pojecia podstawowe - automatyka listopad 2014 (2).pdf

(762 KB) Pobierz
1. Pojęcia podstawowe
Proces –
dowolne zjawisko fizyczne, w którym zostały wyróżnione wielkości przyczynowe
���� (����)
oraz
skutkowe
���� (����)
– rys.1.
x(t)
y(t)
PROCES
(układ, obiekt sterowania itp.)
Rys.1. Ogólny schemat procesu
���� (����)
– wektor wielkości przyczynowych: wejść; wejściowych wymuszeń; sygnałów.
���� (����)
– wektor wielkości skutkowych: wyjść, sygnałów wyjściowych, odpowiedzi.
Sygnał
(wejściowy, wyjściowy, zakłócający) – nośnik informacji zawarty w przebiegu dowolnej wielkości
fizycznej (wszelkie zjawiska zmienne w czasie), np. temperatura, ciśnienie, wydatek, napięcie, prąd, itd.;
sygnał może mieć charakter naturalny wynikający ze zmian obserwowanej wielkości fizycznej lub też może
być wygenerowany wg określonego standardu przez stosowne urządzenia elektroniczne i może to być np.
napięcie o modulowanej częstotliwości, amplitudzie, fala radiowa, itd.
Sygnał ciągły
(analogowy) – rozumiany w sensie ciągłości czasu.
Sygnał dyskretny
(cyfrowy) – określony na przeliczalnym zbiorze wartości czasu.
Model procesu matematyczny
– związek
���� (����)
i
���� (����)
opisujący w czasie rozpatrywany proces.
Model matematyczny makroskopowy
– odzwierciedlający jedynie zjawiska zasadnicze.
Model matematyczny mikroskopowy
– model o dużej liczbie równań, szczegółowy, wyjaśniający przez
fizyków określone zjawisko.
Teoria identyfikacji
– naukowa metoda konstruowania modeli.
Informacja
– wiedza o procesie, może być dana w sposób analityczny lub graficznie za pomocą
charakterystyk statycznych i dynamicznych. Informacja dzieli się na początkową (znaną na etapie syntezy
układu sterowania) i roboczą (pozyskiwaną przez układ) sterowania podczas jego funkcjonowania.
S.Płaska. Prawa autorskie zastrzeżone. Udostępnione studentom roku akademickiego 2014/2015
1
Parametr fizyczny
– miara określająca określoną właściwość fizyczną, np. ilość materii – masa
����,
sztywność
����,
opór
����,
… .
Parametr dynamiczny
– miara utworzona z parametrów fizycznych, określająca właściwości dynamiczne
procesu, wyróżniane na przebiegach czasowych, częstotliwościowych (charakterystykach), np. nietłumiona
częstość drgań własnych
����
����
= √����/����,
względny wsp. tłumienia
���� = 0.5 ����√��������
, stała czasowa
���� =
����
.
Obiekt sterowania
- proces będący przedmiotem sterowania.
Model obiektu sterowania
– proces będący przedmiotem sterowania, dla którego z pośród wektora
���� (����)
wyróżniono:
���� (����)
– wielkości wejściowe (przyczynowe, nastawiające), za pomocą których będzie następować
oddziaływanie (nastawianie) na rozpatrywany proces,
����
– parametry, wejścia procesu, które podczas sterowania będą posiadały wartości stałe,
���� (����)
– zakłócenia, wejścia procesu nie wykorzystane podczas sterowania zakłócające sterowanie,
���� (����)
– wyjścia procesu (wielkości nastawiane), które są ważne z punktu widzenia sterowania i dla których
określane są wymagania związane z jakością sterowania.
����
z(t)
x(t)
y(t)
PROCES
(układ, obiekt sterowania itp.)
a
Rys.2. Ogólny schemat obiektu sterowania
Matematyczny model obiektu określa przede wszystkim relacje
���� (����)
i
���� (����);
opisuje zarówno
właściwości sterowanego procesu (technologicznego) jak i właściwości części aparaturowej niezbędnej do
realizacji sterowanego procesu.
S.Płaska. Prawa autorskie zastrzeżone. Udostępnione studentom roku akademickiego 2014/2015
2
Cel sterowania
– sformułowanie ogólnych wymagań dotyczących oczekiwanych rezultatów związanych z
budową układu sterowania.
