Vývojové etapy v technike

1. Špecializácia

   • Vynachádzanie nástrojov, pričlenenie ich ku konkrétnej činnosti

2. Mechanizácia

   • náhrada manuálnej činnosti človeka strojom

   • najjednoduchší stroj: jednoduchá páka

   • neskôr koleso, z toho kladka

3. Automatizácia

   • náhrada riadiacej činnosti človeka strojom

Základy kybernetiky

• Kybernetika – veda o optimálnom riadení rôznych systémov(biologických, technických, ekonomických, …)

• optimálne pre určité podmienky

Teórie kybernetiky:

• Kybernetických systémov

• Kybernetických informácii

• Kybernetických hier

• Kybernetických algoritmov

• Kybernetického riadenia

Metódy kybernetiky:

• Metóda analógie

• Metóda pokus a omyl

• Metóda čiernej skrinky

• Metóda blokových schém

• Metóda modelovania

Kybernetických systémov

• Vnútorne organizovaná množina vzájomne spojených prvkov

1. Podľa funkcie

   • riadiaci, riadený

2. Podľa charakteristických priebehov procesov

   • statický, dynamický

   • lineárny, nelineárny

3. Podľa časového priebehu veličiny

Kybernetických informácii

• Výmena informácii medzi systémami

• najmenšia jednotka je bit

• väčšia je bajt – slovo

Kybernetických hier

• Skúma správanie systémov v komplikovaných situáciach, pripravuje systém na určitú situáciu

Kybernetická teória algoritmov

• Algoritmus

  • jednoznačný postup riešenia úlohy s konečným počtom krokov končiaci vždy výsledkom

  • vyznačuje sa:

    1. jednoznačnosťou

    2. hromadnosťou – môže riešiť mnoho úloh rovnakého typu

    3. presumptívnosť – po konečnom počte krokov nasleduje výsledok

    4. determinovanosť

  • zapisuje sa graficky a pomocou programov

Kybernetická teória riadenia

• Riadenie:

  • cieľavedomá činnosť

  • nadriadený(riadiaci) člen pôsobí na podriadený(riadený) člen

  • pôsobí za účelom dosiahnuť vytýčený cieľ

Metóda analógie

• Založená na určitej podobnosti

Metóda pokus a omyl

• Na začiatku sa zvolí náhodný postup

• Všetky výsledky sa zaznamenávajú

• Kladné výsledky určujú ďalší smer postupu

Metóda čiernej skrinky

• Nie je dôležitá štruktúra, ale vstupy a výstupy

• Čiernou skrinkou je každé zariadenie, ktorého štruktúra(konštrukcia) nás nezaujíma, ale zaujímajú nás len vstupy a výstupy

Metóda modelovania

• Model:

  • zväčšenina alebo zmenšenina origináli

  • slúži na študovanie originálu

  • Rozdelenie:

    • fyzické

    • grafické

    • matematicko-fyzikálne

    • správania

    • štruktúry

Riadenie

• klasifikuje sa podľa kritérií:

• ak sa informácia vyhodnocuje:

  • okamžite pomocou spätnej väzby -> regulácia

  • bez okamžitej spätnej väzby -> ovládanie

  

• RSÚ:

  • RSÚ – regulovaná sústava

  • R – regulátor

  • X – výstupná, regulovaná veličina

  • W – požadovaná hodnota, riadiaca veličina

  • ρ – regulačná odchýlka

  • Y – vstupná veličina, akčná, vykonáva zásah

  • sv – spätná väzba

  • ZRS – základná regulačná schéma

  • M.Č – merací člen, meria okamžitú hodnotu meranej veličiny(x)

  • S – snímač, sníma okamžitú hodnotu meranej veličiny

  • P – prevodník, mení jednu fyzikálnu veličinu na druhú

  • R.Č. – riadiaci člen, slúži na nastavenie požadovanej hodnoty(W)

  • Po. Č - porovnávací člen, porovná okamžitú hodnotu regulovanej veličiny(x₀) s požadovanou hodnotou(W), výstup je odchýlka (e), vyfarbená časť je to kde vstupuje X₀, e = W - X₀

  • Ú.Č. – ústredný člen, vo F.Č. sa prepočíta odchýlka(e)

  • < - zosilňovač

  • R – regulátor, skladá sa z ústredného, porovnávacieho a vstupného člena, vykonáva postupnosť zásahov do regulovanej sústavy na základe spätnoväzobnej informácie pri zabezpečení kvality a stability regulačného obvodu

