wiadomości wstępne

WIADOMOŚCI WSTĘPNE
Sterowanie (regulacja) polega na takim oddziaływaniu na obiekt sterowania, za pomocą sygnałów
wejściowych, aby jego sygnały wyjściowe osiągnęły pożądaną wartość.
Sterowanie może być realizowane przy pomocy człowieka - sterowanie ręczne lub za pomocą
specjalnie skonstruowanego urządzenia (regulatora) - sterowanie automatyczne.
Sterowanie może odbywać się w układzie otwartym lub zamkniętym.
Sterowanie w układzie otwartym (ręczne lub automatyczne) polega na takim nastawieniu wielkości
wejściowej, aby znając charakterystykę obiektu i przewidując możliwość działania nań zakłóceń,
otrzymać na wyjściu pożądaną wartość.
Sterowanie w układzie zamkniętym (ręczne lub automatyczne) różni się od sterowania w układzie
otwartym tym, że człowiek lub regulator otrzymują dodatkowo poprzez sprzężenie zwrotne informacje
o stanie wielkości wyjściowej. Informacja ta (odczytana z miernika lub podana w postaci np. napięcia
do regulatora) jest używana do korygowania nastaw wielkości wejściowej.
Układ regulacji – otwarty, w którym sygnał wejściowy nie zależy od aktualnej wartości sygnału
wyjściowego, ponieważ nie występuje sprzężenie zwrotne, a wynika jedynie z wewnętrznego stanu
obiektu. Przebieg sygnału następuje tylko w jednym kierunku, od wejścia do wyjścia.
Układ otwarty, jest uproszczonym układem sterowania w stosunku do układu automatycznej regulacji.
Ponieważ nie istnieje możliwość tłumienia nieznanych zakłóceń oraz osiągnięcie wartości zadanej nie
może być zweryfikowane, układ otwarty stosowany jest w przypadku prostych obiektów, dla których
znany jest dokładny model matematyczny. W przypadku znanej wartości zakłócenia (np. temperatury
na zewnątrz budynku, w którym znajduje się kocioł centralnego ogrzewania) układ otwarty może być
użyty do jego kompensacji.
W porównaniu do układu automatycznej regulacji układ otwarty jest bardziej czuły na zmiany
wzmocnienia statycznego w układzie
1
Układ regulacji – zamknięty układ automatyki, posiadający ujemne sprzężenie zwrotne, którego
zadaniem jest sterowanie procesem.
Układ regulacji składa się z elementu porównującego (sumator), regulatora, elementu wykonawczego
(zawór, siłownik), obiektu sterowania oraz układu pomiarowego (czujnik, przetwornik).
Element porównujący oblicza różnicę między wartością sygnału zadanego w(t) a wartością sygnału
wyjściowego y(t) otrzymaną z układu pomiarowego poprzez ujemne sprzężenie zwrotne.
Na wyjściu elementu porównującego otrzymujemy sygnał uchybu e(t). W dobrze zaprojektowanym
układzie regulacji wartość uchybu w stanie nieustalonym powinna być jak najmniejsza
(przeregulowanie), natomiast w stanie ustalonym powinna być równa 0 (uchyb ustalony).
Sygnał z elementu porównującego jest następnie przekazywany do elementu wykonawczego, który w
odpowiedni sposób oddziałuje na obiekt.
Dodatkowo na regulowany obiekt działać mogą zakłócenia z(t).
Sygnał
Informacja przekazywana jest za pośrednictwem sygnałów, które przenoszą energię.
Sygnał jest to funkcja czasowa dowolnej wielkości o charakterze energetycznym, w którym można
wyróżnić dwa elementy: nośnik i parametr informacyjny.
Podział I (w zależności od rodzaju nośnika):
- elektryczne,
- mechaniczne,
- akustyczne,
- magnetyczne,
2
- elektromagnetyczne (w tym świetlne),
- cieplne.
Podział II:
- deterministyczne,
- losowe.
Podział III:
- ciągłe,
- dyskretne.
Podstawowe sygnały
•
sygnał pneumatyczny (sygnałem jest ciśnienie sprężonego powietrza. Wartość sygnału jest
znormalizowana od 20 do 100 kPa),
•
sygnał hydrauliczny (ciśnienie oleju od 1 do 16 MPa),
•
sygnał elektryczny sygnał prądu od 0 do 20mA, sygnał napięcia od ± 10 V, napięcie prądu
przemiennego 230V, 380 V).
Podstawowe bloki funkcyjne
Regulator - jeden z elementów składających się na obwód regulacji. Zadanie regulatora polega na
wygenerowaniu odpowiedniego sygnału sterującego, aby obiekt regulowany w jak najkrótszym czasie
osiągał wartość zadaną.
Regulator służy do doprowadzenia obiektu do żądanego stanu lub poprawy niekorzystnych cech
obiektu regulowanego. Regulator może np. poprawić dynamikę obiektu regulowanego (silnik będzie
szybciej osiągał żądaną prędkość). Błędne użycie może prowadzić do niestabilności obwodu regulacji.
Element automatyki – jest to urządzenie występujące w układzie automatycznej regulacji, w którym
można wyróżnić wyjście i wejście.
Obiekt sterowania – każdy proces (np. napędzanie) lub zjawisko (np. przepływ cieczy), podlegające
regulacji.
Układ sterowania - jest to sposob przedstawiania układów dynamicznych w postaci blokowej. Jest to
taki układ, który składa się z obiektu sterowania i oddziałującego na niego urządzenia (regulatora).
3