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 dynamicznychwłaściwości

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 określoneg

o sygnału X(τ) tzw.wymuszenie. Rodzaje wymuszeń dynamicznych:

3. Człony proporcjonalne i opóźniające

Element proporcjonalny Równanie: K- wzmocnieni

e proporcjonalne(dy/dtau)=K(dx/dtau)Transmitancja elementu proporcjonalneg

o jest równa współczynnikowi K. G(s)=K. Równanie charakterystyki stycznej

jest równaniem prostej: Y=KX

. Przykładami są poziomomierz hydrostatyczny, gęstościomierz,

siłowniki, wzmacniaczeliniowe, przekładnia dżwigniowa,mechanizm

krzywkowy, rezystorowy dzielnik napięcia. Element opóżniający

Y(tau)=x(tau-tau0)tau-czas opóźnienia .równanie transmitancji

: G(s)=e^-tau0s.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 opóźnieniatautau0=l/w: 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: T9dy/dtau)+Y=KX K-wzmocnienie statyczne T-stała czasowa

.Transmitancja: G(s)=K/ts+1Odpowiedź na wymuszenie skokowe Xst

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 założym

y tau =T mamy ( 1-e^-1)=0,632 w punkcie tau =T yo

wynosi 0,632 czyli 63,2%

6. Człony całkujące

Element całkujący

Ti-stała czasowa całkowania Ti=9dy/dtau)=X

Transmitancja: G(s)= 1/Ts1

7. Człony różniczkujące

Y=Td*(dx/dtau)Td-stała czasowa różniczkowaniatransmitancja:G(s)=Tds

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 przyjmowa

ć tylko dwa poziomy: umax i umin przełączone przez człon kształtując

y w zależności od wartości odchylenia regulacji e. Regulator idealn

y przełącza sygnał regulujący zawsze w punkcie e=0(w=y), natomiast regulato

r z histerezą charakteryzuje się występowaniem tzw. strefy nieczułości(Δe)

i przełacza sygnał w pktach ezał i ewył.

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=Ke+u0u (du/dt)=Kp(de/dtau) u-wielkość regulująca Kp - wzmocnienie statyczne e=w-y

odchylenie regulacji uo -przesunięcie punktu pracy transmitancja:G(s)=(u(s)/e(s))=Kp

13. Regulator proporcjonalno-całkujący

Łączy właściwości członów proporcjonalnego i całkującego. du/dtau=Kp(de/dtau+1/Ti *ed tau)

u-wielkość regulującaKp- wzmocninie proporcjonalne e- odchylenie regulacji TI- stała

czasowa całkowania 9czas zdwojenia)

transmitancja:G(s)=u(s)/e(s)=Kp(1+1/T1s)

14. Regulator proporcjonalno-różniczkujący

Łączy właściwości członów proporcjonalnego i różniczkującego.

u- wielkość regulująca (du/dtau)=Kp(de/dtau +Td*(d^2e/dtau^2)

Kp- wzmocnienie statyczne e- odchylenei regulacji

TD- stała czasowa różniczkowania(czas wyprzedzenia)

uo- przesunięcie punktu pracy w stanie ustalonym

transmitancja:G(s)=u(s)/e(s)=Kp(1+1/Tds)

15. Regulator PID analogowy i cyfrowy

regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący. Łączy w sobie

cechy regulatorów P, PI, PD.

(du/dtau)=Kp(de/dtau +1/T1*edtau+Td*(d^2e/dtau^2)) u- wielkoś

ć regulująca Kp- wzmocnienie proporcjonalne

e- odchylenie regulacji TI- czas zdwajania TD- czas wyprzedzenia

Analogowy regulator PID jest podstawowym rodzajem przemysłowego regulatora ciągłego

, produkowanym dawniej w wers

ji 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 sprzężen

ie 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.

---