• A.č. – akčný člen, zosilnená upravená odchýlka vstupuje do akčného člena(A.č.), ktorý pomocou regulačného pohonu(Rp)[motor] prestaví regulačný orgán(Ro)[ventil]

• U – poruchy okolia sústredené v 1 mieste, vstúpia do sčítacieho člena

Prostriedky získavania informácii

• Informácie o meranom procese získame pomocou meracích sústav

• Delenie meracích sústav:

  1. podľa počtu meraných veličín:

     1. jednokanálové meracie sústavy(jednoduché)

        

     2. viackanálové meracie sústavy

     

  2. podľa časovej spojitosti signálu

     1. spojité meracie sústavy

     2. nespojité meracie sústavy

Prenos informácii na diaľku

• Môže byť:

  1. Klasický – informácia sa zaznamená na pamäťové médium a na miesto určenia je doručená kuriérom

  2. Automatický – bez priamej účasti človeka

  3. Spriahnutý – priamy prenos bez záznamu do pamäte

  4. Nespriahnutý – údaje sa zaznamenávajú a súčasne sa prenášajú

  5. Spojitý – informácia sa prenáša bit po bite

     

  6. Nespojitý – informácia sa prenáša po viacerých bitoch zároveň?

Druhy prenosových ciest:

1. Káblový prenos:

   • metalické káble

   • optické káble

2. Bezkáblový prenos:

   • satelit

   • Wi-Fi

   • Bluetooth

   • IRDA

   • NFC

3. Potrubný

Robotika

• 1. zmienka – Karel Čapek – R.U.R.

• umelá inteligencia – 1950 Alan Turing

• teória robotov skúma a popisuje rôzne javy z oblasti robotov

• Rozdelenie:

  • manipulátor:

    • jednoduchší ako robot, slúži na manipuláciu s predmetmi a má jednoduchší riadiaci systém

  • teleoperátor:

    • zosilňuje a na diaľku prenáša potrebné pohyby od človeka

  • robot

    • počítačom riadený integrovaný systém schopný automaticky vykonávať rôznorodú činnosť v závislosti od vonkajšieho prostredia a inštrukcii človeka

      1. priemyselné automatické

         1. majú manipulačnú schopnosť

         2. automatická činnosť

         3. univerzálnosť

         4. ľahká zmena programu

         5. spätná väzba

         6. priestorová sústredenosť

      2. kognitívne

         1. schopnejšie(inteligentnejšie)

         2. vnímajú a rozpoznávajú prostredie

         3. vytvárajú a priebežne prispôsobujú vnútorný model prostredia

         4. na základe bodu 2. a 3. sa samy rozhodnú o ďalšej činnosti

         5. ovplyvňujú prostredie, manipulujú s predmetmi, pohybujú sa v prostredí

      3. humanoidné

         1. nahradia človeka pri nejakej činnosti

    • dá sa nakresliť 4 časťami

    • Z ákladné časti:

      1. Manipulačný mechanizmus

         1. stojan s ramenom

         2. ruka

         3. chápadlo(technická hlavica), napríklad kliešťová, elektromagnetická, prísavková

            Unimate:

            • 

            Versatran:

ASEA:

1. IBM:

   

2. Pohonný systém

   1. mechanické pohony

   2. pneumatické pohony

   3. hydraulické pohony

   4. elektrické pohony:

      • krokové

      • rovnomerné servopohony

      • striedavé otočné servo motory

3. senzorový systém

   1. dotykové senzory

   2. bezdotykové senzory – identifikácia predmetu v priestore(ultrazvuk, laser, optoprvok)

   3. silové a momentné – preťaženie robota

   4. robovízne – slúžia na určovanie polohy robota

   5. snímanie teploty

4. riadiaci systém

   1. koordinovaná činnosť robota

   2. zabezpečujú testovanie jednotlivých častí robota(ochrana voči havárii)

   3. tvorený:

      • mikroprocesorom

      • počítačom

      • mikropočítačom

   4. riadenie(pohyb)

      • bodové – dráha robota z bodu do bodu, lomená kategória

        

      • dráhové – programuje sa súčasne vo všetkých smeroch, výsledok je plynulý pohyb

        

      • Postup:

        • Naprogramovať manipulačný cyklus robota – postupnosť krokov, ktoré bude robot(riadiaci systém) vykonávať

        • Optimalizovať manipulačný cyklus(dráha, čas)

        • Zaviesť program

        • Odladiť program po syntaktickej a logickej stránke

      • Manipulačný cyklus – programujeme:

        • Polohu pohybovej osi robota – odkiaľ kam sa má dostať

          • poloha osi:

            • Odhadom

            • Výpočtom

            • Predvádzaním?

