1. POJĘCIA PODSTAWOWE I RODZAJE UKŁADÓW AUTOMATYKI

Transkrypt

1 Podstawy automatyki / Józef Lisowski. Gdynia, 2015 Spis treści PRZEDMOWA 9 WSTĘP POJĘCIA PODSTAWOWE I RODZAJE UKŁADÓW AUTOMATYKI Automatyka, sterowanie i regulacja Obiekt regulacji i proces sterowania Układ otwarty i zamknięty Sygnały Elementy układów automatyki Podział układów ze względu na liniowość elementów Podział układów ze względu na rodzaj sygnałów Podział układów ze względu na zadanie Podział układów ze sztuczną inteligencją Pytania METODY OPISU UKŁADÓW AUTOMATYKI Równanie różniczkowe Zasada Hamiltona i równanie Lagrange'a Podstawowe elementy rzeczywistych układów automatyki Ogólne równanie różniczkowe Transmitancja Przekształcenie Laplace'a Transmitancja operatorowa Transmitancja widmowa Macierz transmitancji Równania stanu i wyjścia Postać ogólna Równania liniowe Charakterystyki czasowe Charakterystyka skokowa Charakterystyka impulsowa Charakterystyka prędkościowa Charakterystyka przyspieszeniowa Charakterystyki częstotliwościowe Charakterystyki - amplitudowa i fazowa Wykres Nyquista Wykres Bode'a Pytania 45

2 3. PODSTAWOWE ELEMENTY UKŁADÓW AUTOMATYKI Element bezinercyjny Przykłady elementów bezinercyjnych Element inercyjny Element inercyjny I rzędu Przykłady elementów inercyjnych I rzędu Element inercyjny II rzędu Przykłady elementów inercyjnych II rzędu Element różniczkujący Element różniczkujący idealny Przykłady elementów różniczkujących idealnych Element różniczkujący rzeczywisty Przykłady elementów różniczkujących rzeczywistych Element całkujący Element całkujący idealny Przykłady elementów całkujących idealnych Element całkujący rzeczywisty Przykłady elementów całkujących rzeczywistych Element oscylacyjny Przykłady elementów oscylacyjnych Element opóźniający Przykłady elementów opóźniających Pytania IDENTYFIKACJA OBIEKTÓW REGULACJI Identyfikacja czynna Identyfikacja bierna Charakterystyki skokowe typowych obiektów regulacji Obiekt statyczny Obiekt astatyczny Pytania SCHEMATY BLOKOWE UKŁADÓW AUTOMATYKI Układanie schematów Zasady przekształcania schematów Połączenie szeregowe Połączenie równoległe Połączenie ze sprzężeniem zwrotnym Połączenie mieszane Pytania WYMAGANIA DLA UKŁADÓW AUTOMATYKI Zapas stabilności Stabilność asymptotyczna 91

3 Kryterium Hurwitza Kryterium Nyquista Kryterium logarytmiczne Jakość regulacji Kryteria czasowe Wskaźnik jakości regulacji Kryteria całkowe Linie pierwiastkowe Uchyb ustalony Uchyb nadążania Uchyb zakłóceniowy Warunki dla zerowego uchybu ustalonego Pytania REGULACJA CIĄGŁA Rodzaje regulatorów Podział regulatorów ze względu na wykorzystanie energii pomocniczej Podział regulatorów ze względu na rodzaj nośnika energii Podział regulatorów ze względu na rodzaj sygnału wyjściowego Regulatory bezpośredniego działania Dobór typu regulatora do obiektu Regulator P Regulator I Regulator PI Regulator PD Regulator PID Struktury realizacyjne regulatorów PID Metody doboru nastaw regulatorów PID Metoda Zieglera-Nicholsa Metody tabelaryczne Metody symulacyjne Przykłady okrętowych regulatorów PID Pytania REGULACJA STANU OBIEKTU Opis stanu obiektu sterowania Schemat blokowy układu regulacji wykorzystującego zmienne stanu do sterowania Wyznaczanie współczynników regulatora stanu obiektu Pytania REGULACJA KOREKCYJNA Korekcja szeregowa Człon korekcyjny różniczkujący 141

4 Człon korekcyjny całkujący Człon korekcyjny różniczkująco-całkujący Dobór korektora szeregowego do obiektu Realizacja elektryczna członów korekcji szeregowej Korekcja równoległa Człon korekcyjny całkujący idealny Człon korekcyjny różniczkujący rzeczywisty Dobór korektora równoległego do obiektu Korekcja równoległa addytywna Korekcja ze sprzężeniem zwrotnym Człon korekcyjny inercyjny Człon korekcyjny różniczkujący rzeczywisty Człon korekcyjny różniczkujący rzeczywisty z inercją Dobór korektora w sprzężeniu zwrotnym do obiektu Pytania REGULACJA KASKADOWA Linearyzacja nieliniowej charakterystyki statycznej obiektu Kompensacja dynamiki części obiektu Kompensacja zakłóceń Układ zamknięto-otwarty Pytania REGULACJA WIELOWYMIAROWA Wielowymiarowy układ regulacji Wielowymiarowy obiekt regulacji Regulator wielowymiarowy Odsprzężenie układu regulacji Pytania REGULACJA CYFROWA Układ dyskretny Twierdzenie Kotielnikowa-Shannona Opis dyskretny obiektu ciągłego Przekształcenie z Transmitancja impulsowa Stabilność układu Bezpośrednie sterowanie cyfrowe Algorytm pozycyjny PID Algorytm przyrostowy PID Dobór parametrów regulatora metodą Takahashiego Sterowniki programowalne PLC Mikrokontrolery Pytania 190

5 13. REGULACJA NIELINIOWA Charakterystyki statyczne elementów nieliniowych Zastępcze charakterystyki statyczne podstawowych połączeń układów nieliniowych Stabilność układów nieliniowych I metoda Lapunowa II metoda Lapunowa Metody analizy układów nieliniowych Płaszczyzna fazowa Funkcja opisująca Kryterium stabilności Nyquista Regulacja przekaźnikowa Regulacja dwupołożeniowa Regulacja trójpołożeniowa Regulacja krokowa Przemysłowe regulatory przekaźnikowe Pytania REGULACJA EKSTREMALNA Struktury układów sterowania Metody szukania ekstremum Przebieg procesu regulacji Pytania STEROWANIE OPTYMALNE Rodzaje zadań i metod optymalizacji Optymalizacja statyczna Metody deterministyczne Metody stochastyczne Optymalizacja dynamiczna Optymalizacja wielokryterialna Optymalizacja wielokryterialna statyczna Optymalizacja wielokryterialna dynamiczna Pytania STEROWANIE ADAPTACYJNE Układ z przestrajaniem wzmocnienia Układ z modelem odniesienia Regulator samonastrajalny Okrętowe regulatory adaptacyjne Pytania STEROWANIE ROZGRYWAJĄCE Klasyfikacja gier Gra różniczkowa procesu sterowania obiektami 319

6 17.3. Rozgrywające sterowanie statkiem Rodzaje sterowania ruchem statku Gra dynamiczna Gra pozycyjna Gra macierzowa Wrażliwość sterowania rozgrywającego Pytania METODY SZTUCZNEJ INTELIGENCJI W AUTOMATYCE Systemy ekspertowe Sterowanie rozmyte Sztuczne sieci neuronowe Algorytmy ewolucyjne Pytania AUTOMATYZACJA PROCESÓW STEROWANIA STATKIEM Regulacja kursu Stabilizacja trajektorii Sterowanie prędkością Sterowanie precyzyjne Dynamiczne pozycjonowanie Kompensacja przechyłów Sterowanie bezpieczne Optymalizacja drogi Pytania 453 LITERATURA 455 oprac. BPK