automatyki, nazwać elementy i sygnały oraz określić zadania regulatora w tym układzie
W układzie tym sygnał zadany w(t) porównywany jest na wejściu regulatora sygnałem regulowanym y(t). Różnica tych sygnałów e(t), nazywana uchybem lub błędem regulacji, jest wprowadzana do regulatora. Na podstawie wartości sygnału błędu e(t), regulator wytwarza odpowiedni sygnał sterujący x(t), nazywany też sygnałem nastawczym, tak aby wartość błędu była możliwie bliska zeru. Układ składa się z trzech części – są to: układ różnicowy (węzeł sumujący), regulator i obiekt regulacji. W praktyce części tych może być więcej. W automatyce wszystkie części , które wchodzą w skład układu automatycznej regulacji, nazywa się elementami.
Regulator wykonuje podstawową funkcję układu automatycznej regulacji. Przetwarza on sygnał błędu e na odpowiedni sygnał u, konieczny do wysterowania obiektu. Działanie regulatora opisuje się za pomocą równań różniczkowych. Regulator wytwarza odpowiedni sygnał sterujący u nazywany sygnałem nastawczym tak aby wartość uchybu była możliwie bliska zeru.
2. Różnica pomiędzy otwartym układem sterowania, a układem regulacji automatycznej (układem automatyki).
Sterowanie w ukł. otwartym jest to ukł. w któr1.Narysować ogólny schemat układu ym wymagana jest obecności człowieka,przez urządzenie pomiarowe informujące o zaistnieniu pewnego szczególnego stanu układu, lub przez urządzenie zmieniające ten sygnał wg założonego programu w czasie. Człowiek uczestniczący w tym procesie musi mieć tak zwany wzorzec, z którego stale będzie porównywał sygnał Wy.– musi oddziaływać na obiekt poprzez urządzenie sterujące tak aby sygnał Wy y był prawidłowy, czyli musi kompensować zakłócenia.
Sterowanie w ukł. zamkniętym – jest to układ posiadający sprzężeniem zwrotnym. Działanie takiego układu sprowadza się do tego, że gdy następuje zmiana sygnału WY(odchylenie wielkości sterowanej), którego wartość dąży do zrównania z wielkością zadaną, to przez sprzężenie zwrotne układ jest w stanie sam skompensować zakłócenia i powrócić do stanu równowagi.
Różnicą jest obecność pętli sprzężenia zwrotnego. Transmitancja operatorowa ukł zamkniętego jest podstawą do badania stabilności ukł otwartego
3. Na podst. schematu wyjaśnić co to jest sprzężenie zwrotne i jak jest ono wykorzystywane w układzie automatyki?
Pętla sprzężenia zwrotnego zawiera elementy mierzące wielkośc regulowaną(sterowaną), porównuje ją z wartością zadaną.
a różnica tych sygnałów(Wyi We) stanowi sygnał uchybu e(t) przetwarzany przez urządzenie sterujące na sygnał sterujący u(t) o takiej wartości , aby sprowadzić sygnał uchybu e(t) do zera.
4. Jaki układ regulacji nazywamy układem cyfrowym. Jakie dodatkowe elementy występują na schemacie cyfrowego ukł. autom. i jakie są ich zadania?
Jest to układ w którym wynik pomiaru jest przetwarzany na sygnał cyfrowy i wyrażony w postaci liczby yl Wartośc zadana również jest wyrażona w postaci liczby wl. Obliczenie odchylania regulacji el i sygnału wyjściowego ul regulatora ma charakter operacji cyfrowych.
A/C – przetwornik analogowo-cyfrowy, próbkuje sygnał analogowy ( odczytuje tylko w określonych chwilach). Sygnał musi odpowiadać podziałowi na odpowiednią ilość części.C/A – przetwornik analogowo cyfrowy, z ciągu impulsów odzyskuje sygnał analogowy.
5. Jaki jest cel wprowadzania w maszynach i urządzeniach technicznych układów automatyki.
Układy automatyki to zespóły elementów które biorą bezpośredni udział w sterowaniu automatycznym danego procesu oraz elementów pomocniczych, uporządkowanych na zasadzie ich wzajemnej współpracy, tzn. zgodnie z kierunkiem przekazywania sygnałów. Układ automatyki jest wprowadzany w maszyny i urządzania techniczne w celu ich funkcjonowania przez wzgląd na jego 2 podst. rodzaje sterowania automatycznego:
a) sterowanie w układzie otwartym,
b) sterowanie w układzie zamkniętym.
Otwarte układy sterowania spełniają stosunkowo proste funkcje. Często zadaniem układu jest jedynie przestawienie jakiegoś elementu w jedno z dwu możliwych położeń (np. włączenie – wyłączenie, otwarcie - zamknięcie).
W układzie zamkniętym można wyróżnić tzw. tor główny, w którym znajduje się zawsze obiekt regulacji (sterowania) i tor sprzężenia zwrotnego, w którym znajdują się elementy mierzące wielkość regulowaną (sterowaną), porównując ją z wartością zadaną itd.
6. Jaki układ autom. nazywamy ukł. liniowym i jego najważniejsze cechy?
Układy liniowe – układy, które zawierają wyłącznie elementy liniowe, tzn. człony o prostoliniowych charakterystykach statycznych, opisywane są za pomocą liniowych równań algebraicznych, różniczkowych, różnicowych lub całkowych. Elementy i układy liniowe spełniają zasadę superpozycji, tzn. odpowiedź na wymuszenie.
Zasada superpozycji -jeżeli na układ działa wiele wymuszeń jednocześnie to odpowiedź układu stanowi sumę odpowiedzi na każde z wymuszeń rozpatrywanych oddzielnie (przy założeniu, że pozostałe nie oddziałują).
Na ogół każdy proces jest nieliniowy, lecz zwykle z przybliżeniem wystarczającym do celów technicznych zakłada się jego liniowość lub linearyzuje krzywoliniowe charakterystyki, zwłaszcza w przypadkach, gdy działanie tego procesu ogranicza się do niewielkiego obszaru wokół pewnego nominalnego punktu pracy.
7. Układy regulacji stałowartościowej (stabilizującej) – jest to taki sygnał sterujący ktory ma stałą raz nastawiona wartość w=const. W procesie regulacji układ ma za zadanie utrzymywać stała wartość wielkości regulowanej y równą w mimo iz działają na niego zakłóceń (np.: układ regulacji automatycznej prędkości obrotowej)
8. Układ regulacji programowej –układy regulowane i sterowane programowo, w których wartość zadana jest z róry określona funkcją czasu, w=w(t) Zadaniem tego układu jest odwzorowanie na wyjściu układu wygenerowanego przebiegu np. układ regulacji programowej regulacji temperatury w piecach hutniczych.
9. Układy nadążne – (serwomechanizmy) to zamknięte układy sterowania, sygnał sterujący x0 jest nieznaną funkcją czasu. Zmiany sygnału sterującego x0 nie zależą od procesu zachodzącego wewnątrz układu automatycznej regulacji, ale są wywołane sa zjawiskami zachodzącymi poza układem regulacji (radarowy ukł. nadążny) np. układ sterowania ogniem artylerii przeciwlotniczej wg wskazań radarom. Zadaniem układu jest spowodowanie nadążenia wielkości sterowanej za zmianami wielkości zadanej.
10.Na czym polega opis układu automatyki we współrzędnych odchyłek i jakie są tego konsekwencje przy analizie układu?
W automatyce wyróżnia się opis układu:-we współrzędnych odchyłek (poziom odniesienia =
stan ustalonyrównanie ruchu układu: Jeżeli układ
logiczny opisany we współ. Odchyłek jest opisany
równaniem różniczkowym o stałych współczynnikach
11.Podaj definicje Transmitancją operatorową G(s) elementu lub układu nazywamy stosunek transformaty wielkości wyjściowej y(s) do transformaty wielkości wejściowej x(s) przy zerowych warunkach początkowych. G(s)=y(s)/x(s)
12.Charakterystyka statyczna -przedstawia zależność wielkości wyjściowej do wielkości wejściowej w stanie ustalonym. Można ja wyznaczyć z równania różniczkowego nieliniowego lub zlinearyzowanego porównując wszystkie pochodne do zera. Jeżeli charakterystyka statyczna została wyznaczona na podstawie zlinearyzowanego to obowiązuje ona jedynie w otoczeniu punktu pracy układu i tylko w tym punkcie pokrywa się z charakterystyką wyznaczoną na podstawie równania nieliniowego. Zgodność tych charakterystyk nastąpi wówczas gdy charakterystyka określona z nieliniowego równania różniczkowego jest liniowa.
13. Podać algorytm wyznaczania odpowiedzi elementu lub układu automatyki o danej transmitancji operatorowej na zakłócenia dane przebiegiem czasowym
- Odp. Na wymuszenie skokowe - Odp. na wymuszenie impulsowe g(t)
14. W jaki sposób wyznaczyć zastępczą transmitancję dla połączeń: szeregowego i ze sprzężeniem zwrotnym?
szeregowe Gz=G1*G2*G3*...*Gn
sprzężenie zwrotne :
15. W jaki sposób wyznaczyć zastępczą transmitancję dla połączeń: równoległego i ze sprzężeniem zwrotnym?
równoległe :
Gz=G1+-G2+-G3+-...*Gn
17. Obiektem regulacji może być urządzenie, zespół urządzeń lub proces technologiczny, w którym w wyniku
zewnętrznych oddziaływań realizuje się pożądany algorytm
działania.
Na obiekt regulacji oddziałują:
- zmienne wejściowe nazywane sygnałami nastawiającymi
u,
- zmienne szkodliwe nazywane sygnałami zakłócającymi z,
Na wyjściu z obiektu regulacji otrzymujemy sygnały
wyjściowe nazywane:
zmiennymi regulowanymi y. (wartość którą zmieniamy).
18. Na podstawie ogólnego schematu ukł. regul. autom. wyjaśnić co to jest uchyb i regulator.
Uchyb – różnica wartości sygnału wejściowego (zadanego) i wyjściowego (regulowanego) e(t)=x(t)-y(t)
Regulator – urządzenie sterujące które przetwarza wartość uchybu na sygnał sterujący obiektem w taki sposób aby wartość błędu ,uchybu sprowadzić możliwie do zera.
19. Zadania regulatora w ukł. autom.
Regulator wykonuje podstawową funkcje układu automatycznej regulacji. Przetwarza on bowiem sygnał błędu e(t) na odpowiedni sygnał, konieczny do wysterowania obiektu w sposób zapewniający przebieg procesu zgodny z przebiegiem pożądanym
lub doprowadzenie i utrzymywanie wartości sygnału wyjściowego równej sygnałowi zadanemu w określonym czasie, pośrednio sprowadzenie wartości uchybu do zera.
20. Podać transmitancję regulatora PID, określić jakie operacje wykonuje on na sygnale wejściowym i jaki to sygnał oraz wskazać jego parametry związane z poszczególnymi akcjami
Regulator PID – posiada wyjścia ciągłe:
- proporcjonalne P
- całkujące I- Różniczkujące D
Znajduje on zastosowanie głównie do stałowartościowej regulacji przepływu prędkości, ciśnienia, napięcia itp.
Transmitancja operatorowa regulatora PID
Idealnego: G(s)PID=kp+1/(Ti*s) +Td*s
Rzeczywistego: G(s)PID=kp +1/(Ti*s) +Td*s/(T*s+1)
kp – współ. Wzmocnienia regulatora; Ti-stała czasowa całkująca; Td- stała czasowa różniczkowania T-stała czasowa
Właściwy dobór nastaw pozwala otrzymać żądaną wartość:
-statycznego błędu regulacji
-przeregulowania Cur
-czas regulacji Trr
Regulator P – nie eliminuje błędu statycznego, który zależy od wielkości wzmocnienia. Ta wielkość wpływa również na szybkość działanie oraz amplitudę sygnały WY, wzrost kp oznacza skrócenie czasu regulacji i wzrost amplitudy przebiegu wyjściowego
Regulator I – wyłącznie akcja całkująca; reaguje na wszelkie odchyłki sygnału regulowanego. Likwiduje do 0 błąd statyczny regulacji. Czas regulacji ulega wydłużeniu – zwiększenie wzmocnienia.
Regulator D – reaguje na każdą zmianę sygnału regulowanego , skraca czas regulacji, zmniejsza przeregulowanie.
Potrzebna jest charakterystyka obiektu i regulatora:
P: kp=0.5 kpkr
PI: kp=0.45 kpkr ; Ti= 0.85 Tosc
PID: kp=0.6 kpkr ; Ti = 0.5 Tosc , Td = 0,12 Tosc
21. Na podstawie transmitancji regulatora PID wyjaśnić w jaki sposób dysponując regulatoremPID możemy sprawić aby działał on jak regulator P
W wyniku zastosowania w regulatorze PID wyłącznie akcji proporcjonalnej otrzymamy regulator P.
22. Co nazywamy charakterystyką amplitudowo-fazową elementu lub układu automatyki i w jaki sposób możemy określić wzmocnienie i przesunięcie fazowe dla danej wartości pulsacji?
Charakterystyką amplitudowo-fazową nazywamy graficzne przedstawienie (wykres) transmitancji widmowej układu.
Moduł transmitancji widmowej określa wzmocnienie, a określa kąt przesunięcia.
23. Dla częstości sygnału wejściowego równej 2 wzmocnienie układu wynosi 5, a przesunięcie fazowej p/4. Jeśli sygnał wejściowy określony jest zależnością x(t)= 4 sin 2t, to jaką zależnością będzie określony sygnał wyjściowy po dostatecznie długim czasie? Uzasadnić?Y(t)=20 sin(2tp/4) bo Ay=Ax*kp= 5 *4=20 Y(t)=20 sin(2t+)
24. Jakie charakterystyki częstotliwościowe elementu lub układu automatyki nazywamy charakterystykami logarytmicznymi i do czego są one wykorzystywane?
Zależność argumentu transmitancji widmowej
wykreślona w logarytmicznej skali pulsacji nazywa się charakterystyką logarytmiczną fazową, a zależność wykreślona w logarytmicznej skali pulsacji nazywa się logarytmiczną charakterystyką amplitudową.
...
SUB