        • Programuje sa rýchlosť pohybu(len na robotoch kde sa to dá)

        • Zrýchlenie pohybu v danom smere

          • naprogramujeme čas za ktorý robot dosiahne určitú rýchlosť

        • Programujeme časové oneskorenie

          • Programátor stanoví časový interval, počas ktorého robot nič nevykonáva

          • Čaká na ukončenie inej technologickej operácie

        • Programovanie vonkajších udalostí

          • Programujeme ovládanie iných zariadení pomocou riadiaceho systému robota

        • Určíme sled jednotlivých úkonov

NC Stroje

• Počítačom riadené stroje

• Používajú sa pri automatizovaných prevádzkach

• Nižšia cena oproti robotom

• Nižšie náklady na kvalifikáciu pracovníkov zabezpečujúcich údržbu a obsluhu

• Pružné, možno ich rýchlo prispôsobiť zmeneným potrebám

• Napr:

  • Frézka

  • Vŕtačka

  • Sústruh

• Vývoj:

  • Začal v roku 1954

  • Generácie:

1. elektrónka, relé

2. polovodič

3. integrovaný obvod

4. mikrokontrolér (MCU)

1. Štruktúra:

   1. Obrábací mechanizmus

   2. Riadiaci systém s pamäťovými obvodmi

   3. Ovládací panel

2. Typy riadenia:

   1. OFF-LINE(otvorené)

2. O N-LINE

3. ADAPTÍVNE



1. Riadenie pohybu:

   1. Bodové riadenie

• Point to point

• Medzi 2 bodmi po najkratšej dráhe

• Vŕtačka

1. Pravouhlé riadenie

   • Straight

   • Pohyb nástroja je definovaný dráhou v pravých uhloch

   • Obrysové

   • Sústruh?

2. Súvislé riadenie

   • Contour

• Pohyb nástroja je definovaný dráhou, ktorou kopíruje napr. obrys obrábanej súčiastky

• Frézka

Snímače

• Delenie

  • Podľa energie:

    • Aktívne

      • energiu na svoju činnosť získavajú z obvodu

      • termočlánok

    • Pasívne

      • energiu potrebujú dodať

      • termistor

  • Podľa snímanej veličiny

    • snímač teploty

    • snímač rýchlosti

    • snímač tlaku

    • snímač pružnosti

    • snímač svietivosti

    • snímač vlhkosti

    • snímač …

  • Podľa spôsobu snímania

    • Kontaktné

    • Bezkontaktné

Kontaktné snímače

Kontaktné kapacitné snímače

C₁ * C₄ = C₂ * C₃

C₁ = ε_r*ε₀*((S)/(d – Δd))

• Pozorovaná súčiastka je veľká, alebo malá

• Stredná plošina sa hýbe

• Svieti buď 1. alebo 2. LED ka(či je veľká alebo malá)

Snímače tlaku

• U manometer

• Δ P

• P = ρ * g → h = P/(ρ*g) →h=f(P)

Prietokové snímače

• Prekážka v potrubí o známom priemere

  • Clona Dýza

• Rovnica spojitosti

  • v₁ * s₁ = v₂ * s₂

• Bernouliho rovnica:

  • V₁²/(2*g) + (P₁/(ρ*g)) = V₂²/(2*g) + p²/ρ*g

• C lona

• Dýza

• Ďalšie typy prietokových snímačov

  • Prandtova trubica

    • Platí Bernouliho rovnica

    • sústava kanálikov so známou dĺžkou a priemerom

  • Venturiho trubica

  • Rotameter

    • Počet otočení vrtuľky určuje prietok kvapaliny

    • Otočenia sa prepočítavajú na objem, ktorý pretiekol

    • Je to na základe rozdielu priemerov

    • n = (π/4) * (D² – d²)

    • Q * v = objem kvapaliny

    • Q * v = k * (D – d)

    • (D – d) = prietok

Deformačné snímače

• Snímače teploty – bimetál Fe – Ni, Cu – Ni

  

• Tlakové snímače

  • Tvrdá membrána

  • M äkká membrána

    • V lnovec

      

    • 

• Odporové deformačné snímače

  • Tenzometre

  • Snímajú deformáciu na základe zmeny odporu

  • Typy:

    • Kovové

      • Zliatina Karma (Ni Cr Fe Al)

