Podstawy Automatyki
Podstawy Automatyki
Wykład 6
Wykład 6
Układ regulacji, jego
Układ regulacji, jego
zadanie i struktura
zadanie i struktura
Janusz KOWAL
Janusz KOWAL
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Akademia Górniczo-Hutnicza
Akademia Górniczo-Hutnicza
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Wprowadzenie
Sterowanie automatyczne  użycie urządzeń zastępują-
cych człowieka w czynnościach nadzoru, wpływających na
przebieg procesu technologicznego w taki sposób, by
osiągnięto z góry zamierzony cel
Regulacja automatyczna  szczególny przypadek sterowa-
nia automatycznego, polegajÄ…cy na utrzymaniu, bez
ingerencji człowieka, pewnego fizycznego parametru na z
góry określonym poziomie lub wartości
2
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Schemat blokowy układu automatycznej regulacji
układy automatycznej regulacji są układami zamkniętymi,
wykorzystującymi ujemne sprzężenie zwrotne
z (t)
e(t)
w(t)
u(t) y(t)
regulator obiekt
regulator obiekt
Grr(s) Go(s)
G (s) Go(s)

zadanie układu regulacji  minimalizacja sygnału
uchybu regulacji e(t), tak aby:
lim e(t) = lim(w(t) - y(t)) 0
t" t"
3
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Rodzaje regulacji:
regulacja stałowartościowa - polega na utrzymywaniu
stałej wartości wielkości regulowanej (wartość zadana:
w = const)
regulacja programowa - wartość wielkości regulowanej
ma zmieniać się w czasie w ustalony z góry sposób
(wartość zadana jest zdeterminowana)
regulacja nadążna - tu wartość zadana zmienia się
w sposób niezdeterminowany (w = ?)
4
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Obiekty regulacji
Schematy blokowe obiektów regulacji:
a) jednowymiarowego b) wielowymiarowego
z (t)
z (t)
G2(s)
u(t) y(t)
G2(s)
G(s)
G(s)
+
y(t)
u(t)
+
G1(s)
G1(s)
gdzie: u(t)  wielkość sterująca,
z(t)  wielkość zakłócająca,
y(t)  wielkość wyjściowa
5
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Pojęcie obiektu regulacji:
jako proces fizyczny (technologiczny) o określonej
dynamice, np. proces zmiany temperatury w piecu,
ciśnienia w zbiorniku, poziomu cieczy w zbiorniku
jako zestaw aparatury technologicznej, w której zachodzi
proces regulowany, np. piec hartowniczy, zbiornik
ciśnieniowy, zbiornik cieczy, robot
Proces identyfikacji obiektu umożliwia stworzenie modelu
matematycznego obiektu regulacji, na podstawie obserwacji
przebiegów wyjściowych (będących np. odpowiedzią na
wymuszenie skokowe).
6
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Pojęcie obiektu regulacji:
Obiekty regulacji, podobnie jak inne elementy automatyki,
klasyfikuje się ze względu na ich własności dynamiczne.
