Podstawy Automatyki Wykład 2 - Układ regulacji i układ sterowania dr inż. Jakub Możaryn

(1)

Podstawy Automatyki

Wykład 2 - Układ regulacji i układ sterowania

dr inż. Jakub Możaryn

Instytut Automatyki i Robotyki, Wydział Mechatroniki PW

Warszawa, 2018

(2)

Sprzężenie zwrotne - intuicja

Prawdopodobnie pierwszym znaczeniem, które przychodzi do głowy w przypadku pętli sprzężenia zwrotnego, jest przekazywanie tzw. informacji zwrotnej.

Rodzice przekazują informacje zwrotne swoim dzieciom, aby osiągnąć pożądane zachowanie.

Jako konsumenci jesteśmy stale proszeni o wyrażenie opinii na temat poziomu usług, które otrzymaliśmy lub w jakim stopniu (nie) jesteśmy zadowoleni z danego produktu.

Lekarze przekazują informacje zwrotne swoim pacjentom, aby wspomóc naturalne procesy leczenia.

Na uniwersytecie studenci proszeni są o przekazanie profesorom informacji zwrotnej na temat jakości otrzymanych instrukcji. Można przypuszczać, że informacje zwrotne pozwolą nauczycielom ulepszyć ofertę kursu i uzyskać lepsze efekty nauczania, a także zadowolenie

(3)

Sprzężenie zwrotne - intuicja

(4)

Układ otwarty (układ sterowania)

Układ otwarty - przykład

(5)

Układ otwarty (układ sterowania)

Układ otwarty (układ sterowania)

Przykłady:

Toster

Maszyna do sprzedaży napojów

Sygnały

y_r(t) - pożądana odpowiedz u(t) - sygnał sterujący procesem

x (t) - sygnał wejściowy do procesu

y (t) - sygnał wyjściowy z procesu

(6)

Układ zamknięty (układ regulacji)

Układ zamknięty - przykład

(7)

Układ zamknięty (układ regulacji)

Układ zamknięty - przykład

Przykłady:

Regulacja temperatury w szklarni Regulacja poziomu wody w zbiorniku

Auto-pilot

Sygnały u(t) - sygnał sterujący x (t) - sygnał wejściowy do procesu

y (t) - sygnal wyjściowy z procesu yr(t) - sygnał zadany

ym(t) - zmierzony sygnał wyjściowy

e(t) = yr(t) − ym(t) - odchyłka regulacji

(8)

Układ zamknięty (układ regulacji)

Układ zamknięty (układ regulacji) ma na celu utrzymanie zadanej za- leżności pomiędzy jedną zmienną systemu a drugą, poprzez porównanie funkcji tych zmiennych i użycie róznicy pomiędzy nimi jako podstawy do regulacji.

sygnał odchyłki e(t) jest wzmacniany

regulator wpływa na urządzenie wykonawcze, które tak moduluje proces żeby zredukować błąd e(t)

Koncepcja sprzężenia zwrotnego

Układ sterowania w pętli zamkniętej (sprzężenie zwrotne) wykorzystuje pomiar sygnału wyjściowego i przesyla go do regulatora, aby porównać go z pożądaną wartością wyjściową (sygnałem zadanym).

(9)

Układ zamknięty (układ regulacji)

Układ zamknięty (układ regulacji)

Elementy: C - sterownik, A - element wykonawczy (aktuator), O - proces/obiekt, S - czujnik/przetwornik pomiarowy/sensor

Tor główny wskazuje zawsze istotną wartość wejściową procesu i wartość wyjściową procesu. Tor ten opisuje główny przepływ materiału lub energii w systemie.

Tor informacyjny/sprzężenie służy do przesyłania informacji.

Zapotrzebowanie na energię na tym torze jest zwykle niewielkie i można je pominąć.

(10)

Układ zamknięty (układ regulacji)

Układ zamknięty (układ regulacji) - zakłócenia i szum

Zalety systemu regulacji (układ zamknięty) w porównaniu do układu sterowania (układ otwarty)

odporny na zewnętrzne zakłócenia d (t), osłabia wpływ szumów pomiarowych n(t).

(11)

Układy wielowejściowe/wielowyjściowe

Układ o jednym wejściu i jednym wyjściu (ang. Single Input Single Output, SISO )

Układ o wielu wejściach i wielu wyjściach (ang. Multiple Input Multiple Output, MIMO)

(12)

Projektowanie układu regulacji

(13)