    • Drôtikové

      • Zliatina Konštantán

      • Hrúbka 2 – 4 µM

• Fóliové

  • Metóda plošných spojov

• Polovodičové

  • kremíkové

  • v tvare tyčiniek

  • 50 krát citlivejšie

  • teplotne závislé

  • len pre laboratórne a kontrolné merania

• t_p ^– tenzometrický prvok

• Ružice:

  • 

• Zapájajú sa do štvrťmostíka, polmostíka a úplného mostíka:

  • 3 vodiče 1 tenzometer – štvrťmostík

  • 3 vodiče 2 tenzometre – polmostík

  • 4 vodiče 4 tenzometre – plný mostík

• Meranie na vzdialenom mieste pomocou tenzometrických snímačov

  • pomocou pomocného mostíka

    

    

Bezdotykové(bezkontaktné) snímače

Zorný spektrálny pyrometer

1. T eplotu meriame na meranom mieste

2. Optický filter

3. Žhavené etalónové vlákno žiarovky

4. Optický filter

5. Okulár s otočným prvkom(nastaviteľným kolieskom), slúži na nastavenie teploty

6. Oko

• Ďalšie zariadenia snímajúce teplo

  • termokamera

  • termovízia

  • fotoelektrické snímače

    • v ýťahové dvere (optická závora)

Ultrazvukové snímače

• Zariadenia, ktoré merajú alebo detegujú prítomnosť objektov

• Robia to pomocou vysielania a prijímania ultrazvukových vĺn

  • Snímač vyšle krátky ultrazvukový impulz

  • Impulz narazí na prekážku a časť z energie sa odrazí k prijímaču

  • Prijímač vypočíta vzdialenosť na základe známej rýchlosti zvuku v tomto prostredí

• Deteguje objekty a meria vzdialenosť bezkontaktne

• Deteguje ich bez ohľadu na farbu,ľadnosť, povrchové vlastnosti(lesklosť)

• Meranie hladiny kvapalín v alebo sypkého materiálu v nádržiach

• Aplikácie

  • detekcia polohy

  • počítanie? objektu

  • meranie rozmeru

  • kontrola prítomnosti v náročných podmienkach

  • Zdravotníctvo

    • Špeciálne snímače, ktoré vytvárajú statický alebo dynamický obraz

    • Vyšetrenie plodu

    • Vyšetrenie srdca – echokardiografia

• Pena alebo nekonzistentné povrchy

  • Nedá sa na nich dobre použiť

• Prostredia

  • Rýchlosť zvuku v prostredí treba vedieť

Prevodníky

• súčasť meracieho člena

• mení jednu veličinu na inú – najčastejšie elektrickú

• umiestňuje sa medzi dve zariadenia na nadviazanie komunikácie

• delenie:

  1. prevodníky neelektrických veličín

  2. prevodníky elektrickej veličiny

     • analógovo číslicové – A/Č, A/D

     • číslicovo analógové – Č/A, D/A

  3. medzisystémové veličiny

     • elektrohydraulické

     • elektropneumatické

       • 1 – cievka

       • 2 – permanentný magnet

       • 3 – magnetický obvod

       • 4 – ladička

       • 5 – dýza

       • 6 – vlnovec

       • 7 – nulovacia pružina

         

       • vlnovec slúži na spätnú väzbu a linearizuje pohyb páky

analógovo číslicové – A/Č, A/D:

• meria spojitý signál na nespojitý elektrický signál

• podľa prevodu – priame / nepriame

• podľa princípu práce – so spätnou väzbou / bez spätnej väzby

• podľa činnosti prevodu:

  • s pílovitým priebehom napätia

  • s postupnou aproximáciou (s postupným priblížením)

  • s premenlivou frekvenciou elektrického kmitočtu

  • s dvojnásnobne pílovým priebehom (dual – slope)

  • sledovací prevodník

S pílovitým priebehom napätia

D/A prevodníky

• digitálny(číslicový) signál na analógový

• všetky D/A prevodníky majú rovnakú logickú štruktúru

• líšia sa len v dekódovacom obvode

• delenie podľa spôsobu prevodu:

  • štruktúra:

    • prevodníky s váhovou štruktúrou odporovej siete

      • 1 – 15

      • j ednotky, desiatky, stovky

        

    • prevodníky s priečkovou štruktúrou odporovej siete

  • v ýstup:

    • s napäťovým výstupom

    • s prúdovým výstupom

  • rôznych kódov

• Logická štruktúra ----------------------------------->

Hydraulické zosilňovače

• používajú sa vo výbušných prostrediach

• nenáročné na údržbu

• znesú veľké preťaženie

• Výkyvová dýza

  

