow. Znajomość schematu blokowego ułatwia wyznaczenie opisu matematycznego (najczęściej

transmitancji) układu i analizę jego własności. W celu minimalizacji elementow układu automatyki oraz uwidocznienia zależności poszczegolnymi członami i kierunku przepływu sygnałow posługujemy się tzw. schematem blokowym. Przedstawione są w formie prostokątow zwanych blokami, a sygnały w formie lini łączących poszczegolne bloki. Miejsca połączeń sygnałow noszą nazwę więzów: -sumacyjnych- gdzie sygnały ulegają algebraicznemu

sumowaniu; -informacyjnych- gdzie sygnały rozpływają się nie zmieniając swojej wartości

Rodzaje węzłów:

a) Węzły informacyjne (zaczepowe) reprezentują na schematach blokowych urządzenia, ktore pozwalają pobierać tę samą informację do kilku gałęzi układu

b) Węzły sumacyjne reprezentują na schematach blokowych urządzenia, w ktorych zachodzi algebraiczne (z uwzględnieniem znakow) sumowanie sygnałow.

3. Podział automatyki ze wzgledu na postac sygnalu: -uklady dyskretne (impulsowe i przelaczajace), -uklady ciagle (liniowe i nieliniowe).

Układami dyskretnymi regulacji automatycznej nazywamy układy, w ktorych informacja jest przekazywana za pomocą sygnałow dyskretnych (nieciągłych) w poziomie lub w czasie.

Ukłądy impulsowe Układy z kwantowaniem sygnału w czasie nazywa się układami impulsowymi. W układach tych informacja przekazywana jest

tylko w dyskretnych chwilach, tzw. chwilach impulsowania. W układach impulsowych liniowych wartości sygnałow w dyskretnych chwilach czasu są związane zależnościami liniowymi.

Układy przełączające – regulacja odbywa się na zasadzie załączania lub wyłączania odpowiednich urządzeń procesu w odpowiedniej kolejności (sekwencji), a rolę regulatora pełni najczęściej układ logiczny. Rozrożnia się dwie grupy układow: kombinacyjne i sekwencyjne. Mowiąc krotko, układy kombinacyjne to takie, w ktorych stan sygnałow wyjściowych w danej chwili zależy tylko od stanu sygnałow wejściowych w danej chwili. Układy sekwencyjne to takie, w ktorych stan sygnałow wyjściowych w danej chwili zależy od stanu sygnałow wejściowych w danej chwili oraz od stanu sygnałow wyjściowych w chwili poprzedniej.

Układy ciągłe – wszystkie sygnały (wejściowe i wyjściowe) są funkcjami ciągłymi w czasie i mogą przybierać dowolną wartość z obszaru swojej zmienności. Układy te opisuje się zwykle rownaniami rożniczkowymi.

Układy liniowe – można je opisać za pomocą rownań liniowych algebraicznych, rożniczkowych, rożnicowych lub całkowych. Układy liniowe spełniają zasadę superpozycji.

Układy nieliniowe – układ zawierający przynajmniej jeden element nieliniowy jest układem nieliniowym. W praktyce każdy układ jest nieliniowy, lecz w przybliżeniu zakłada się jego liniowość lub linearyzuje się jego nieliniową charakterystykę. Robi się to zwłaszcza gdy działanie procesu ogranicza się do niewielkiego obszaru wokoł pewnego punktu pracy.

4. Układy przełaczajace. Definicja automatu kombinacyjnego i sekwencyjnego, pamiec, uklady synchroniczne i asynchroniczne.

Układ kombinacyjny jest układem przełączającym (automatem cyfrowym) służącym do przetwarzania sygnałow dwuwartościowych. Sygnały wejściowe układu mogą pochodzić z czujnikow, wyłącznikow, przyciskow itp. Sygnały wyjściowe mogą sterować np. lampkami sygnalizacyjnymi. Stan wyjść układu kombinacyjnego zależy tylko od aktualnego stanu wejść. Charakteryzuje się brakiem pamięci, która umożliwiłaby zapamiętywanie poprzednich stanow wejść.Zatem: wyjścia układu kombinacyjnego zależą (sa funkcją) tylko od wejść.

