PAiTM. materiały uzupełniające do ćwiczeń Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych studia inżynierskie prowadzący: mgr inż.

Podobne dokumenty
PODSTAWY AUTOMATYKI ĆWICZENIA

PODSTAWY AUTOMATYKI 1 ĆWICZENIA

2. Wyznaczyć K(s)=? 3. Parametry układu przedstawionego na rysunku są następujące: Obiekt opisany równaniem: y = x(

Politechnika Warszawska Instytut Automatyki i Robotyki. Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny PODSTAWY AUTOMATYKI

Statyczne charakterystyki czujników

1. Funkcje zespolone zmiennej rzeczywistej. 2. Funkcje zespolone zmiennej zespolonej

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Automatyka i robotyka ETP2005L. Laboratorium semestr zimowy

Transmitancje układów ciągłych

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ SAMOCHODÓW I MASZYN ROBOCZYCH Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE UKŁADÓW DYNAMICZNYCH

Metody systemowe i decyzyjne w informatyce

Sposoby modelowania układów dynamicznych. Pytania

Transmitancja widmowa bieguna

Podstawy Automatyki. Wykład 3 - charakterystyki częstotliwościowe, podstawowe człony dynamiczne. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

1 Przekształcenie Laplace a

Stabilność liniowych układów dyskretnych

Podstawy Automatyki. Wykład 3 - charakterystyki częstotliwościowe, podstawowe człony dynamiczne. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

PAiTM. materiały uzupełniające do ćwiczeń Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych studia inżynierskie prowadzący: mgr inż.

Podstawy Automatyki. Wykład 3 - Charakterystyki częstotliwościowe, podstawowe człony dynamiczne. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

Teoria sterowania - studia niestacjonarne AiR 2 stopień

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Technika regulacji automatycznej

Podstawy Automatyki. Wykład 3 - charakterystyki częstotliwościowe, podstawowe człony dynamiczne. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

POLITECHNIKA KRAKOWSKA Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza

PODSTAWY AUTOMATYKI 1 ĆWICZENIA

Systemy. Krzysztof Patan

Katedra Automatyzacji Laboratorium Podstaw Automatyzacji Produkcji Laboratorium Podstaw Automatyzacji

= oraz = ; Przykładowe zadania EGZAMINACYJNE z przedmiotu PODSTAWY AUTOMATYKI. Transmitancja operatorowa

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

Sterowanie Serwonapędów Maszyn i Robotów

INSTYTUT ENERGOELEKTRYKI POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ Raport serii SPRAWOZDANIA Nr LABORATORIUM TEORII I TEHCNIKI STEROWANIA INSTRUKCJA LABORATORYJNA

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - matematyczne modelowanie układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

PODSTAWY AUTOMATYKI 2 ĆWICZENIA

Podstawowe człony dynamiczne. dr hab. inż. Krzysztof Patan

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Podstawowe człony dynamiczne

przy warunkach początkowych: 0 = 0, 0 = 0

Ćwiczenie nr 6 Charakterystyki częstotliwościowe

Procedura modelowania matematycznego

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Filtry aktywne czasu ciągłego i dyskretnego

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - podstawy matematyczne. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Podstawy Automatyki. Karol Cupiał

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - modelowanie matematyczne układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - modelowanie matematyczne układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

ELEMENTY AUTOMATYKI PRACA W PROGRAMIE SIMULINK 2013

Temat ćwiczenia: Wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych podstawowych członów dynamicznych realizowanych za pomocą wzmacniacza operacyjnego

Układ uśrednionych równań przetwornicy

Kompensacja wyprzedzająca i opóźniająca fazę. dr hab. inż. Krzysztof Patan, prof. PWSZ

Część 1. Transmitancje i stabilność

ĆWICZENIE 6 Transmitancje operatorowe, charakterystyki częstotliwościowe układów aktywnych pierwszego, drugiego i wyższych rzędów

Technika regulacji automatycznej

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI I INFORMATYKI INSTYTUT AUTOMATYKI I INFORMATYKI KIERUNEK AUTOMATYKA I ROBOTYKA STUDIA STACJONARNE I STOPNIA

Ćwiczenie - 1 OBSŁUGA GENERATORA I OSCYLOSKOPU. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI AMPLITUDOWEJ I FAZOWEJ NA PRZYKŁADZIE FILTRU RC.

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Języki Modelowania i Symulacji 2018 Podstawy Automatyki Wykład 4

Ćwiczenie nr 1 Odpowiedzi czasowe układów dynamicznych

Filtry aktywne czasu ciągłego i dyskretnego

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie. Sterowanie ciągłe. Teoria sterowania układów jednowymiarowych

RUCH FALOWY. Ruch falowy to zaburzenie przemieszczające się w przestrzeni i zmieniające się w

Laboratorium nr 3. Projektowanie układów automatyki z wykorzystaniem Matlaba i Simulinka

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Przekształcenie Laplace a. Definicja i własności, transformaty podstawowych sygnałów

W celu obliczenia charakterystyki częstotliwościowej zastosujemy wzór 1. charakterystyka amplitudowa 0,

Przeksztacenie Laplace a. Krzysztof Patan

PODSTAWY AUTOMATYKI. Analiza w dziedzinie czasu i częstotliwości dla elementarnych obiektów automatyki.

1. POJĘCIA PODSTAWOWE I RODZAJE UKŁADÓW AUTOMATYKI

SKRYPT STRONY LITERATURA STRONY: 48, 63

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WI-ET / IIT / ZTT. Instrukcja do zajęc laboratoryjnych nr 6 AUTOMATYKA

5. Ogólne zasady projektowania układów regulacji

interaktywny pakiet przeznaczony do modelowania, symulacji, analizy dynamicznych układów ciągłych, dyskretnych, dyskretno-ciągłych w czasie

ĆWICZENIE 1 CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE DIOD P-N

Automatyka i robotyka

Podstawy Automatyki. Wykład 7 - obiekty regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOLOGII

Inżynieria Systemów Dynamicznych (3)

Dyskretne układy liniowe. Funkcja splotu. Równania różnicowe. Transform

Ćwiczenie 3: Filtracja analogowa

Automatyka i robotyka

Plan wykładu. Własności statyczne i dynamiczne elementów automatyki:

Zadania zaliczeniowe z Automatyki i Robotyki dla studentów III roku Inżynierii Biomedycznej Politechniki Lubelskiej

Podstawy Automatyki. Wykład 4 - algebra schematów blokowych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Transmitancje i charakterystyki częstotliwościowe. Krzysztof Patan

Zadanie 1. Podaj model matematyczny układu jak na rysunku: a) w postaci transmitancji, b) w postaci równań stanu (równań różniczkowych).

Automatyka i sterowanie w gazownictwie Modelowanie

Wykªad 12. Transformata Laplace'a i metoda operatorowa

Automatyka i robotyka

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

SZEREGOWY SYSTEM HYDRAULICZNY

Dystrybucje, wiadomości wstępne (I)

Automatyka i sterowanie w gazownictwie Modelowanie

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

Podstawy Automatyki. wykład 1 ( ) mgr inż. Łukasz Dworzak. Politechnika Wrocławska. Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji (I-24)

1. Rejestracja odpowiedzi skokowej obiektu rzeczywistego i wyznaczenie podstawowych parametrów dynamicznych obiektu

Analiza matematyczna dla informatyków 3 Zajęcia 14

Transkrypt:

PAiTM materiały uzupełniające do ćwiczeń Wydział Samochodów i Mazyn Roboczych tudia inżynierkie prowadzący: mgr inż. Sebatian Korczak Poniżze materiały tylko dla tudentów uczęzczających na zajęcia. Zakaz rozpowzechniania i powielania bez zgody autora. PODSTAWY AUTOMATYKI CZĘŚĆ I Zakre materiału na 3 kolokwium lub pracę domową 1. Równania elementów automatyki i ich tranmitancje operatorowe. Elementy: proporcjonalny, inercyjny I-go rzędu, całkujący, różniczkujący, ocylacyjny i opóźniający. Odpowiedzi na wymuzenie kokowe oraz charakterytyki czętotliwościowe. 2. Algebra chematów blokowych. Połączenia elementów automatyki zeregowe, równoległe i ze przężeniem zwrotnym. WSTĘP TEORETYCZNY Prozę w pierwzej kolejności zapoznać ię z materiałem z wykładu Przed przytąpieniem do zadania automatycznego terowania obiektami lub proceami należy zapoznać ię ze poobem opiu toowanym w teorii automatyki i terowania. W przedmiocie kupimy ię na rozważaniu obiektów, dla których wyróżniamy jedną zmienną wejściową (ygnał wejściowy, wymuzenie układu, zazwyczaj będziemy mogli je zmieniać) oraz jedną zmienną wyjściową (ygnał wyjściowy, wpływamy na niego poprzez zmianę ygnału wejściowego). Single Input Single Output (SISO) x(t) wejście input Obiekt lub proce y(t) wyjście output Podtawowa teoria terowania zajmuje ię układami liniowymi niezależnymi od czau (ozn. LTI od linear time-invariant ytem). Jeśli x(t) to ygnał wejściowy, a funkcja h( ) opiuje działanie układu, tak że wyjście możemy obliczyć jako y(t)=h( x(t)), to układ nazywamy liniowym, gdy pełnia właność kalowalności α y(t)=αh(x(t ))=h(α x(t)). Układ jet niezależny od czau jeśli dla zależności wyjście/wejście y(t)=h(x(t)) pełniona jet

również zależność y(t τ)=h( x(t τ)) dla dowolnego τ (czyli funkcja h( ) nie zależy jawnie od czau). Badając zachowanie obiektów poługujemy ię kilkoma typowymi funkcjami wejściowymi: ygnał zerowy (brak ygnału wejściowego): x(t)=0 impul jednotkowy (delta Dirac'a, należy kojarzyć to bardzo krótkim pobudzeniem układu, np. uderzeniem układu młotkiem): { 0, t <0 δ(t )=, t=0 0, t >0 kok jednotkowy (funkcja Heaviide'a): 1(t)= { 0, t<0 1, t>0 liniowy przyrot ygnału (funcka Ramp): x(t)= { 0, t<0 t, t >0 funkcja harmoniczna: x(t)=a x in(ωt) oznaczana też: H (t), 1 + (t) Tranformata Laplace'a Dana jet ciągła funkcja x(t) lokalnie całkowalna dla t 0, ) i taka, że dla t< 0 x(t)=0 Tranformatę Laplace'a funkcji x(t) definiujemy jako x(t)e t i oznaczamy 0 L{x(t)}=X (), gdzie C jet liczbą zepoloną ( =σ + j ω, j= 1 ) Przykład 1 x(t)=e 2t, t 0. X ()=? Rozwiązanie: X ()=L {e 2 t }= 0 e 2 t e t = e (2+ )t =lim 0 T [ e (2+ )t (2+)]0 T = 1 +2 (>-2)

TABELA TRANSFORMAT LAPLECE'A f (t), t 0 δ(t ) impul jednotkowy 1 1(t) kok jednotkowy gn(t ) ignum t F () t n n! n+1 e b t 1 +b b 1 e b t (+b) ω in(ω t ) 2 +ω 2 co(ω t) inh(ω t) coh(ωt) 1 2 1 2 2 +ω 2 ω 2 ω 2 ω a f (t) x(t)+ y(t ) x(t) y(t) plot dy(t) d 2 y(t) 2 d n y(t) n a F () X ()+Y () X () Y () Y ( ) y(0) 2 Y () y(0) dy(0) n Y () d n 1 y(0) n 1 d n 2 y(0)... n 1 y(0) n 2

Przykład 2 Rozwiązać równianie różniczkowe z zatoowaniem Tranformaty Laplace'a. d 2 y (t ) 2 3 dy (t ) +2y (t )=1(t ), dy (0) =2, y (0)=3, t 0 Po tranformacie całego równania równanie różniczkowe zmienia ię w wielomian ze zmienną 1 7 +32 zepoloną, możemy od razu napiać napiać Y ()= ( 1)( 2) Aby otrzymać rozwiązanie w dziedzinie czau korzytamy z odwrotnej tranformaty Laplace'a. Aby wykorzytać tabelę gotowych wzorów rozkładamy Y() na czynniki Y ()= 1 1 2 +3 1 1 1 1 2 2 Po wykorzytaniu tabeli otrzymujemy rozwiązanie y(t)= 1 2 1(t)+3et 1 2 e2t. Tranmitancja (funkcja przejścia układu, tranfer function) Dla układu liniowego niezależnego od czau, o jednym wyjściu i wejściu opianego równaniem ogólnym d n y(t) d n 1 y(t) dy(t ) +a n 1 +...+a n 1 n 1 +a n y (t )= dm x(t) d m 1 x (t) dx(t) +b m 1 +...+b m 1 m 1 +b m x(t) po tranformacie Laplac'a przy zerowych warunkach początkowych n Y ()+a 1 n 1 Y ()+...+a n 1 Y ()+a n Y ()= m X ()+b 1 m 1 X ()+...+b m 1 X ()+b m X () możemy napiać zależność między tranformatą wyjścia i wejścia, którą nazywamy tranmitancją G()= Y () X () = m +b 1 m 1 +...+b m 1 +b m n +a 1 n 1 +...+a n 1 +a n Znając tranmitancję możemy zybko obliczyć ygnał wyjściowy z układu przy dowolnym ygnale wejściowym (odpowiedź układu na dowolne wymuzenie) korzytając z zależności Y ()=G() X () (tranformata wyjścia = tranmitancja * tranformata wejścia) y(t)=l 1 {Y ()} Ryunek obok pokazuje dwie drogi liczenia odpowiedzi układu y(t) na wymuzenie x(t). Droga krótza wymaga konieczności rozwiązania równania źródło: wikipedia różniczkowe lub dokonania operacji plotu (ozn. gwiazdką), droga dłużza wymaga korzytania z tablic i operowania na wielomianach.

Tranmitancję zapiać możemy również w potaci G()= Y () X () = ( z 1 )( z 2 )...( z m ) ( p 1 )( p 2 )...( p n ) I wtedy z 1, z 2,..., z m nazywamy zerami tranmitancji, a p 1, p 2,..., p n biegunami (uwaga, zera i bieguny mogą być liczbami zepolonymi). Przykład 3 Obejrzyjmy przykładową tranmitancję G()= 2 3 + 2 2 Po znalezieniu pierwiatków wielomianu z mianownika możemy tranmitancję zapiać w formie 2 G()=, gdzie bieguny p ( 1)( + j+ 1)( i+1) 1 =1, p 2 = 1 i, p 3 = 1+i i zero z 1 =2. Ponieważ jet to funkcja zepolona, aby przedtawić ją na wykreie muiałby być to wykre czterowymiarowy. Wykreślimy zatem wykre modułu tranmitancji w funkcji parametru zepolonego w kali logarytmicznej (kala log. konieczna ze względu na bardzo duży zakre wartości). 20 log G() Dla =z 1 wartość modułu tranmitancji wynoi zero (czyli dla kali log.), dla = p 1, p 2 lub p 3 (czyli w biegunach) tranmitancja ma wartość +. Ponieważ potraktowaliśmy jako niewiadome zarówno wejście jak i wyjście do układu, to tranmitancja operatorowa w pełni opiuje jego działanie dla dowolnych ygnałów. Zachęcam do przypomnienia obie o liczbach zepolonych np. z wikipedii.

Tranmitancja widmowa Tranmitancja widmowa charakteryzuje zachowanie utalone układu liniowego przy wymuzeniu harmonicznym (inuoidalnym), przy czym moduł tranmitancji wyznacza tounek amplitud ygnału wyjściowego do wejściowego, a argument tranmitancji wyznacza przeunięcie fazowe ygnału wyjściowego względem wejściowego. Tranmitancję widmową wyznaczamy poprzez podtawienie do tranmitancji operatorowej =jω. Tranmitancję widmową przedtawiamy na wykreie nazywanym charakterytyką amplitudowoczętościową (wykreem Nyquita). Aby porządzić ten wykre tranmitancję widmową rozkładamy na część rzeczywitą i urojoną: G ( jω)=p (ω)+jq (ω) i przyjmując za parametr czętość wejściowego ygnału harmonicznego ω za wpółrzędne punktów wykreu przyjmujemy części rzeczywitą i urojoną tranmitancji, np.: G(jω) G(jω) Wiele informacji nioą też inne wykrey: amplitudowo-czętościowy A(ω)= G( j ω) = P 2 (ω)+q 2 (ω) logarytmiczna charakterytyka amplitudowo-czętościowa L (ω)=20log A (ω) fazowo-czętościowy δ(ω)=arg G( j ω)=arctg Q(ω) P (ω) Zatem dla ygnału harmonicznego wejściowego x(t)=x 0 in ωt wyjście układu ma potać y(t)=x 0 A (ω)in(ω t+δ(ω)) Charakterytyka amplitudowo-czętościowa odzwierciedla wzmocnienie ygnału po przejściu przez układ, a charakterytyka fazowo-czętościowa opiuje opóźnienie ygnału wyjściowego względem wejściowego. W ramach podtaw teorii automatyki niezwykle ważne jet poznanie kilku podtawowych tranmitancji i ich charakterytyk, gdyż wykorzytuje ię je do opiu bardzo wielu układów/proceów/zjawik. W oparciu o te podtawowe tranmitancje buduje ię również układy terowania automatycznego.

Element Równanie elementu Tranmitancja Wykre Nyquit'a proporcjonalny (proportional) y (t ) =ku (t ) k inercyjny I-go rzędu (firt order) T dy (t ) +y (t ) =ku(t ) k T+ 1 całkujący (integrator) dy (t ) =ku (t ) lub t y (t ) =k 0 u (t ) k różniczkujący idealny (derivative) y (t ) =k du (t ) k różniczkujący rzeczywity (derivative with inertia) T dy (t ) +y (t ) =k du (t ) k T+ 1 opóźniający (delay) y (t ) =u(t τ ) e τ inercyjny II-go rzędu, ocylacyjny (econd order, ocillator) 2 d 2 y (t ) dy (t ) T 1 +T 2 2 + +y (t ) =ku(t ) k T 1 2 2 +T 2 +1

Wykre Nyquit'a Przykładowa charakterytyka Bodego