• S dvoma dýzami

  

• riadiacim posúvačom

  

Elektrické zosilňovače

• Invertujúci

• N einvertujúci

• D erivačný

• Diferenčný zosilňovač

Z osilňovače

• Transformujú vstupný signál na výstupný s rovnakým charakterom, ale väčšou využiteľnou energiou

• Rozdelenie:

  • z hľadiska priebehu signálu v čase spojité / nespojité

  • funkcie v obvode:

    • operačné

    • výkonové

    • oddeľovacie

  • podľa fyzikálnej veličiny:

    • pneumatické

    • hydraulické

    • elektrického

  • podľa štatistických charakteristík:

    • lineárne

    • nelineárne

  • dynamických charakteristík:

    • NF

    • VF

    • Širokopásmové

Pneumatické zosilňovače

• Využívajú sa vo výbušnom prostredí

• Nenáročné na údržbu

• Znesú veľké preťaženie

• Relatívne malé rozmery

• Potrebujú externý zdroj vzduchu (kompresor)

Akčné členy

• Vykonáva zásah do regulačnej sústavy

• P – pohon

• RO – regulačný orgán

• Y_n – vstup látok a energie

• Y_r – opravná veličina

• Y – akčná veličina

Regulačné pohony

• Zariadenie, ktoré mení vstupný signál (tlak, napätie) na výstupný signál (prácu, výkon)

• Podľa princípu:

  1. mechanické

  2. pneumatické

  3. hydraulické

  4. elektrické

  5. elektricko – hydraulické

  6. elektricko – pneumatické

  7. stavebnicové konštrukcie

Pneumatické pohony

• Používajú sa vo výbušnom prostredí

• nenáročné na údržbu

• znesú veľké preťaženie

• P_v – vstupný tlak

• 1 – vstupná komora

• 2 – spodná komora

• 3 – gumotextilná? ???

• 4 – nulovacia pružina

• 5 – tiahlo

• 6 – páka

Hydraulické pohony

• Výbušné prostredie

• Nenáročné na údržbu

• Znesú veľké preťaženia

• Relatívne malé rozmery

• Rozdelenie:

  • pohyb priamočiary / rotačný

  • s tlmením / bez tlmenia

  • jednočinné / dvojčinné – podľa vstupov do valca

  • jednostranné / obojstranné – podľa vysúvania valca

• 1 – valec

• 2 – piest

• 3 – tlmenie

• 4 – tiahlo

• 5 – vstup

• priamočiary, jednostranný s tlmením, jednočinný

Elektrické pohony – motory

• Najčastejšie

• jednosmerné:

  • s cudzím budením

• striedavý:

  • jednofázový

  • dvojfázový

  • trojfázový

  • krokový

• synchrónne / asynchrónne

• A – univerzálny motor s oddeleným vinutím

• B – jednofázový asynchrónny

• C – trojfázový:

  • do trojuholníka

  • do hviezdy

Regulačné orgány

• Zabezpečujú zmenu množstva do technologického procesu

• elektrické:

  • spínač

  • stykač

  • kontakt

• pneumatické:

  • klapky

• hydraulické:

  • ventily – aj pneumatické

  • posúvače

Pneumatické regulačné orgány

Klapka

Q = f(α)

Hydraulické regulačné orgány

• Rýchlo sa otvárajúci:

• S lineárnou charakteristikou:

  

• S logaritmickou charakteristikou:

• S = prietoková plocha

• Q = f(Z)

  

• S = f(x)

• hydraulický s posúvačom

  

Regulátory

• Regulátor:

  • zariadenie , ktoré v regulačnom obvode udržuje regulovanú veličinu na požadovanej hodnote

  • skladá sa z:

    • RČ (riadiaceho člena)

    • PoČ (porovnávacieho člena)

    • ÚČ (ústredného člena)

  • rozdelenie:

    • Podľa energie:

      • priame

        • energiu na svoju činnosť získavajú zo sústavy

        • napr – splachovacia nádrž

      • nepriame

        • energiu na svoju činnosť musíme dodať

    • Podľa druhu energie (konštrukčného prevedenia):

      • mechanické

      • elektrické

      • pneumatické

      • hydraulické

    • Podľa časovej spojitosti časového signálu

      • spojité (výstupný signál sa mení plynulo)

      • nespojité (výstupný signál sa mení skokom)

Spojité regulátory

• Jednoduché (základné):

  • P – proporcionálny

  • I – integračný

  • D – derivačný

• Kombinované:

  • PD – proporcionálno – derivačný

  • PI – proporcionálno – integračný

  • PID – propocionálny – integračno – derivačný

• spätnoväzobné

• zložité stavebnicové konštrukcie

Proporcionálny regulátor

PP = (1 / K) * 100 [%]

K – zosilnenie

PP – proporcionalita regulátora

Ideálny: s oneskorením prvého rádu (reálny)

y(t) = k * (1 – e^(-t/T))

• y – akčná veličina

• e – regulačná odchýlka

• použitie P regulátora

  • Používa sa na reguláciu astatických sústav, kde sa vyznačuje vysokou presnosťou (malá regulačná odchýlka)

  • Nepoužíva sa pri regulácii statickej sústavy, lebo regulačná odchýlka sa zmenší len na úkor väčšieho zosilnenia

Integrátor

• Výstupný signál (regulátor je úmerný integrálu vstupu)

• používa sa na reguláciu statických sústav – tam sa vyznačuje vysokou presnosťou

• keď sa použije na reguláciu astatickej sústavy, zvýši jej astatickosť o jeden rád

• ideálna prechodová charakteristika

• 

• 

• č ím je časová integrála väčšia, tým je strmosť menšia

Derivačný regulátor

• Samostatne sa nikdy nepoužíva (Len v kombinácii s P, PI)

• skvalitňuje a urýchľuje reguláciu

• I deálny

• δ – Diracov impulz (odozva na jednotkový skok)

• 

• 

Kombinované spojité regulátory

Ideálny:

?

Nespojité regulátory

• Dvojpolohové nespojité regulátory

• Trojpolohové

• Viacpolohové

• Nespojité regulátory analogicky odvodené od základných spojitých regulátorov:

  • P – Proporčný

  • S – Sumačný

  • D – Diferenčný

• Kombinované:

  • PD

  • PS

  • PSD

• Zložité:

  • extremálne

  • číslicové korekčné členy

• Na rozdiel od spojitých regulátorov pracujú len v určitých časových okamihoch – čiže pracujú nespojito v čase

Dvojpolohový nespojitý regulátor

• Termostat

• Nastavený? Interval hodnôt:

  • najnižšia – zapne sa

  • najvyššia – vypne sa

• akčná veličina nadobúda 2 hodnoty:

  • minimum – zapnuté

  • maximum – vypnuté

Nespojité regulátory analogicky odvodené od spojitých

Vlastnosti regulátora:

• určujú kvalitu regulácie

• pri voľbe regulátora treba prihliadať na prenosové vlastnosti

• cieľom regulátora je, aby sa prenos riadenia v čo najširšom pásme blížil k ? a pomaly k 0

Nespojitý regulátor P

• proporcinálny (proporčný)

• algoritmus

• algoritmus regulácie: y_n = k₀ * e_n

• 

• pre astatické sústavy

• 

• 

• 

Nespojitý regulátor S

• sumačný

• odvodený od integračného(I)

• algoritmus regulátora:

  • {alebo iny slide tam ma i = 1}

  • T – perióda vzorkovania

  • t_s – časová sumačná konštanta

  • e_i – regulačná odchýlka

    • i – krok

• statické sústavy

• 

• 

• 

• 

Nespojitý regulátor D

• diferenčný

• odvodený od derivačného(D)

• algoritmus

  • : - tieto netreba vedieť

    • dvojbodová diskrétna aproximácia derivácie

      • 

      • 

      • 

      • 

    • - štvorbodová stredná diferencia

      • 

      • 

      • 

      • 

• P SD

Príklady na regulátory

Spojité

• Porovnajte 2 regulátory typu P(e = 1 [ideálne]), ak:

  • 1. regulátor má zosilnenie 5 ( k = 5)

  • 2. regulátor má zosilnenie 8 (k = 8)

  • 

  • 1.

  • 2.

• Porovnajte prechodové charakteristiky spojitého P s oneskorením 1. rádu

  • 

  • e = 1,2

  • k = 5

  • 1.

    • T₁ = 2s

    • 

    • treba vypočítať 4, 8, 16, 32s

    • 

    • 

    • 

    • 

  • 2.

    • T₁ = 4s

    • 

    • treba vypočítať 8, 16, 32, 64s

    • 

    • 

    • 

    • 

  • Grafy by to ešte chcelo

• 

• Spojitý I

  • e=1

  • 1.

    • T_i1 = 2s

    • y(2) = 1

    • y(1) = ½

    • 

    • 

  • 2.

    • T_i2 = 4s

    • y(2) = ½

    • y(1) = ¼

    • 

    • 

  • Čím väčšia integračná konštanta, tým menšia strmosť?

