Obiekt regulacji – urządzenie lub zespół urządzeń w których

Obiekt regulacji – urządzenie lub zespół urządzeń w których przebiega proces technologiczny
np.: obiektem regulacji jest piec, procesem technologicznym jego ogrzanie.
Wielkość regulowana – to wielkość fizyczna która najlepiej odzwierciedla przebieg procesu i
której wartość należy utrzymywać na określonym poziomie, stałym lub zmieniającym się tak
aby proces przebiegał prawidłowo. W naszym przykładzie jest to temperatura.
Jeżeli w układzie jest jedna wielkość regulowana jest to układ jednoparametrowy, a jeżeli
więcej wielkości regulowanych to układ wieloparametrowy.
Urządzenie pomiarowe mierzy wartość wielkości regulowanej. W przykładzie mierzy
temperaturę. Urządzenie pomiarowe składa się z czujnika (w przykładzie sonda termometru
ciśnieniowego) ciśnieniowego przetwornika pomiarowego (pomiarowego przykładzie
mieszek sprężysty zamieniający panując wewnątrz czujnika ciśnienie na siłę).
Wielkość zadana to pożądana wartość wielkości regulowanej. Wartość rzeczywista to
aktualnie zmierzona wartość wielkości regulowanej. Różnica między wartością zadaną i
rzeczywistą nazywa się odchyłką (uchybem) regulacji.
Zadaniem układu regulacji jest utrzymanie wartości rzeczywistej możliwie blisko wartości
zadanej, a więc odchyłki regulacji równej zeru. Funkcję tę spełnia regulator.
Wszystkie czynniki zewnętrzne wpływające na pracę obiektu nazywamy zakłóceniami.
Wielkość która ma decydujący wpływ na przebieg procesu a więc może być użyta do
regulowania przebiegu procesu nazywamy wielkością sterującą lub regulującą. W przykładzie
jest to ciśnienie gazu.
Regulator sterują wartością wielkości sterującej ( w przykładzie ciśnienia) za pośrednictwem
elementu nastawczego napędzanego siłownikiem. W przykładzie elementem nastawczym jest
zawór gazu, a siłownikiem siłownik pneumatyczny membranowy.
Układy mogą być sterowane ręcznie lub automatycznie. W wypadku układu sterowanego
automatycznie następuje wzajemna zależność (w naszym przykładzie) między temperaturą i
ciśnieniem gazu czyli stopniem otwarcia zaworu. Układ taki nazywamy zamknięty. Gdyby
sterowanie zaworu było ręczne lub bez kontroli temperatury byłby to układ otwarty.
W zamkniętym układzie regulacji występuje sprzężenie zwrotne. Jest to wsteczne (zwrotne)
oddziaływanie wielkości regulowanej (temperatura) na wielkość regulującą (ciśnienie gazu).
Sprzężenie zwrotne występuje w układach zamkniętych.
Dla czytelnego przedstawienia zależności między poszczególnymi członami układu regulacji
posługujemy się schematami funkcjonalnymi zwanymi blokami tzn wszystkie człony są w
postaci prostokątów, wewnątrz którego lub obok podajemy podstawowe własności członu za
pomocą tekstu, wykresu lub wzoru matematycznego.
Sygnał wejściowy oznaczamy literą x jest wielkością fizyczną na wejście układu członu.
Sygnał wyjściowy y jest wielkością fizyczną otrzymywaną na wyjściu układu lub członu.
Przy przechodzeniu sygnału przez kolejne człony lub układy zmienia się postać fizyczna,
wartość lub przebieg sygnałów czasie.
Charakterystyka statyczna – zależność między ustaloną wartością sygnału wyjściowego a
ustaloną wartością sygnału wejściowego.
Charakterystyka dynamiczna określa zachowanie się bloków w stanach nieustalonych przy
zmieniających się wartościach sygnałów wejściowych.
Transmitancja – to wzory analityczne podające zależność między sygnałami wejściowymi i
wyjściowymi bloków. Opisują ich własności statyczne i dynamiczne.
Człon bezinercyjny to taki którego własności dynamiczne można pominąć i do jego opisu
wystarczy charakterystyka statyczna.
Współczynnik wzmocnienia K określa zmianę wartości sygnału wyjściowego przy zmianie
wartości sygnału wejściowego K=y/x. Jeżeli istnieje stała proporcja między y i x to
charakterystyka statyczna członu jest linią prostą a współczynnik K ma stała wartość.
Rzeczywiste człony układu regulacji mają charakterystyki nieliniowe (człony nieliniowe) i
współczynnik wzmocnienia ma wtedy wartość różną, w zależności od przyjętego punktu
pracy. Dla jego wyznaczenia stosujemy linearyzację charakterystyki.
Rzeczywiste elementy automatyki są członami inercyjnymi czyli posiadają pewną
bezwładność tzn. że potrzebny jest pewien czas aby ustabilizował się sygnał wyjściowy.
Dla układu inercyjnego zależność między x i y wygląda następująco y=x-K(1-e-t/T).
Człon całkujący (całkowy). Idealny człon całkujący jest członem bezinercyjnym. Przykładem
takiego elementu w hydraulice jest zbiornik ze swobodnym odpływem.
