Podstawy automatyki. Energetyka Sem. V Wykład 1. Sem /17 Hossein Ghaemi

Transkrypt

1 Podstawy automatyki Energetyka Sem. V Wykład 1 Sem /17 Hossein Ghaemi

2 Hossein Ghaemi Katedra Automatyki i Energetyki Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa Politechnika Gdańska pok. 222A WOiO Tel.: ghaemi <at> pg.gda.pl Konsultacje: wtorki i piątki

3 Tematyczny zakres przedmiotu 1. POJĘCIA PODSTAWOWE Sprzężenie zwrotne podstawowy mechanizm sterowania, techniczne problemy projektowania układów sterowania. 2. KLASYFIKACJA UKŁADÓW STEROWANIA Układy sterowania liniowe i nieliniowe, układy sterowania o parametrach skupionych i rozłożonych, układy sterowania stacjonarne i niestacjonarne, układy sterowania jednowymiarowe i wielowymiarowe, układy sterowania o działaniu ciągłym i dyskretnym, układy sterowania optymalne, układy sterowania adaptacyjne, układy sterowania ekstremalne. 3. ELEMENTY UKŁADÓW AUTOMATYKI Równanie podstawowych elementów liniowych, elementy powodujące straty energii, elementy magazynujące energię potencjalną, elementy magazynujące energię kinetyczną, wprowadzenie równań układów dynamicznych, równanie Lagrange a, linearyzacja. 4. FUNKCJA PRZEJŚCIA Rodzaje modeli matematycznych równanie różniczkowe, transformacja Laplace a, transmitancja, rozwiązanie równań różniczkowych, odpowiedzi czasowe, charakterystyki skokowe i impulsowe. 5. SCHEMATY BLOKOWE Związek pomiędzy schematem blokowym a równaniem różniczkowym, związek pomiędzy równaniem różniczkowym a transmitancją, związek pomiędzy schematem blokowym a transmitancją, połączenie równoległe, połączenie szeregowe, połączenie ze sprzężeniem zwrotnym, algebra schematów blokowych. 6. ANALIZA UKŁADÓW STEROWANIA W PRZESTRZENI STANU Przestrzeń stanu, stan otoczenia, rozwiązanie liniowego równania różniczkowego, model stacjonarny, model niestacjonarny, zastosowanie transformacji Laplace a do rozwiązania równań stanu i obserwacji, macierz transmitancji układu sterowania w metodzie przestrzeni stanu.

4 Tematyczny zakres przedmiotu, c.d. 7. METODA CZĘSTOTLIWOŚCIOWA OPISU I ANALIZY UKŁADÓW STEROWANIA Transmitancja widmowa, charakterystyki A-F Nyquist a, logarytmyczne charakterystyki Bodego, pasmo przenoszenia. 8. STABILNOŚĆ UKŁADÓW STEROWANIA Definicje i pojęcia, stabilność w sensie Lapunov a, kryterium stabilności Hurwitza, kryterium stabilności Nyquista, zapas amplitudy, zapas fazy. 9. REGULATORY Rodzaje działania regulatorów, struktura regulatorów, zastosowanie sprzężenia zwrotnego w kształtowaniu charakterystyki regulatora, kształtowanie charakterystyki regulatora w układzie równoległym, kształtowanie charakterystyki regulatora w czujniku lub wzmacniaczu, dobór regulatora ze względu na warunek stabilności układu sterowania. 10. WSKAŹNIKI JAKOŚCI STEROWANIA Uchyb ustalony, proces przejściowy, Kryteria całkowe, kryterium całki kwadratu uchybu, kryterium całki ważonego kwadratu uchybu, Kryterium całki wartości bezwzględnej uchybu, kryterium całki ważonej wartości bezwzględnej uchybu, metoda Zieglera-Nicholsa doboru nastawień regulatora. 11. DYSKRETNE UKŁADY STEROWANIA I WSTĘP DO AUTOMATYKI CYFROWEJ Transformacja z, transformacja z sygnału wyjściowego układu sterowania, odwrotna transformacja z, analiza stabilności na płaszczyźnie z, przetwornik analogowo-cyfrowy, przetwornik cyfrowo-analogowy.

5 Literatura 1. Bubnicki Z., Teoria i algorytmy sterowania, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, Domachowski Z., Automatyka i robotyka podstawy, Wydawnictwo PG, Gdańsk, Friedland B., Control System Design, McGraw Hill Co., Kaczorek T., Teoria sterowania i systemów, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, Nise N. S., Control System Engineering, 7th Edition, John Whiley & Sons Inc., Ogata K., Modern Control Engineering, 4th edition, Prentice Hall, Perycz S., Podstawy automatyki, skrypt dla Instytutu Okrętowego PG, Gdańsk, Próchnicki W., Dzida M., Zbiór zadań z podstaw automatyki, skrypt dla studentów Wydziału Oceanotechniki i Okrętownictwa PG, Gdańsk, Raven, F. H., Automatic control engineering, McGraw Hill Co., 1986.

6 Zasady zaliczenia Ocena składa się z punktów zdobytych z lab. (30 pkt., min. 15), ćw. (35 pkt., min. 17), egzaminu (35 pkt.) oraz obecności (5 pkt.), Maks. punktów to 105, z czego wymagane jest min. 56 pkt., Studenci, którzy uzyskali ww. minimum 56 pkt. mogą przystąpić do egzaminu ustnego i odpowiadając na 3 pytania podwyższyć swą ocenę maks. o jeden punkt w skali 1 do 5.

7 Karta Przedmiotu Link (moja.pg) Katalog ECTS PG

8 Terminy Egzamin: Sesja podstawowa: r., Audytorium Sipowicza (WOiO), godz Sesja poprawkowa: r., Sala 213 (WOiO), godz Egzamin ustny: r., pok. 222A (WOiO)

9 Układy otwarte

10 Regulacja automatyczna?

11 Sprzężenie zwrotne w naturze - źrenice

12 Sprzężenie zwrotne w naturze - cukier

13 Sprzężenie zwrotne w technice Regulacja prędkości kątowej silnika elektrycznego Regulacja kursu i trajektorii

14 Sprzężenie zwrotne krótka historia 1788 James Watt 1868 James C. Maxwell Harold Hazen (serwomechanizm)

15 Sprzężenie zwrotne w układzie sterowania Zakłócenia Energia zew. Wielkość (syg.) zadana + _ Uchyb regulacji Regulator Wielkość (syg.) regulowana Mierzona wartość syg. regulowanego (np. syg. elektryczny) Energia zew.

16 Sprzężenie zwrotne w układzie sterowania c.d. Wielkość (syg.) regulowana

17 Zamknięty układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym? 1. Procesy nie są dokładnie znane 2. Nie zawsze można dokładnie określić wartość syg. wej. - niepewność 3. Brak możliwości wprowadzenia syg. wej.w sposób dokładny

18 Uchyb regulacji

19 Możliwości układu sterowania Wzmocnienie energetyczne Zdalne sterowanie Oddziaływanie na wej. Kompensacja zakłóceń Działanie w środowisku niebezpiecznym Działanie w środowisku niedostępnym Działanie w środowiskach małej skali

20 Robotyka Dziedzina nauki i techniki zajmująca się problemami mechaniki, sterowania, projektowania, pomiarów, zastosowań oraz eksploatacji manipulatorów i robotów to robotyka. Robot Sztuczna inteligencja Manipulatory Roboty przemysłowe Roboty dwunożne

21 Etapy projektowania układu sterowania 1. Modelowanie oraz identyfikacja i weryfikacja modelu obiektu 2. Symulacja obiektu Symulacja obiektu 3. Struktura układu sterowania 4. Typ i struktura regulatora 5. Elementy pomiarowe (czujniki, przetworniki, interfejsy komunikacyjne) 6. Element wykonawczy 7. Symulacja działania układu sterowania 8. Prototypowanie