Ze względu na końcową wartość odpowiedzi skokowej
rozróżnia się dwie grupy obiektów:
statyczne (z samowyrównaniem), których wartość
odpowiedzi skokowej dąży do wartości skończonej (nie
posiadają działania całkującego)
astatyczne (bez samowyrównania), których wartość
odpowiedzi skokowej dąży do nieskończoności
(posiadają działanie całkujące)
7
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Charakterystyki skokowe obiektów statycznych
1 - inercyjny pierwszego rzędu,
y,ust
k
G1(s)=
kust
Ts +1
2 - inercyjny wyższego rzędu,
k
1 2 3
G2(s)=
ust
(T1s +1)(T2s +1)
t
3 - inercyjny wyższego rzędu
z opóz
nieniem,
k
-Tos
k  współczynnik wzmocnienia
G3(s)=
Ti  stałe czasowe
(T1s +1)(T2s +1)(T3s +1)e
To  czas opóz
nienia
8
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Charakterystyki skokowe obiektów statycznych
często równania opisujące własności obiektów regulacji
nie sÄ… dostatecznie znane i analityczne wyznaczenie
transmitancji jest niemożliwe
w takich przypadkach opieramy się na doświadczalnie
wyznaczonych charakterystykach skokowych
wyznaczoną doświadczalnie charakterystykę aproksymuje
się graficznie za pomocą inercyjności pierwszego rzędu
i czasu opóz
nienia To
9
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Charakterystyki skokowe obiektów statycznych
charakterystyka
Transmitancja obiektu
y,ust
rzeczywista
zastępczego
k
k
0
G(s) = e-T s
Ts +1
charakterystyka
aproksymowana
Równanie różniczkowe
obiektu
t
dy(t)
T + y(t) = kx(t -T0)
To
T
dt
k  współczynnik wzmocnienia
T  zastępcza stała czasowa
10
To  czas opóz
nienia
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Charakterystyki skokowe obiektów astatycznych
1  całkujący,
y,ust
k
G1(s)=
s
2  całkujący z inercją I-go rzędu,
k
G2(s)=
1 2 3
ust
s(Ts +1)
t
3  całkujący z inercją wyższego
rzędu i opóz
nieniem,
k
k  współczynnik wzmocnienia
-Tos
G3(s)=
Ti  stałe czasowe
s(T1s +1)(T2s +1)e
To  czas opóz
nienia
11
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Charakterystyki skokowe obiektów astatycznych
y,ust Transmitancja obiektu
zastępczego
charakterystyka
rzeczywista
k 1
0 0
G(s) = e-T s = e-T s
s Ts
charakterystyka
aproksymowana
Równanie różniczkowe
obiektu
tgÄ… = k
t
Ä…
dy(t)
To
= kx(t -T0)
dt
k  współczynnik wzmocnienia
To  czas opóz
nienia
12
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
OBIEKTY STATYCZNE
Charakterystyka Transmitancja
Nazwa
skokowa operatorowa
y,ust Kust
Inercyjny
K
ust
I-go rzędu
Ts+1
t
T
y,ust
Kust
K
Inercyjny
(Ts+1)n
wyższego
lub
rzędu bez
2 ... n
1
ust
K
opóz
nienia
t
(T1s+1)(T2s+1)& (Tns+1)
y,ust
Ke-Äs
Tzs+1
Inercyjny
lub
wyższego
ust
rzędu z
opóz
nieniem Ke-Äs
t
Ä Tz
(Ts+1)n
13
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
OBIEKTY ASTATYCZNE
Transmitancja
Charakterystyka
Nazwa
operatorowa
skokowa
y,ust
y
K
Całkujący
ust s
Ä…
t
y,ust
K
y
s(Ts+1)
Całkujący z
ust
inercjÄ…
lub
bez opóz
nienia
t
K
s(Ts+1)n
y,ust y
Ke-Äs
Całkujący z
ust
s
opóz
nieniem
Ä…
t
Ä
y,ust y
Ke-Äs
Całkujący z
ust
s(Ts+1)n
inercjÄ…
i opóz
nieniem t
Ä
14
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Regulatory
Regulator  urządzenie porównujące sygnał wartości
zadanej w(t) z sygnałem regulowanym y(t) i wytwarzające
sygnał regulacji u(t) według określonego algorytmu
z1(t)
z1(t)
Regulator
e(t)
e(t)
w(t) u(t) x(t) y(t)
w(t) u(t) x(t) y(t)
Element
Algorytm Element Obiekt
Element
Algorytm Element Obiekt
nastawczy
regulacji wykonawczy regulacji
nastawczy
regulacji wykonawczy regulacji

y(t)
y(t)
z2(t)
z2(t)
z(t)  sygnały
u(t)  sygnał
y(t)  sygnał
x(t)  sygnał
e(t)  sygnał
w(t) sygnał
zakłócające
regulacji
regulowany
sterujÄ…cy
uchybu
wartości
Element
Element
zadanej
regulacji
pomiarowy
pomiarowy
Schemat układu automatycznej regulacji
15
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Regulatory
W skład regulatora wchodzi:
układ formujący sygnał (algorytm działania regulatora)
węzeł sumacyjny
E (s) U (s)
Transmitancja regulatora:
GR(s)
GR(s)
U (s)
GR (s) =
E(s)
gdzie: E(s)  transformata sygnału wejściowego regulatora
U(s)  transformata sygnału wyjściowego regulatora
16
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Elementy układu regulacji
Elementem przenoszącym sygnał sterujący, uformowany w
regulatorze, na obiekt regulacji jest element wykonawczy
(najczęściej jest nim siłownik pneumatyczny lub
hydrauliczny).
Element pomiarowy (czujnik) dokonuje pomiaru wielkości
wyjściowej. Sygnał z czujnika najczęściej trzeba jeszcze
odpowiednio przekształcić przy wykorzystaniu
przetworników pomiarowych (dopasowując standardy
sygnałów).
17
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Rodzaje regulatorów:
proporcjonalny (P)
u(t)= K e(t)
p
U (s)
GR (s) = = K
p
E(s)
t
1
u(t)=
całkowy (I)
+"e(Ä )dÄ
Ti 0
K
U (s) 1
p
GR (s) = = =
E(s) Tis s
18
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Rodzaje regulatorów:
t
ëÅ‚ öÅ‚
1
ìÅ‚e
proporcjonalno 
u(t)= K (t)+
p
+"e(Ä )dÄ ÷Å‚
ìÅ‚ ÷Å‚
Ti 0
całkowy (PI)
íÅ‚ Å‚Å‚
ëÅ‚ öÅ‚
U (s) 1
ìÅ‚
GR (s) = = K
p
ìÅ‚1+ Tis ÷Å‚
÷Å‚
E(s)
íÅ‚ Å‚Å‚
de(t)÷Å‚
ëÅ‚e öÅ‚
proporcjonalno 
u(t)= K (t)+Td
ìÅ‚
p
dt
różniczkowy (PD) íÅ‚ Å‚Å‚
U (s)
GR (s) = = K (1+Td s)
p
E(s)
19
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Rodzaje regulatorów:
proporcjonalno  całkowo  różniczkowy (PID)
t
ëÅ‚ öÅ‚
1 de(t)÷Å‚
ìÅ‚e
u(t)= K (t)+
p
+"e(Ä )dÄ +Td dt Å‚Å‚
ìÅ‚ ÷Å‚
Ti 0
íÅ‚
ëÅ‚ öÅ‚
U (s) 1
ìÅ‚ ÷Å‚
GR (s) = = K
p
ìÅ‚1+ Tis +Td s÷Å‚
E(s)
íÅ‚ Å‚Å‚
20
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Rodzaje regulatorów:
rzeczywisty regulator proporcjonalno  różniczkowy (RPD)
U (s) Td s
ëÅ‚1+ öÅ‚
GR (s) = = K
ìÅ‚ ÷Å‚
p
E(s) Ts +1Å‚Å‚
íÅ‚
rzeczywisty regulator proporcjonalno-całkowo-różniczkowy
(RPID)
ëÅ‚ öÅ‚
U (s) 1 Td s
ìÅ‚ ÷Å‚
GR (s) = = K
p
ìÅ‚1+ Tis + Ts +1÷Å‚
E(s)
íÅ‚ Å‚Å‚
gdzie: Kp - współczynnik wzmocnienia
Ti - czas zdwojenia
Td - czas wyprzedzenia
21
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Parametry regulatorów:
zakres proporcjonalności xp
1
xp = 100%
K
p
czas zdwojenia Ti  wyraża intensywność działania
całkującego
czas wyprzedzenia Td  określa działanie różniczkujące
regulatora
22
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Podział regulatorów ze względu na sposób budowy:
regulatory nie korzystajÄ…ce z energii pomocniczej
(o działaniu bezpośrednim)
regulatory korzystajÄ…ce z energii pomocniczej
(o działaniu pośrednim), czyli wymagające
elementu wykonawczego
Podział regulatorów ze względu na rodzaj przetwa-
rzanych sygnałów:
regulatory analogowe
regulatory cyfrowe
23
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Regulator przemysłowy o działaniu bezpośrednim
Åšruba regulacyjna
Membrana
do nastawiania