Ze względu na spełniane funkcje w urządzeniach automatyki wyróżniamy: ●urządzenia
pomiarowe-czujniki i przetworniki pomiarowe ●urządzenia wykonawcze-zawory, zasuwy,
siłowniki, regulatory ●urządzenia części centralnej-urządzenia kształtujące sygnał sterujący –
rejestratory –przetworniki zmieniające postać fizyczną sygnału.
W zależności od sposobu zasilania urządzeń w energie rozróżniamy: ●urządzenia
pneumatyczne energie dostarcza się za pomocą sprężonego powietrza. Wielkością wejściową
i wyjściową jest ciśnienie powietrza, zakres stosowania urządzeń jest duży. Zaletą tych
urządzeń jest odporność na wpływ pyłów i związków agresywnych oraz niewprowadzanie
zagrożenia pożarowego. pożarowego urządzeniach pneumatycznych sygnał niemożna
przesyłać na odległość większą nić 300 metrów, a już powyżej 100 metrów trzeba zbadać czy
opóźnienie sygnału niejest zbyt duże. Aby urządzenie działało prawidłowo powietrze
zasilające należy oczyścić z pyłów, pary wodnej, oleju. ●urządzenia elektryczne nośnikiem
informacji jest sygnał elektryczny najczęściej napięcie lub prąd stały. Za pomocą tych
urządzeń można zmierzyć w zasadzie wszystkie wielkości fizyczne. Sygnał elektryczny
można przesyłać na dowolną odległość, praktycznie bez opóźnień. Urządzenia takie jest
tańsze niż pneumatyczne. Wadą jest zagrożenie pożarowe, porażeniowe i wyższy koszt
skomplikowanych urządzeń pomiarowych. Stosuje się również urządzenia pneumatycznoelektryczne. ●urządzenia hydrauliczne zaletą jest uzyskanie dużych sił , duża trwałość
siłowników dzięki dobremu smarowaniu. Wadami urządzeń jest ograniczona możliwość
dokonywanych operacji matematycznych, kłopotliwe przesyłanie sygnału oraz
zanieczyszczenie otoczenia olejem wyciekającym przez nieszczelności. Urządzenia takie
stosuje się jako urządzenia wykonawcze-szybkodziałające siłowniki.
Urządzenia pomiarowe w układach regulacji automatycznej dostarczają do regulatora
niezbędne informacje o przebiegu regulowanego procesu.
Charakterystyką statyczną elementu pomiarowego nazywamy zależność między sygnałem
wyjściowym a wejściowym w stanie ustalonym.
Charakterystyka rzeczywista różni się od idealnej i dlatego pomiar obarczony jest błędem,
którego wartość bezwzględna wynosi ^y=yrzecz-yideal . Natomiast błąd względny wynosi
δ=^y/przecz(max)-ymierz(min).
Oprócz w/w błędu mogą wystąpić błędy dodatkowe wynikające np.: z zakłóceń warunków
zasilania, dużej wilgotności, niekorzystnej temperatury.
Najtrudniejsze do wykrycia to błędy systematyczne ponieważ ich wartość ciągle się powtarza.
Ze względu na możliwość uzyskania błędu pomiarowego urządzenia pomiarowe są
podzielone na klasy dokładności.
Klasa dokładności jest określona dla danego urządzenia pomiarowego i pokrywa się z jego
błędem podstawowym pomiaru wyrażonym w procentach. Klasy dokładności są
znormalizowane.
Urządzenie pomiarowe mierz z błędem podstawowym (maksymalnie względny) 0,75%. Klasa
dokładności tego urządzenia to najbliższa większa wartość od 0,75 czyli 1,0.
Urządzenia regulacji automatycznej są urządzeniami pracującymi albo w sposób ciągły albo
przerywany, sygnał wyjściowy jest w postaci analogowej lub cyfrowej. Stosowane są
przetworniki analogowo-cyfrowe.
Przesunięcia występują często jako wielkość pośrednia przy pomiarach innych wielkości
fizycznych, dlatego czujniki przesunięć są często elementami składowymi urządzeń do
pomiaru innych wartości.
Najbardziej znanym czujnikiem przesunięcia jest potencjometr którego styk ślizgowy
(szczotka) wykonuje ruch prostoliniowy, obrotowy lub śrubowy i przyjmuje położenie
odpowiadające mierzonemu przesunięciu. Potencjometr włączony w układ elektryczny
przetwarza przesunięcie na napięcie stałe lub przemienne. Jest to realizowane w ten sposób żę
ze zmianą długości czynnej potencjometru zmienia się jego rezystancja a więc zmiana
napięcia wyjściowego Uw przy zadanym napięciu zasilania Uz.
Czujnik indukcyjny przetwarza przesunięcie liniowe lub kątowe jego części ruchomej na
zmianę indukcyjności własnej lub wzajemnej cewek czujnika.
Pojemnościowy czujnik przesunięć elementem podstawowym jest kondensator którego
pojemność ulega zmianie ze zmianą położenia elementu ruchomego znajdującego się między
okładkami kondensatora.
Zakres pomiaru potencjometrem jest do kilkudziesięciu centymetrów czujników
indukcyjnych i pojemnościowych od kilku mikrometrów do kilku centymetrów.