Układ sekwencyjny jest jednym z rodzajow układow cyfrowych. Charakteryzuje się tym, że stan wyjść y zależy od stanu wejść x oraz od poprzedniego stanu, zwanego stanem wewnętrznym, pamiętanego w zespole rejestrow (pamięci). Jeżeli stan wewnętrzny nie ulega zmianie pod wpływem podania rożnych sygnałow X, to taki stan nazywa się stabilnym. Rozrożnia się dwa rodzaje układow sekwencyjnych: asynchroniczne, synchroniczne

Pamięć jest to zdolność do rejestrowania i ponownego przywoływania zadań

W układach synchronicznych - zmiana sygnału wyjściowego następuję wyłącznie w określonych chwilach, ktore wyznacza sygnał zegarowy (ang. clock). Każdy układ synchroniczny posiada wejście zegarowe oznaczane zwyczajowo symbolami C, CLK lub CLOCK. Charakterystyczne dla układow synchronicznych, jest to, iż nawet gdy stan wejść się nie zmienia, to stan wewnętrzny - w kolejnych taktach zegara - może ulec zmianie.

Jeśli układ synchroniczny nie ma wejść, a jedynie charakteryzuje go stan wewnętrzny, to taki układ nazywany jest autonomicznym (dobrym przykładem takich układow są liczniki stosowane w popularnych zegarkach elektronicznych).

Jeśli układ reaguje na określony stan (logiczny) zegara, to mowi się że układ jest statyczny (wyzwalany poziomem), jeśli zaś układ reaguje na zmianę sygnału zegarowego jest dynamiczny (wyzwalany zboczem). Układ dynamiczny może być wyzwalany zboczem (ang. edge) opadającym lub narastającym, albo impulsem.

W układach asynchronicznych zmiana sygnałow wejściowych X natychmiast powoduje zmianę wyjść Y. W związku z tym układy te są szybkie, ale jednocześnie podatne na zjawisko hazardu i wyścigu. Zjawisko wyścigu występuje, gdy co najmniej dwa sygnały wejściowe zmieniają swoj stan w jednej chwili czasu (np. ). Jednak, ze względu na niezerowe czasy przełączania bramek i przerzutnikow, zmiana jednego z sygnałow może nastąpić [trochę] wcześniej niż innych, powodując trudne do wykrycia błędy. Dlatego też w analizie układow asynchronicznych uznaje się, że jednoczesna zmiana kilku sygnałow jest niemożliwa.

5. Kody liczbowe (binarny, szesnastkowy, dziesietny). Dzialania na liczbach binarnych. Algebra Bool'a, funkcja przelaczajaca, postac kanoniczna, metody minimalizacji Karnaugh'a. System funkcjonalnie pelny (SFP), graficzna interpretacja funkcji logicznych. Synteza ukladow przelaczajacych kombinacyjnych. Zjawisko hazardu (metody usuwania).

binarny to pozycyjny system liczbowy, w ktorym podstawą jest liczba 2. Do zapisu liczb potrzebne są więc tylko dwie cyfry: 0 i 1. Powszechnie używany w elektronice cyfrowej, gdzie minimalizacja (do dwoch) liczby stanow pozwala na zminimalizowanie przekłamań danych. Co za tym idzie, przyjął się też w informatyce. Jak w każdym pozycyjnym systemie liczbowym, liczby zapisuje się tu jako ciągi cyfr, z ktorych każda jest mnożnikiem kolejnej potęgi podstawy systemu. 1010=10

Szesnastkowy system liczbowy – pozycyjny system liczbowy, w ktorym podstawą pozycji są kolejne potęgi liczby 16. Często system szesnastkowy jest określany nazwą Hex od słowa stworzonego przez firmę IBM hexadecimal. Do zapisu liczb potrzebne jest szesnaście znakow. Poza cyframi dziesiętnymi od 0 do 9 używa się pierwszych sześciu liter alfabetu łacińskiego: A, B, C, D, E, F. Jak w każdym pozycyjnym systemie liczbowym, liczby zapisuje się tu jako ciągi znakow, z ktorych każdy jest mnożnikiem kolejnej potęgi liczby stanowiącej podstawę systemu

Dziesiętny system liczbowy, zwany też systemem decymalnym lub arabskim to pozycyjny system liczbowy, w ktorym podstawą pozycji są kolejne potęgi liczby 10. Do zapisu liczb potrzebne jest więc 10 cyfr: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Jak w każdym pozycyjnym systemie liczbowym, liczby zapisuje się tu jako ciąg cyfr, z ktorych każda jest mnożnikiem kolejnej potęgi liczby stanowiącej podstawę systemu. Część całkowitą i ułamkową oddziela separator dziesiętny.

Algebry Boole'a – struktury algebraiczne rozważane w matematyce, informatyce teoretycznej oraz elektronice cyfrowej. Typowymi przykładami algebr Boole'a są: rodzina wszystkich podzbiorow ustalonego zbioru wraz działaniami na zbiorach jako operacjami algebry oraz dwuelementowa algebra wartości logicznych {0, 1} z działaniami koniunkcji, alternatywy i negacji. Teoria algebr Boole'a jest działem matematyki na styku teorii porządkow częściowych, algebry, logiki matematycznej i topologii.

Metoda Karnaugh – sposob minimalizacji funkcji boolowskich. Tablica Karnaugha, to uporządkowany w specyficzny sposob zapis wartości funkcji logicznej. Struktura mapy jest prostokątna, złożona z elementarnych pol, gdzie każde pole reprezentuje iloczyn pełny w odniesieniu do zmiennych wejściowych, czyli argumentow danej funkcji. Stąd też tablica ta zawiera wszystkie możliwe kombinacje wartości argumentow. Na marginesach tablicy wpisuje się w określonym porządku (wg kodu Graya) wartości argumentow. Przy parzystej liczbie argumentow połowa z nich umieszczona jest na marginesie poziomym, a druga połowa na marginesie pionowym. Przy nieparzystej liczbie argumentow wpisuje się na jednym marginesie o jeden argument więcej niż na drugim. Ułożenie tablicy polega na takim zgrupowaniu wszystkich wartości argumentow, aby przy przejściu z danego pola do pola sąsiedniego zmieniała się wartość tylko jednego argumentu. Ta zasada sąsiedztwa obowiązuje rownież dla pol leżących przy krawędziach tablicy.

Funkcja przełączająca może być określona z wykresow czasowych, tablic wartości, opisu słownego itp. Najprostszym i najczęściej stosowanym rodzajem opisu układu kombinacyjnego jest tablica wartości [1,3] (tablica zależności [2]), ktora ujmuje zależność wartości zmiennych wyjściowych Y układu kombinacyjnego od wartości zmiennych wejściowych X. Funkcja przełączająca jest opisana przez przyporządkowanie kolejnym kombinacjom wartości zmiennych wejściowych odpowiednich wartości zmiennych wyjściowych. Funkcje sumy, iloczynu i negacji tworzą tzw. podstawowy system funkcjonalnie pełny. Nie jest to jednak system minimalny.

Hazard – niekorzystne zjawisko w układach cyfrowych, ktorego podłożem jest niezerowy czas propagacji (przenoszenia) sygnałow. Hazardem nazywamy błędne stany na wyjściach układow cyfrowych, powstające w stanach przejściowych (przełączania) w wyniku nieidealnych właściwości używanych elementow. Przyczyną są rożnice w czasie dotarcia i wartości sygnału do określonego miejsca układu w zależności od drogi.

Rozrożnia się dwa rodzaje hazardu: statyczny i dynamiczny.

6. Elementy funkcjonalne ukladow przelaczajacych: -stykowe (przekazniki), -bezstykowe (elektroniczne i inne), -hydrauliczne, pneumatyczne.

7. Uklady logiczne i bloki funkcjonalne ukladow przelaczajacych (przerzutniki, liczniki, konwentery kodow, rejestry, sumatory, kompatory i inne).

Układy cyfrowe to rodzaj układow elektronicznych, w ktorych sygnały napięciowe przyjmują tylko określoną liczbę poziomow, którym przypisywane są wartości liczbowe. Najczęściej (choć nie zawsze) liczba poziomow napięć jest rowna dwa, a poziomom przypisywane są cyfry 0 i 1, wowczas układy cyfrowe realizują operacje zgodnie z algebrą Boola i z tego powodu nazywane są też układami logicznymi. Obecnie układy cyfrowe budowane są w oparciu o bramki logiczne realizujące elementarne operacje znane z algebry Boola: iloczyn logiczny (AND, NAND), sumę logiczną (OR, NOR), negację NOT, rożnicę symetryczną (XOR) itp. Ze względu na stopień skomplikowania

wspołczesnych układow wykonuje się je w postaci układow scalonych.

Zalety układow cyfrowych: Możliwość bezstratnego kodowania i przesyłania informacji – jest to coś, czego w układach analogowych operujących na nieskończonej liczbie poziomow napięć nie sposob zrealizować.

Zapis i przechowywanie informacji cyfrowej jest prostsze. Mniejsza wrażliwość na zakłocenia elektryczne.m Możliwość tworzenia układow programowalnych, ktorych działanie określa program komputerowy (patrz: mikroprocesor, koprocesor).

Wady układow cyfrowych: Są skomplikowane zarowno na poziomie elektrycznym, jak i logicznym i obecnie ich projektowanie wspomagają komputery (patrz: język opisu sprzętu). Chociaż są bardziej odporne na zakłocenia, to wykrywanie przekłamań stanow logicznych, np. pojawienie się liczby 0 zamiast spodziewanej 1, wymaga dodatkowych zabezpieczeń (patrz: kod korekcyjny) i też nie zawsze jest możliwe wykrycie błędu. Jeszcze większy problem stanowi ewentualne odtworzenie oryginalnej informacji.