• Porovnajte prechodovú charakteristiku O s oneskorením 1. rádu

  • e = 1,2

  • 

  • 1.

    • T_i = 2s

    • T₁ = 2s

    • 

  • 2.

    • T_i = 4s

    • T₂ = 4s

    • 

  • Graf by to chcelo

Nespojité

• Pre periódu vzorkovania T = 1s vypočítajte Y_n číslicového regulátora pre prvé 4 kroky

• a) Regulátor P, k₀ = 5s

  • 

• b) Regulátor S, T_s = 2s

  • 

• c) Regulátor D, T_D = 10s

  • Pre dvojbodovú diskrétnu aproximáciu derivácie

• d) Regulátor PSD, T_D = 10s

  • Pre štvorbodovú strednú diferenciu

• e) regulátor PSD, K₀ = 2, T_s = 4s, T_D = 6s

  • Pre dvojbodovú diskrétnu aproximáciu derivácie

  • 

  • y₀ = 8,25 y₁ = 2,5 y₂ = 2,75 y₃ = 3 y₄ = 3,25 y₅ = 3,5 y₆ = 3,75 y₇ = 4

• f) regulátor PSD K₀ = 2, T_s = 4s, T_D = 6s

  • Pre štvorbodovú strednú diferenciu

• Riešenie:

  • Pre jednotlivý skok regulačnej odchýlky na vstupe regulátora platí

    • e_i = 0 pre i < 0

    • e_i = 1 pre i = 0, 1, 2, 3, …

Regulačné obvody

• Prenosové vlastnosti regulačných sústav – podľa nich navrhujeme regulátor

• regulátor ovplyvňuje priebeh regulačného obvodu

• rozdelenie regulačných obvodov:

1. podľa energie na prestavenie regulačného orgánu

   1. priame – energia pochádza zo sústavy (splachovacia nádrž)

   2. nepriame – energia sa dodáva

2. podľa časovej spojitosti signálu

   1. spojité regulátory

   2. nespojité regulátory

3. podľa časového oneskorenia

   1. ideálne – bez oneskorenia RO

   2. s oneskorením – prvého / druhého / n-tého rádu

4. podľa počtu regulovaných veličín

   1. jednoduché regulačné obvody (1 veličina, 1 regulátor)

      1. regulačný obvod s reguláciou na konštantnú hodnotu w = h?

      2. Programovaná regulácia w = f(t)

      3. Vlečná regulácia (pomerová): w = f(X)

   2. rozvetvené RO

• majú jednu regulovanú veličinu a viac regulátorov

• sú tam vytvorené regulačné slučky, ktoré skvalitňujú a urýchľujú regulačný proces

1. Regulačné obvody s kaskádovou reguláciou

2. Regulácia s dopravným oneskorením

3. Regulačné obvody s pomocnou akčnou veličinou

4. Regulačné obvody s dopravným oneskorením

Jednoparametrové regulačné obvody

• Jedna regulovaná veličina a jeden regulátor

• S – Stavoznak s odporovým výtlačom

• R – Regulátor

• P – Pohon

• RS – regulovaná sústava

Programová regulácia

• PZ – programovacie zariadenie

• S – snímač teploty

Vlečná regulácia

Rozvetvené regulačné obvody

• r egulačné obvody s kaskádovou reguláciou

Regulačné obvody s kompenzáciou dopravného oneskorenia

Regulačné obvody s pomocnou akčnou veličinou

• Regulácia teplej prehriatej vody vo výmenníku kotla

• Pomocná akčná veličina sa zavádza, aby sa vylepšila stabilita regulačného obvodu a lepšie prebiehalo sledovanie riadiacej veličiny

• Z ohriatie vody na požadovanú veličinu

• Bloková schéma:

Mnohoparametrové regulačné obvody

• Viac regulovaných veličín a viac regulátorov

• Zložené najčastejšie z viacerých jednoduchých regulačných obvodov

• Musia spĺňať podmienku autonómnosti

• Dvojparametrová regulácia – valcovacia trať:

P riama regulácia

1. Nádrž

2. Vstupné potrubie

3. Regulačný ventil

4. Odtok

5. Plavák (snímač)

6. Ťahadlo plaváka

7. Páka

• RS – regulovaná sústava

• S – snímač

• RO – regulačný orgán

• x – regulovaná veličina

• y - akčná veličina

• z – poruchová veličina

• Yn – vstupná energia

• Yr – opravná energia

• Výhody:

