WSTĘP

Większość studentów odrabiających laboratorium automatyki uczestniczy w prowadzonych równolegle wykładach, związanych z podstawami automatyki. W związku z tym zwłaszcza w pierwszych tygodniach mogą wystąpić trudności, wynikające z konieczności szybkiego przyswojenia terminologii tzw. pojęć podstawowych. Wydaje się więc celowe wyjaśnienie niektórych ważniejszych określeń i definicji.

Sygnał - umowna cecha określonej wielkości fizycznej zawierająca informację.

Linia łącząca - łącze zapewniające przekazywanie informacji bez zniekształceń.

Człon - element o jednym sygnale wejściowym i jednym wyjściowym, przetwarzający informacje (mnożenie przez stałą, różniczkowanie, całkowanie)

Wielkość regulowana (y) - cecha fizyczna obiektu, charakteryzująca stan obiektu i przyjęta jako regulowany parametr, np. prędkość obrotowa wału silnika, temperatura pomieszczenia, ciśnienie pary w walczaku itp.

Wartość zadana (y_z) - sygnał reprezentujący pożądaną w danej chwili wartość wielkości regulowanej (sterowanej).

Odchyłka (błąd, uchyb) regulacji - różnica między wartością zadaną, a zmierzoną wartością wielkości regulowanej (e = y_z - y).

Przekształcenie Laplace'a - przekształcenie całkowe, polegające na przyporządkowaniu funkcji zmiennej czasowej f(t), nazywanej oryginałem, funkcji zmiennej zespolonej F(s), nazywanej transformatą.

(1)

lub

(2)

gdzie: s - zmienna zespolona,

Transmitancja operatorowa - stosunek transformaty sygnału wyjściowego do transformaty sygnału wejściowego, przy zerowych warunkach początkowych (rysunek 1)

x(t) y(t)

Rys.1.Sposób przedstawiania obiektu na schematach:

x(t) - sygnał wejściowy, y(t) - sygnał wyjściowy

(3)

gdzie:
- transformata Laplace'a sygnału wyjściowego członu (obiektu),

- transformata Laplace'a sygnału wejściowego członu (obiektu).

Właściwości obiektu - wiążą się ze sposobem przetwarzania sygnałów wejściowych na wyjściowe, przy czym istotne są warunki przetwarzania, które mogą odpowiadać bądź stanom statycznym w obiekcie, bądź dynamicznym.

Przez statyczne warunki przetwarzania rozumie się przetwarzanie w stanach ustalonych, w których zarówno sygnały wejściowe, jak i wyjściowe mają ustalone wartości, a ich pochodne przyjmują wartości zerowe.

Związki między sygnałami wejściowymi a wyjściowymi w warunkach statycznego przetwarzania określają właściwości statyczne obiektu, np.:

(obiekt liniowy) (4)

(obiekt nieliniowy) (5)

Związki między sygnałami wejściowymi a wyjściowymi obiektu w warunkach nieustalonych określają jego właściwości dynamiczne, które mogą być opisane za pomocą czasowych równań różniczkowych. Dla obiektów liniowych przyjęto opisywać te związki za pomocą równań różniczkowych liniowych o stałych współczynnikach.

Jeśli założy się, że badany obiekt ma tylko jeden sygnał wejściowy i jeden wyjściowy, to równanie różniczkowe jest postaci:

(6)

W statycznych warunkach przetwarzania równanie (6) sprowadza się do równania (4).

Stosując transformatę Laplace'a, z równania (6) dla zerowych warunków początkowych, uzyskuje się transmitancję operatorową obiektu

(7)

Dla obiektów realizowalnych fizycznie musi być spełniony warunek n≥m.

Współczynniki równań (6) i (7) mają wartości stałe, które są nazywane

- stałe czasowe,

-współczynniki wzmocnienia.

Odpowiedź (charakterystyka ) skokowa jest to, przedstawiony w czasie, przebieg zmian sygnału wyjściowego obiektu (układu) pod wpływem wymuszenia skokowego. Wiąże się z tym pojęciem tzw. metoda skokowa, stosowana powszechnie w eksperymentalnym badaniu właściwości dynamicznych obiektów (elementów, układów). Uzyskana w wyniku eksperymentu odpowiedź skokowa umożliwia kwalifikowanie badanego obiektu (elementu, układu) do odpowiedniej klasy obiektu oraz może być podstawą do wyznaczania transmitancji operatorowej obiektu (elementu, układu).

Układ regulacji. Podstawowym systemem rozpatrywanym w laboratorium automatyki jest układ regulacji. Może on być przedstawiony w postaci tzw. schematu blokowego (rysunek 2).

Rys.2.Schemat blokowy układu automatycznej regulacji (UAR):

y - wielkość regulowana, y_m. - wielkość mierzona (sygnał informujący

o wielkości regulowanej), y_z - wielkość zadana, w - sygnał wiodący,

e - odchyłka regulacji (e = y_z - y_m.), u -wielkość regulująca,

r - wymuszenie regulujące, z - wielkości zakłócające

Na rysunku 2 podano nazwy elementów i sygnałów układu regulacji. W układzie tym można wyróżnić trzy zespoły:

1. przejmujący informację (zespół pomiarowy),

2. przetwarzający informację, czyli tzw. część centralna układu regulacji, do której należą: zadajnik, sumator i regulator,

3. wykonawczy zawierający siłownik i nastawnik.

Elementy układu regulacji są powiązane liniami łączy , których zadaniem jest przesyłanie sygnałów (informacji) między elementami.

OBIEKT