Przerzutnik jest to podstawowy element pamiętający każdego układu cyfrowego, przeznaczonego do przechowywania i ewentualnego przetwarzania informacji. Przerzutnik wspołtworzy najniższe piętro struktury układu i zdolny jest do zapamiętania jednego bitu informacji. Grupa czterech lub ośmiu połączonych ze sobą przerzutnikow tworzy następne, wyższe piętro - tzw. rejestr, zdolny już do pamiętania jednego bitu informacji., na ogoł budowane są na 2 wyjściach i 1 lub 3 wejściach. Rozrożnia się: a) Przerzutnik RS ma wejście S służące do ustawiania stanu Q — l i wejście R, służące do ustawiania stanu Q = 0. Rownoczesne 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 rownoczesne występowanie stanu l na wejściach J i K jest dozwolone; przerzutnik zmienia wtedy swoj 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 opoźniający.

Licznik - układ cyfrowy, ktorego zadaniem jest zliczanie wystąpień sygnału zegarowego (impulsow). Licznik złożony najczęściej z kilku przerzutnikow. Działanie licznika cyfrowego opiera się najczęściej na układzie dzielnika częstotliwości.

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)

Rejestr zespoł przerzutnikow służący do przechowywania informacji w postaci liczb binarnych (zespoł 4 przerzutnikow pozwala na zapisanie cyfry dziesiętnej)

Sumator układ realizujący sumę arytmetyczną liczb binarnych Układy porownujące liczby, czyli komparatory, występują w trzech rożnych odmianach, sygnalizując występowanie relacji: 1)A=B;A¹B 2) A ³ B; A <B 3)A>B; A = B; A<B

Komutatory układy służą do selektywnego przełączania sygnałow i dzielą się na dwie grupy.

a) Selektory (demultipleksery) przekazują sygnał wejściowy do jednego z kilku torow wyjściowych, przy czym numer (adres) toru wyjściowego jest wybierany sygnałami pomocniczymi.

b) Kolektory (multipleksery) przekazują jeden z sygnałow wejściowych (wybrany adresem ) na wyjście układu.

8. Uklady liniowe. Modele matematyczne, transformacja Laplace'a, transmitancja operatorowa, odpowiedz na typowe wymuszenia.

Układy liniowe -Układy rzeczywiste zwykle są nieliniowe, ale dla uproszczenia opisu matematycznego przeprowadza się ichlinearyzację, co pozwala na sformułowanie przybliżonego opisu liniowego, ważnego w otoczeniu wybranego punktu pracy na charakterystyce statycznejtransformacja Laplace'a jest przekształceniem zbioru funkcji, dla ktorych całka Laplace'a jest zbieżna w zbior funkcji zespolonych zmiennej zespolonej. Ogolna postać rownania rożniczkowego:

Transformacja Fouriera jest transformacją całkową w dziedzinie częstotliwości. Transformata jest wynikiem transformacji Fouriera (transformata jest funkcją, a transformacja operacją na funkcji, dającą w wyniku transformatę). Transformata Fouriera opisana jest wzoremgdzie oznacza transformatę dla danej funkcji,

13. Regulatory ciagle, regulatory PID (transmitancje, opis parametrow).

Regulator -urządzenie sterujące, ktore stosownie do rożnicy wartości między wielkościami zadanymi a mierzonymi tak oddziałuje na obiekt sterowania (regulacji) za pomocą wielkości sterujących, aby wielkości regulowane miały pożądane wartości.

a) PROPORCJONALNY „P” – posiada właściwości członu proporcjonalnego. b) CAŁKUJĄCY „I” – posiada właściwości członu całkującego. c) ROŻNICZKUJĄCY „D” – posiada właściwości członu rożniczkującego.

d) PROPORCJONALNO – CAŁKUJĄCY „PI” e) PROPORCJONALNO – ROŻNICZKUJĄCY „PD” f) PROPORCJONALNO – CAŁKUJĄCO – ROŻNICZKUJĄCY „PID”

15. Stabilnosc asymptotyczna (twierdzenia podstawowe, kryterium Hurwitza i Nyquista, logarytmiczne kryteria stabilnosci, zapis

stabilnosci).