  • Jednoduchosť

  • Spoľahlivosť

• Nevýhody:

  • Nie je vždy možné energiu potrebnú pri prestavení regulačného orgánu odobrať zo sústavy

Stabilita regulačných obvodov

• Regulačný obvod sa teoreticky môže nachádzať v troch stavoch:

  1. rovnovážny

     • taký stav, kde pri vzniku poruchy sa regulačný obvod vychýli z rovnovážneho stavu

     • po zániku poruchy sa vráti do rovnovážneho stavu

  2. hranica stability

     • taký stav, kde regulačný obvod bude kmitať konštantnými kmitmi s rovnakou amplitúdou medzi hornou a dolnou medzou stability

     • stačí veľmi malá chyba na to, aby z takéhoto obvodu vznikol nestabilný

  3. nestabilita

     • regulačný obvod prejde 1 alebo 2 h ranicou stability

Metódy určujúce stabilitu regulačného obvodu

1. Algebrická metóda (výpočtová)

• vychádza zo známeho metamatického modelu regulačného obvodu

• metódy stačí len ???

• Ljapunova teória stability

• Stodolovo kritérium stability

• Hurwiztovo kritérium stability

• Routh – Hurwitzovo kritérium stability

2. Funkčné metódy Vychádzajú z frekvenčného prenosu otvoreného regulačného obvodu

• Gypkinovo? kritérium stability

• Nyquistovo kritérium stability

• Heller – Venechovo? kritérium stability

• Michajlovo – Leonardovo kritérium stability

Kvalita regulačného obvodu

• určené presnosťou? regulácie dejmi, ktoré prebiehajú počas prechodového deja

  

• čím väčšie preregulovanie, tým by mala byť doba regulácie kratšia a kvalita regulačného obvodu väčšia

• T_max – čas dosiahnutia maximálneho p reregulovania

• E_max – maximálna regulačná odchýlka regulovanej veličiny od ustálenej hodnoty regulovanej veličiny

Logické riadenie

• patrí medzi nespojité riadenie

• pri tomto type riadenia akčná veličina nadobúde 2 hodnoty (0,1)

• možná realizácia:

  • PLA polia

  • voľne programovateľné matice (FPGA?)

  • základné logické členy

• základné pojmy:

  • kombinačné logické systémy:

    • stav výstupu závisí jednoznačne od okamžitých kombinácii vstupov

    • predchádzajúce kombinácie nemajú vplyv na nasledujúci stav

  • sekvenčné logické systémy:

    • stav výstupu závisí nielen od okamžitej kombinácie vstupov, ale aj postupnosti vstupov v predchádzajucom stave (postupnosť – sekvencia)

    • predchádzajúce kombinácie majú vplyv na nasledujúci stav

  • systém logického obvodu:

    • postup pri ktorom zo zadaného správania technologického systému a požiadaviek na jeho správanie navrhujeme konkrétny logický obvod realizujúci tieto požiadavky

  • analýza logického obvodu:

    • postup pri ktorom sa overuje, či konkrétny logický obvod pracuje podľa daných požiadaviek

Základné logické členy

• Logický súčet (OR)

  • Definícia:

    • Logická funkcia y nadobudne hodnotu logickej 1, keď nezávislá premenná a = 1 alebo b = 1 alebo a = 1 aj b = 1

    • Operácia zjednotenia (disjunkcie)

  • Logický zápis:

    • 

  • Algebraický zápis:

    • 

  • Pravdivostná tabuľka:

• Logický súčin (AND)

  • Definícia:

    • Logická funkcia y nadobudne hodnotu logickej 1, keď nezávislá premenná a = 1 a súčasne nezávislá premenná b = 1

• Operácia konjunkcie

• Logický zápis:

  • 

• Algebraický zápis:

  • 

• Pravdivostná tabuľka:

• K

• 

• Logická negácia (NOT)

  • Definícia:

    • Logická funkcia y nadobudne hodnotu logickej 1, keď nezávislá premenná a = 0

• Operácia negácie

• Logický zápis:

  • 

• Algebraický zápis:

  • 

• Pravdivostná tabuľka:

S	a	Y
0	0	1
1	1	0

• 

  

Návrh logického obvodu pomocou pevne programovateľného logického obvodu

• NOT, AND, OR

• NAND

• NOR

• PLA {nand a nor verzie dufam ze su spravne}

  

• NAND verzia

  • 

  • 

  • 

  • 

  • 

  • 

• NOR verzia

  • 

  • 

  • 

• t

• t

• t

• t

• t

• t

• t

• t