wartości zadanej
Ciśnienie
Ciśnienie
cieczy
cieczy
wejściowej
wyjściowej
Regulator ciśnienia
24
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Regulator PID  utworzony z członów podstawowych
(P, I, D)
1
Tis
+ +
u(t)
e(t)
Krr
K
+
Tds
Ogólna struktura regulatora PID
25
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Transmitancje operatorowe, charakterystyki skokowe
i charakterystyki amplitudowo-fazowe typowych regulatorów
Typ
h(t)
Gr(s)
Gr(jÉ)
regulatora
h(t) Im
Kr
Kr>0
P
Kr Kr>0
t Kr Re
Im Re
1
h(t)
tgÄ…=
Ti
1
1
É
I
t
sTi
Ä…
Ti
h(t)
Im
Re
K
2Kr
Kr
1
tgÄ…=
Ti É
Ä…
Kr(1+
PI
Kr
t
sTi)
Ti
26
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Transmitancje operatorowe, charakterystyki skokowe
i charakterystyki amplitudowo-fazowe typowych regulatorów
Typ
h(t)
Gr(s)
Gr(jÉ)
regulatora
Im
h(t)
É
PD K
Kr(1+sTd)
t
Re
Im
h(t)
1
Re
Ä…
Kr(1+ +sTd)
PID
Kr
t
É
sTi
Ti
Ti
h(t)
Im
É
Kr(1+ )
Ti
sTd
RPD Re
Kr(1+ )
Kr
t
sT+1
Td)
Kr
Kr(1+
T
Ti
h(t)
Kr(1+ ) É
Im
Ti
1
sTd )
Kr
Ä…=
Ä… tg
Kr Re
RPID Kr(1+
Ti
t
sTi+sT+1
Td
Kr(1+ )
27
T
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Regulatory dwupołożeniowe
w dwupołożeniowym układzie regulacji element wykona-
wczy ma tylko dwa ustalone położenia
sygnał u(t) pozostaje na poziomie wartości maksymalnej,
albo minimalnej, w zależności od tego, czy sygnał uchybu
jest dodatni, czy ujemny, otrzymujemy:
u(t) = U1 dla e(t) > 0
u(t) = U2 dla e(t) < 0
gdzie: U1 i U2 - są stałymi
28
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Schematy blokowe regulatora dwupołożeniowego
Strefa nieczułości
a) b)
U1
U1
+ +
e(t) e(t)
u(t) u(t)
 
U2
U2
Strefa nieczułości - obszar, przez jaki musi przejść sygnał
uchybu zanim nastąpi przełączenie
29
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Przykład: wykorzystanie regulatora dwupołożeniowego
Ruchomy
Zawór elektromagnetyczny
rdzeń metalowy
115 V
Cewka
qi
PÅ‚ywak
magnetyczna
C
R
(a) (b)
Układ regulacji poziomu cieczy
30
Katedra Automatyzacji Procesów
Katedra Automatyzacji Procesów
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Podstawy Automatyki Prof. dr hab. inż. Janusz KOWAL
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Temat wykładu: Układ regulacji, jego zadanie i struktura
Postać sygnału wyjściowego
h(t)
Strefa nieczułości
0 t
31