e

u

max

-h

h

Ts

e

s

G

s

τ

−

=

)

(

r

y(t)

u(t)

+

-

h

u

min

System sterowania wielkościami ciągłymi:
Steruje wielkościami ciągłymi w czasie, algorytm
sterowania jest budowany w oparciu o model obiektu.
Typowe wielkości fizyczne podlegające sterowaniu:

•

Temperatura: wody w instalacji CO, w
piecu, w klimatyzowanym pomieszczeniu,

•

Prędkość i moment obrotowy silnika
( spalinowy lub elektryczny)

•

Ciśnienie gazu w zbiorniku,

•

Natężenie przepływu medium w rurociągu

System sterowania logicznego:
Wszystkie sygnały w układzie są typu logicznego(„0” i
„1” logiczne), algorytm sterowania jest konstruowany
w oparciu o algebrę Boole’a i teorię automatów.
Przykłady:

•

Układ sterowania otwieraniem i
zamykaniem bramy,

•

Układ sterowania windy osobowej,

Sterowanie sekwencyjne:
Sterowanie o największej złożoności. Często zawiera
w sobie układy sterowania logicznego i ciągłego.
Stosowany gdy proces daje się podzielić na: etapy i
działania wykonywane podczas ich trwania oraz są
możliwe do zdefiniowania warunki logiczne na
zakończenie etapu i rozpoczęcie następnego.
Typowe przykłady procesów sekwencyjnych:

•

Linia pakowania wyrobów,

•

Pralka automatyczna,

•

Linia montażowa.

Sterowanie w układzie otwartym:
Element sterujący nie otrzymuje żadnej informacji o
tym, czy sterowanie przynosi oczekiwany efekt. Zalety:
- prostota budowy, - niski koszt,
Wady: Brak odporności na oddziaływanie zakłóceń.

Sterowanie w układzie zamkniętym:

Dzięki obecności sprzężenia zwrotnego element
sterujący ( sterownik) otrzymuje informacje o
rezultatach sterowania i może tak zmieniać sygnał
sterujący, aby osiągnąć zamierzony efekt.

Z

Z

a

a

s

s

a

a

d

d

a

a

d

d

z

z

i

i

a

a

ł

ł

a

a

n

n

i

i

a

a

z

z

a

a

m

m

k

k

n

n

i

i

ę

ę

t

t

e

e

g

g

o

o

u

u

k

k

ł

ł

a

a

d

d

u

u

r

r

e

e

g

g

u

u

l

l

a

a

c

c

j

j

i

i

:

:

R

R

e

e

g

g

u

u

l

l

a

a

t

t

o

o

r

r

m

m

u

u

s

s

i

i

p

p

o

o

d

d

a

a

w

w

a

a

ć

ć

t

t

a

a

k

k

i

i

s

s

y

y

g

g

n

n

a

a

ł

ł

s

s

t

t

e

e

r

r

u

u

j

j

ą

ą

c

c

y

y

n

n

a

a

o

o

b

b

i

i

e

e

k

k

t

t

r

r

e

e

g

g

u

u

l

l

a

a

c

c

j

j

i

i

,

,

a

a

b

b

y

y

w

w

y

y

j

j

ś

ś

c

c

i

i

e

e

u

u

k

k

ł

ł

a

a

d

d

u

u

m

m

i

i

a

a

ł

ł

o

o

t

t

a

a

k

k

ą

ą

s

s

a

a

m

m

ą

ą

w

w

a

a

r

r

t

t

o

o

ś

ś

ć

ć

,

,

j

j

a

a

k

k

w

w

a

a

r

r

t

t

o

o

ś

ś

ć

ć

z

z

a

a

d

d

a

a

n

n

a

a

,

,

n

n

i

i

e

e

z

z

a

a

l

l

e

e

ż

ż

n

n

i

i

e

e

o

o

d

d

z

z

a

a

k

k

ł

ł

ó

ó

c

c

e

e

ń

ń

w

w

y

y

s

s

t

t

ę

ę

p

p

u

u

j

j

ą

ą

c

c

y

y

c

c

h

h

w

w

u

u

k

k

ł

ł

a

a

d

d

z

z

i

i

e

e

(

(

w

w

p

p

r

r

z

z

y

y

p

p

a

a

d

d

k

k

u

u

u

u

k

k

ł

ł

a

a

d

d

u

u

s

s

t

t

e

e

r

r

o

o

w

w

a

a

n

n

i

i

a

a

w

w

i

i

e

e

l

l

k

k

o

o

ś

ś

c

c

i

i

ą

ą

c

c

i

i

ą

ą

g

g

ł

ł

ą

ą

j

j

e

e

s

s

t

t

t

t

o

o

r

r

ó

ó

w

w

n

n

o

o

w

w

a

a

ż

ż

n

n

e

e

w

w

a

a

r

r

u

u

n

n

k

k

o

o

w

w

i

i

,

,

ż

ż

e

e

u

u

c

c

h

h

y

y

b

b

r

r

e

e

g

g

u

u

l

l

a

a

c

c

j

j

i

i

m

m

u

u

s

s

i

i

b

b

y

y

ć

ć

r

r

ó

ó

w

w

n

n

y

y

z

z

e

e

r

r

o

o

)

)

Zaletą jest duża dokładność działania układu.
Wady: •Skomplikowana budowa, •Wyższy koszt

Zamknięty układ sterowania rzeczywistego procesu
przemysłowego i funkcje jego elementów:

Czujnik pomiarowy:
Zamiana sygnału wielkości regulowanej mierzonej na
inną postać, łatwiejszą do dalszej

obróbki ( najczęściej

zamiana wielkości nieelektrycznej na elektryczną).

Np.

wyłączniki termiczne, czujnik obecności elementu

(binarne) lub termopary, sensory ciśnienia (ciągłe)
Przetwornik pomiarowy:
•Wzmocnienie sygnału z czujnika pomiarowego,

•Stworzenie warunków do unifikacji aparatury w
zakresie dopasowania wejść i wyjść.
Przetwornik międzysystemowy:
•Zamiana jednego sygnału znormalizowanego na inny.
Jest stosowany w sytuacjach, gdy w obrębie jednego
układu regulacji łączymy urządzenia różnych
systemów ( np. ciśnieniowe i elektryczne ).
Funkcje regulatora (sterownika):
Funkcja podstawowa:
•realizacja określonego algorytmu regulacyjnego.
Funkcje dodatkowe:
•Monitorowanie przebiegu procesu,
•Realizacja sterowania ręcznego,
•Sygnalizacja przekroczenia wartości alarmowych
przez zmienne procesowe,
•Komunikacja z innymi elementami systemu ( np.
nadrzędnym komputerem ).
Urządzenia wykonawcze:
Siłownik (pneumatyczny, hydrauliczny, elektryczny):
Zwiększenie mocy sygnału sterującego, aby był on w
stanie oddziaływać na proces.
Element nastawczy ( zawór, zasuwa, dozownik, palnik,
itp.): bezpośrednio oddziałuje na proces

Odpowiedź skokowa dużej klasy rzeczywistych
obiektów regulacji ma postać y(t). Może być
aproksymowana modelem o odpowiedzi skokowej ym
(t)

Transmitancja zastępcza:


gdzie: k – wzmocnienie statyczne obiektu,

τ

- zastępczy czas opóźnienia ( czas martwy) obiektu,

T – zastępcza stała czasowa obiektu
Stosunek

τ

/t - miara trudności regulacji procesu. Im ten

stosunek jest większy,

tym regulacja jest trudniejsza.

Układ regulacji II położeniowej:

•

Jest to układ regulacji prosty i tani w
realizacji,

•

Jakość regulacji jest niska ze względu na
oscylacje wielkości regulowanej

Układ regulacji II położeniowej ze statycznym
obiektem regulacji (np. piec)

•

Jako regulator można stosować
przekaźnik o charakterystyce
asymetrycznej.

