1. Schematy układów sterowania i regulacji automatycznej

Człowiek jest zastąpiony działaniem urządzenia automatycznego (regulator). Obiektem regulacji jest urządzenie lub proces, w którym reguluje się jeden z parametrów x. Parametr ten jest mierzony i przetwarzany na standardowy sygnał pomiarowy y=f(x) przez zespół pomiarowy.

2. Określanie statycznych i dynamicznych właściwości obiektów sterowania i regulacji

Właściwości statyczne

Wyróżnikiem statycznych właściwości układu jest jego wzmocnienie statyczne K, czyli stosunek dY/Dx. W układach liniowych przy prostoliniowym przebiegu charakterystyki statycznej wzmocnienie statyczne ma stałą wartość.

Właściwości dynamiczne.

Określają zachowania układu w stanie nieustalonym (przejściowym). Właściwości dynamiczne określa się na podstawie analizy przebiegów Y(τ) następujących po wprowadzeniu ściśle określonego sygnału X(τ) tzw.wymuszenie.

Rodzaje wymuszeń dynamicznych:

3. Człony proporcjonalne i opóźniające

Element proporcjonalny

Równanie:
K- wzmocnienie proporcjonalne

Transmitancja elementu proporcjonalnego jest równa współczynnikowi K. G(s)=K. Równanie charakterystyki stycznej jest równaniem prostej: Y=KX.

Przykładami są poziomomierz hydrostatyczny, gęstościomierz, siłowniki, wzmacniacze liniowe, przekładnia dżwigniowa,mechanizm krzywkowy, rezystorowy dzielnik napięcia.

Element opóżniający

-czas opóźnienia

równanie transmitancji:

Równanie wykresu charakterystyki statycznej jest równaniem prostej: Y=X

przykładem są urządzenia służące do transportu substancji, jeżeli wprowadzenie sygnału X i pktu odbioru sygnału Znajdują się w pewnej odległości od siebie.. Czas opóźnienia:
l-odległość pktów pomiaru X i Y, w -liniowa prędkość przesuwu taśmy.

4. Człony inercyjne I-go i wyższych rzędów

Równanie i odpowiedź na wymuszenie skokowe

Równanie:

K-wzmocnienie statyczne

T-stała czasowa

Transmitancja:

Odpowiedź na wymuszenie skokowe X_st

5. Stała czasowa - definicja, rola w pomiarach i regulacji

stała czasowa-czas po którym w członie inercyjnym po wymuszeniu na wejściu osiągnięto stan równowagi gdyby nie malała początkowa szybkość osiągniętego stanu.

skąd się bierze 63,2%, gdy do równania założymy
=T mamy ( 1-e^-1)=0,632 w punkcie
=T y_o wynosi 0,632 czyli 63,2%

6. Człony całkujące

Element całkujący

T_i-stała czasowa całkowania

Transmitancja: G(s)=

7. Człony różniczkujące

T_d-stała czasowa różniczkowania

transmitancja:G(s)=T_ds

8. Klasyfikacja układów regulacji wg pochodzenia wielkości zadanej

-regulacja stałowartościowa (automatyczna stabilizacja) ma na celu utrzymanie stałej wartości pomimo zakłóceń.

-regulacja programowa - wartość wielkości zadanej jest z góry określona . Program regulacji jest wprowadzany do układu przez programator.

-regulacja nadążna stosunku-zadaniem jest nadążenie wielkości regulowanej ze zmianami wielkości zadanej.

-reg. nadążna kaskadowa wymaga zastosowania 2 regulatorów: głównego Reg. stałowartościowa) i pomocniczego (Reg.pomocnicza).

-reg. nadążna z kompensacją zakłóceń - ma podobne działanie do regulacji kaskadowej, ale z wykorzystaniem tylko jednego regulatora.

9. Regulatory o działaniu bezpośrednim i pośrednim

Bezpośrednia - wykorzystuje tzw. regulator bezpośredniego działania nie wymagająca dostarczenia podczas pracy energii z zewnątrz. Energie czerpie wprost z procesu regulowanego.

Pośrednia - wymaga dostarczenia energii pomocniczej z zewnątrz, zasilająca urządzenia wykonywacze. Są obecnie podstawowymi układami stosowanymi w warunkach przemysłowych.

10. Regulator dwupołożeniowy

Wielkość regulująca u regulatora dwupołożeniowego może przyjmować tylko dwa poziomy: u_max i u_min przełączone przez człon kształtujący w zależności od wartości odchylenia regulacji e. Regulator idealny przełącza sygnał regulujący zawsze w punkcie e=0(w=y), natomiast regulator z histerezą charakteryzuje się występowaniem tzw. strefy nieczułości(Δe) i przełacza sygnał w pktach e_zał i e_wył.

Jest najprostszym typem regulatora. Wykorzystywany w prostych układach regulacyjnych np. w regulacji ogrzewania.

11. Regulator impulsowy

Regulator o działaniu nieciągłym, impulsowym charakterze sygnału wyjściowego regulatora. Układ regulacji ma pewny zakres wartości odchylenia regulacji charakterystyki ciągłej. Zakres ten nazywa się zakresem proporcjonalności. Poza zakresem proporcjonalności, charakterystyka statyczna regulatora impulsowego odpowiada charakterystyce regulatora dwupołożeniowego.

12. Regulator proporcjonalny

u

u-wielkość regulująca

K_p - wzmocnienie statyczne

e=w-y odchylenie regulacji

u_o -przesunięcie punktu pracy

transmitancja:

13. Regulator proporcjonalno-całkujący

Łączy właściwości członów proporcjonalnego i całkującego.

u-wielkość regulująca

K_p- wzmocninie proporcjonalne

e- odchylenie regulacji

T_I- stała czasowa całkowania 9czas zdwojenia)

transmitancja:

14. Regulator proporcjonalno-różniczkujący

Łączy właściwości członów proporcjonalnego i różniczkującego.

u- wielkość regulująca

K_p- wzmocnienie statyczne

e- odchylenei regulacji

T_D- stała czasowa różniczkowania(czas wyprzedzenia)

u_o- przesunięcie punktu pracy w stanie ustalonym

transmitancja:

15. Regulator PID analogowy i cyfrowy

regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący. Łączy w sobie cechy regulatorów P, PI, PD.

u- wielkość regulująca

K_p- wzmocnienie proporcjonalne

e- odchylenie regulacji

T_I- czas zdwajania

T_D- czas wyprzedzenia

Analogowy regulator PID jest podstawowym rodzajem przemysłowego regulatora ciągłego, produkowanym dawniej w wersji pneumatycznej bądź elektronicznej, obecnie wyłącznie w wersji elektronicznej.

Obiekt sterowania - urządzenie lub proces, którym sterujemy

Człowiek sterujący procesem porównuje wartości sygnału y=f(x) z wartością ustaloną jako optymalną i w przypadku różnic, odpowiednio oddziałuje na obiekt sterowania za pośrednictwem urządzenia wykonawczego. Ponieważ w układzie występuje sprzężenie zwrotne jest to układ zamknięty.

Jest to przykład sterowania ręcznego temperaturą cieczy ogrzewanej w wymienniku ciepła. Operator obsługujący proces porównuje wskazania miernika temperatury T z wartością temperatury wymaganą przez proces. Gdy temp. Pary jest za wysoka zmniejsza strumień pary V, doprowadzany do wymiennika, gdy za nisko reaguje odwrotnie.

---