Stabilność jest cechą układu, polegającą na powracaniu do stanu rownowagi stałej po ustaniu działania zakłocenia, ktore wytrąciło układ z tego stanu. Zamknięty układ liniowy będziemy więc uważać za stabilny, jeżeli przy każdej skończonej wartości zakłocenia z(t) i wartości zadanej w(t) oraz dla dowolnych warunkow początkowych sygnał wyjściowy y(t) dążyć będzie do skończonej wartości ustalonej dla czasu t dążącego do nieskończoności. Niekiedy precyzuje się dodatkowo, że gdy po zaniknięcie zakłocenia układ powraca do tego samego stanu rownowagi co zajmowany poprzednio, wowczas jest stabilny asymptotycznie. Przykłady przebiegow y(t) występujących w układach stabilnych i niestabilnych . Jeżeli układ zamknięty opisany jest za pomocą liniowego rownania rożniczkowego:

Koniecznym i dostatecznym warunkiem stabilności asymptotycznej układu jest, aby pierwiastki rownania charakterystycznego układu zamkniętego miały ujemne części rzeczywiste. Re(sk)<0

Kryterium Hurwitza Aby wszystkie pierwiastki rownania charakterystycznego

miały części rzeczywiste ujemne, muszą być spełnione następujące warunki: a) wszystkie wspołczynniki rownania istnieją i są większe od zera (jest to warunek konieczny, ale nie dostateczny) an>0, an-1>0, …a0>0

b) podwyznaczniki Δi, od i=2 do i=n-1, wyznacznika głownego Δn są większe od zera. Wyznacznik Δn, utworzony ze współczynników rownania ma n wierszy i n kolumn: Podwyznaczniki mają postać:

Kryterium Nyquista ma duże znaczenie praktyczne, ponieważ pozwala badać stabilność układu zamkniętego na podstawie przebiegu charakterystyki częstotliwościowej układu otwartego, ktorą można wyznaczyć zarowno analitycznie, jak i doświadczalnie. Rozpatrzmy układ liniowy o schemacie blokowym przedstawionym poniżej: Transmitancja układu otwartego wynosi

Przedstawiając tę transmitancję w postaci ilorazu wielomianow zmiennej s otrzymamy: (przy czym mianownik = 0) jest rownaniem charakterystycznym układu otwartego; zakładamy, że stopień tego rownania rowna się n.

Transmitancja układu zamkniętego wynosi

Rownanie charakterystyczne układu zamkniętego ROWN jest rownież stopnia n, ponieważ stopień MO(s) nie jest nigdy większy od stopnia N0(s). Jeżeli otwarty układ regulacji automatycznej jest stabilny i jego charakterystyka amplitudowo-fazowa GO(jω) dla pulsacji ω od 0 do +∞ nie obejmuje punktu (-1,j0), to wtedy i tylko wtedy po zamknięciu będzie on rownież stabilny. Jeżeli otwarty układ regulacji automatycznej jest niestabilny i ma m pierwiastkow swego rownania charakterystycznego w prawej połpłaszczyźnie zmiennej s, to po zamknięciu będzie on stabilny wtedy i tylko wtedy, gdy charakterystyka amplitudowo-fazowa

układu otwartego dla pulsacji ω od 0 do +∞ okrąża m/2 razy punkt (-1,j 0) w kierunku dodatnim (przeciwny do wskazowek zegara)

Zamknięty układ regulacji automatyczne jest stabilny wtedy, gdy logarytmiczna charakterystyka amplitudowa stabilnego układu

otwartego ma wartość ujemną przy pulsacji odpowiadającej przesunięciu fazowemu -180stopni.

17. Wskazniki dotyczace cech odpowiedzi skokowej i charakterystyk czestotliwosciowych, calkowe wskazniki jakosciu URA.

Wskaźniki dotyczące cech odpowiedzi skokowej

A. Czas regulacji tr - Jest to czas liczony od chwili wystąpienia zakłocenia do chwili, po ktorej odchyłka regulacji e jest stale mniejsza od |Δe|. Często przyjmuje się Δe=5% em. Podana definicja jest umowna, oparta na wynikach eksperymentow i obserwacji zachowania układow rzeczywistych.

B. Odchyłka maksymalna em - Jest to największa wartość odchyłki e(t), czyli rożnicy między y(t) i w(t), występująca podczas przebiegu przejściowego (dla 0 ≤ t ≤ ∞)

C. Przeregulowanie

Wskaźniki częstotliwościowe a) Pasmo przenoszenia • definicja: jest to zakres częstotliwości, w ktorym spełnione są wymagania dotyczące stosunku amplitud wyjścia do wejścia (modułu) oraz przesunięcia fazowego pomiędzy wyjściem a wejściem

• interpretacja na wykresach charakterystyk częstotliwościowych