Sterowanie
– generowanie sygnału
���� (����)
o takim przebiegu, by uzyskać oczekiwany przebieg sygnału
���� (����).
Proces jednowymiarowy, sterowanie jednowymiarowe
– sygnały
���� (����)
lub
���� (����)
i
���� (����)
są
jednowymiarowe.
Sterowanie wielowymiarowe
– zarówno sygnał
���� (����)
jak i
���� (����)
są większe od jedności (są to wektory).
Jakość sterowania
– wymagania związane z celem sterowania, formułowane w stosunku do przebiegu
wielkości
���� (����),
wyrażona przez stosowne miary w postaci kryteriów.
Wartość zadana
– oznaczana często przez
����
0
(����),
określa oczekiwany (pożądany) przebieg wielkości
wyjściowej
���� (����)
sterowanego procesu. Można to rozumieć jako pewien wzorzec przebiegu wielkości
wyjściowej procesu, którą chce się osiągnąć. Oznacza to, że sterowanie powinno zapewnić relację
����
0
(����) ≡ ����(����),
przy czym
����
0
(����)
– jest pewną abstrakcją, wzorcem a
���� (����)
jest przebiegiem konkretnej
wielkości fizycznej.
Błąd sterowania
(uchyb) – w ogólnym przypadku
���� (����) = ����
0
(����) − ���� (����)
– jest to funkcja (sygnał), która
przedstawia zaistniałe w czasie
����
odchylenia wielkości wyjściowej
���� (����)
sterowanego procesu od wartości
zadanej
����
0
(����)
(od oczekiwanego wzorca).
Miary jakości sterowania (kryteria sterowania)
formułowane są w odniesieniu do sygnału
���� (����)
i są
podstawą do budowy określonej struktury sterowania oraz algorytmów urządzeń decyzyjnych.
Struktura procesu, algorytmu, układu sterowania
– postać matematyczna procesu, algorytmu lub schemat
obiegu informacji w układzie sterowania.
Układ (proces, model) liniowy
– opisany za pomocą równań liniowych; w szczególności zależności statyczne
między przyczynami i skutkami są wyrażone przez równania prostych, np. masa i stała sprężyny (układ
mechaniczny) są niezależne od siły i przesunięcia.
Układ (proces, model) nieliniowy
- opisany za pomocą równań nieliniowych; np. wsp. sprężystości zmienia
się w zależności od odkształcenia.
Model o parametrach skupionych
- opisany za pomocą równań różniczkowych o stałych współczynnikach;
masa w postaci punktowej, sprężyna bez masy – układ złożony z tak wyidealizowanych elementów z
rozdzielonymi efektami.
Model o parametrach rozłożonych
– przeciwieństwo modeli skupionych – opisany za pomocą równań
różniczkowych cząstkowych; np. pręt zawiera nieskończenie małe elementy bezwładności i sprężystości.
S.Płaska. Prawa autorskie zastrzeżone. Udostępnione studentom roku akademickiego 2014/2015
3
Układ niestacjonarny lub zmienny w czasie
– parametry układu zmieniają się w czasie.
Układ stacjonarny
– parametry w rozpatrywanym czasie przyjmowane są jako stałe.
Zmienne (sygnały) przypadkowe
–przedstawione w sensie probabilistycznym.
Zmienna (współrzędna) stanu
– zmienna reprezentująca sumę informacji przeszłej, potrzebnej do
określenia aktualnej zmiany stanu i odpowiedzi układu. Wektor stanu powinien zawierać najmniejszą liczbę
zmiennych (współrzędnych) wystarczających do opisania układu w każdej chwili czasu. W metodzie
transmitancji zmienne stanu nie występują. Najczęściej przyjmuje się za zmienną stanu wyjścia z elementów
całkujących.
Wykres (rysunek)
– forma graficznego zapisu, w szczególności dowolnych zależności.
Charakterystyka
– forma graficznego zapisu zależności (statycznych, w funkcji czasu, w funkcji
częstotliwości) zgodna z przyjętym układem i postacią zawartą w unormowaniach międzynarodowych, dla
jednoznacznego opisu właściwości.
Postacie charakterystyk dynamicznych dają wyobrażenie o właściwościach dynamicznych procesów,
definiują podstawowe parametry dynamiczne oraz mogą być wykorzystane jako metoda identyfikacji
właściwości procesów.