Przebiegi czasowe w układzie:

-W układzie występują oscylacje wielkości
regulowanej i nie da się ich uniknąć.
-Zwiększenie amplitudy oscylacji powoduje
zmniejszenie częstotliwości przełączeń,
-Zwiększenie częstotliwości przełączeń powoduje
zmniejszenie amplitudy oscylacji,
-Rozszerzenie szerokości histerezy h powoduje
zwiększenie amplitudy oscylacji,
-Im większa wartość czasu martwego obiektu

τ

, tym

większa amplituda oscylacji w układzie,
-Im większa wartość stałej czasowej obiektu T, tym
mniejsza częstotliwość przełączeń.

Układ regulacji II położeniowej z astatycznym
obiektem regulacji (np. piec)

•

Jako regulator należy zastosować
przekaźnik z symetryczną
charakterystyką( umin = - umax

•

Wartość średnia wielkości regulowanej
nie zależy od poziomu wartości zadanej.

Regulator PID w wersji ci

ą

głej

Nastawy regulatora:
kr – wzmocnienie,
Ti - czas całkowania ( zdwojenia)
TD – czas ró

ż

niczkowania.

Cel stosowania poszczególnych cz

ęś

ci regulatora:

•Cz

ęść

proporcjonalna (P):

Generuje sygnał steruj

ą

cy proporcjonalny do

wielko

ś

ci uchybu ( czyli ró

ż

nicy pomi

ę

dzy

wielko

ś

ci

ą

regulowan

ą

i zadan

ą

). Jej miar

ą

jest

wzmocnienie k. Zwi

ę

kszenie wzmocnienia

prowadzi do pogorszenia jako

ś

ci regulacji i utraty

stabilno

ś

ci układu.

•Cz

ęść

całkuj

ą

ca (I):

Zapami

ę

tuje „histori

ę

” sterowania ( całkuje uchyb)

co powoduje eliminacj

ę

uchybu ustalonego w

układzie. Miar

ą

jej oddziaływania jest czas

całkowania Ti ( UWAGA: im wi

ę

kszy, tym

całkowanie słabsze!). Całkowanie spowalnia
działanie układu i pogarsza stabilno

ść

.

Cz

ęść

ró

ż

niczkuj

ą

ca (D):

Reaguje na zmiany warto

ś

ci uchybu ( ró

ż

niczkuje

uchyb). Miar

ą

jej oddziaływania jest czas

ró

ż

niczkowania TD . Dzi

ę

ki temu przyspiesza

działanie układu regulacji oraz poprawia
stabilno

ść

.

Regulator PID w wersji dyskretnej:
Tak jak wy

ż

ej ale nale

ż

y zało

ż

y

ć

:

-Okres próbkowania jest równy Tp,
-Dyskretne chwile czasu s

ą

oznaczane przez 1,

2, …, n-1, n, n+1, ….
- Warto

ś

ci sterowania i uchybu w dyskretnych

chwilach czasu oznaczamy przez u

n

oraz e

n

.

-Pochodn

ą

zast

ę

pujemy ilorazem ró

ż

nicowym,

-Całk

ę

zast

ę

pujemy w najprostszym wypadku

sum

ą

.

u(t)=1

cz

y(t

k

y(t)

y

m

(t

)

T

ττττ

u

y

k

ust

=

e

u

ma

-h

h

r

y(t)

u(t)

+

-

h

u

min

0

50

10
0

15
0

20
0

25
0

30
0

0

0.
5

1

1.
5

2

2.
5

3

3.
5

4

0

5
0

10
0

15
0

20
0

25
0

30
0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1
0

2h

r

ττττ

ττττ

ττττ

ττττ

ττττ

ττττ

0

5
0

10
0

15
0

20
0

25
0

30
0

-
6

-
4

-
2

0

2

4

6

r

1

)

(

+

=

−

Ts

ke

s

G

s

τ

1

)

(

+

=

−

Ts

ke

s

G

s

τ