Charakterystyka statyczna
– zależność między wielkością przyczynową (oś rzędnych) i skutkową (oś
odciętych) w stanie ustalonym. Charakterystyka statyczna określa liniowość procesu, zakresy wejść i wyjść,
współczynnik wzmocnienia statycznego oraz błąd nieliniowości i niejednoznaczności. W przypadku
przyrządów pomiarowych określa klasę przyrządu określoną na podstawie błędów nieliniowości i
niejednoznaczności.
Charakterystyki dynamiczne
– czasowe i częstotliwościowe:
Charakterystyka czasowa
przebieg sygnału wyjściowego, otrzymany w wyniku wprowadzenia wymuszenia
„typowego” do procesu, który znajdował się w stanie ustalonym. „Typowe” wymuszenia to: wymuszenie
impulsowe, wymuszenie skokowe, wymuszenie liniowo narastające, wymuszenie paraboliczne.
W przypadku charakterystyk
częstotliwościowych
wymuszenie ma postać sinusoidalną. Charakterystyka
częstotliwościowa może być przedstawiana jako przebieg modułu 20 log(Ay/Ax) w funkcji
log ����
oraz
przebieg fazy
����
w funkcji
log ����.
Zbiór punktów tworzących przebiegi modułów i fazy otrzymuje się w
wyniku wprowadzania wymuszeń
���� (����) = �������� sin ��������
i rejestracji
���� (����) = �������� sin(�������� + ����)
dla
���� = ����
������������
÷
����
������������
.
����
������������
, ����
������������
– interesujący badacza zakres częstości.
Metoda sporządzania charakterystyk częstotliwościowych przedstawiona została opisowo, w praktyce
korzysta się z algorytmu FFT.
S.Płaska. Prawa autorskie zastrzeżone. Udostępnione studentom roku akademickiego 2014/2015
4
Monitorowanie
(ang. monitoring) – jest działaniem mającym na celu pokazywanie określonych zdarzeń
występujących w obserwowanym procesie (należy je zdefiniować, np. zakłócenia powodujące przesuwanie
charakterystyk jakości – np. zmiana wymiaru części obrabianych na maszynach CNC), w najprostszym
przypadku może sprowadzać się do rejestracji wielkości fizycznych, ważnych dla procesu. Tymi zdarzeniami
mogą być np. wartości graniczne niebezpieczne dla procesu. Układy monitorujące mogą być wyposażone w
urządzenia alarmowe i blokujące dalszy przebieg procesu. Takie rozwiązanie jest także nazywane
zabezpieczaniem (ang. protection).
Diagnostyka procesów
– rozpoznawanie zmian stanów technicznych – zazwyczaj nie chodzi o dynamiczne
zmienne stanu procesu.
SCADA
(ang.Supervisory Control and Data Acvnisition) – system informatyczny do monitorowania przebiegu
procesu – różnie rozumiane: rejestracja sygnałów lub działania obiektu a nazywane monitorowaniem stanu
obiektu (procesu).
DCS
(ang. Distributed Control Systems) – system informacyjny do monitorowania i archiwizowania
zmiennych procesu, także sygnalizacji alarmów oraz wizualizacji przebiegu procesów.
Diagnozowanie
– działanie związane z rozpoznawaniem stanu technicznego obiektu, którego celem jest
określenie aktualnego stanu (technicznego) obiektu.
Genezowanie
– działanie rozpoznawania stanu technicznego obiektu związane z określaniem stanów
wcześniejszych.
Prognozowanie
– określenie przyszłych wartości (modele matematyczne) lub przyszłych stanów obiektów
(modele diagnostyczne).
Nadzorowanie
– rodzaj sterowania mający na celu zapewnienie poprawnego przebiegu procesu.
Najczęściej dotyczy procesów częściowo zautomatyzowanych, w których operator ma podstawie wyników
monitorowania wprowadza działania korygujące do procesu.
2. Relacje w układzie
Ogólna zależność w układzie wielowymiarowym opisuje relacja:
���� (����, ����, ����̇ , ����, ����, ∝, ����, ����) = 0.
S.Płaska. Prawa autorskie zastrzeżone. Udostępnione studentom roku akademickiego 2014/2015
5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin