270 likes | 568 Views
Automatyka. Wykład 2 Podział układów regulacji. Cyfrowy układ regulacji. Sygnały w układach automatyki. Podział układów regulacji. Zależnie od przyjętego kryterium klasyfikacji rozróżnia się następujące układy regulacji: Ze względu na liczbę regulowanych wielkości:
E N D
Automatyka Wykład 2 Podział układów regulacji. Cyfrowy układ regulacji. Sygnały w układach automatyki.
Podział układów regulacji. • Zależnie od przyjętego kryterium klasyfikacji rozróżnia się następujące układy regulacji: • Ze względu na liczbę regulowanych wielkości: • jednowymiarowe (regulacja jednej zmiennej) • wielowymiarowe (regulacja wielu zmiennych). • Ze względu na sposób działania: • ciągłe, • cyfrowe i impulsowe (dyskretne), • liniowe, • nieliniowe. • Ze względu na charakter sygnału zadanego w(t), układy regulacji mogą być układami: • regulacji stałowartościowej, gdy sygnał w(t) = w0 = const. • regulacji programowalnej, gdy przebieg sygnału jest zaprogramowany (przewidziany z góry), • regulacji nadążnej, gdy sygnał w(t) ma charakter nie przewidziany, • regulacji ekstremalnej, gdy celem regulacji jest utrzymanie sygnału wyjściowego lub sygnałów wyjściowych na poziomie wartości ekstremalnych (minimalnych lub maksymalnych). • Ze względu na sposób realizacji sterowania: • układy adaptacyjne, gdy dla zmieniających się w czasie pracy parametrów obiektu następuje dostosowanie, czyli adaptacja parametrów regulatora, • układy optymalne, gdy osiąga się możliwie najlepsze wartości wskaźników jakości regulacji, niezależnie od struktury regulatora, • układy suboptymalne, gdy przy określonym typie regulatora uzyskuje się najlepsze wskaźniki jakości regulacji.
Sterowanie adaptacyjne (ang. adaptive control)- polega na automatycznym dopasowaniu parametrów regulatora do zmieniających się właściwości obiektu regulacji i jego otoczenia, tak aby zapewnić większą odporność układu na zaistniałe zmiany, spowodowane: - oddziaływaniem różnego rodzaju zakłóceń, które z reguły są nieprzewidywalne, - zmianą właściwości lub parametrów samego obiektu. Sterowanie odporne (ang. robust control) – metoda sterowania, gwarantująca stabilność układu regulacji automatycznej nawet w przypadku, gdy rzeczywisty obiekt regulacji różni się od założonego modelu. Odporność oznacza tolerancję dla błędów podczas identyfikacji (niewłaściwa struktura modelu) lub dla zmian parametrów obiektu (współczynnik wzmocnienia, stałe czasowe, opóźnienie) w czasie. Nawet jeśli model matematyczny obiektu nie jest całkowicie prawidłowy, układ regulacji powinien być stabilny a jego regulacja bliska optymalnej.
Schemat blokowy cyfrowego układu regulacji z(t) y(t) Obiekt sterowania u(t) C/A A/C Komputer Regulator (sterownik) Wejście operatora
W układach regulacji cyfrowej regulator jest układem cyfrowym. Układy cyfrowe to rodzaj układów elektronicznych, w których sygnały napięciowe przyjmują tylko określoną liczbę poziomów, którym przypisywane są wartości liczbowe. Najczęściej liczba poziomów napięć jest równa dwa, a poziomom przypisywane są cyfry 0 i 1, wówczas układy cyfrowe realizują operacje zgodnie z algebrą Boole'a i z tego powodu nazywane są też układami logicznymi. Obecnie układy cyfrowe budowane są w oparciu o podstawowe bramki logiczne realizujące elementarne operacje znane z algebry Boole’a: iloczyn logiczny (AND), sumę logiczną (OR), negację (NOT). Z bramek podstawowych zbudowane są jeszcze 3 następujące bramki: negacja iloczynu (NAND), negacja sumy (NOR) i różnica symetryczna (XOR). Ze względu na stopień skomplikowania współczesnych układów wykonuje się je w postaci układów scalonych. Bramki logiczne są umieszczane w układach scalonych, które produkuje wiele różnych firm na całym świecie. Najpopularniejsze serie to obecnie TTL (bramki zbudowane z tzw. tranzystorów bipolarnych) oraz CMOS (bramki zbudowane z tranzystorów polowych).
Na wejścia bramki podajemy napięcia elektryczne, które mogą przyjmować dwa poziomy logiczne (dla układów TTL - Transistor-Transistor-Logic):
a a^b b Bramka logiczna AND Symbol: Tablica działania (1 oznacza zdanie prawdziwe 0 zaś zdanie fałszywe): a b a^b
a ^ ab b Bramka logiczna OR Symbol: Tablica działania (0 - oznacza zdanie fałszywe, 1 - zdanie prawdziwe): a b ^ a
Bramka logiczna NOT (Inwerter) a
Ze względu na sposób przetwarzania informacji rozróżnia się dwie główne klasy układów logicznych: układy kombinacyjne – układy „bez pamięci”, w których sygnały wyjściowe są zawsze takie same dla określonych sygnałów wejściowych; układy sekwencyjne – układy „z pamięcią”, w których stan wyjść zależy nie tylko od aktualnego stanu wejść, ale również od stanów poprzednich. • Zalety układów cyfrowych: • Możliwość bezstratnego przesyłania informacji – jest to coś, czego w układach analogowych operujących na nieskończonej liczbie poziomów napięć nie sposób zrealizować. • Zapis i przechowywanie informacji cyfrowej jest prostsze. • Mniejsza wrażliwość na zakłócenia elektryczne. • Możliwość tworzenia układów programowalnych, których działanie określa program komputerowy (mikroprocesor). • FPGA(ang. Field Programmable Gate Array) - bezpośrednio programowalna macierz bramek to rodzaj programowalnego układu logicznego.
Struktura komputera pamięć główna jednostka centralna CPU komputer połączenia systemowe wejście-wyjście
Struktura komputera Wejście-wyjście – przenoszą dane pomiędzy komputerem a jego otoczeniem Połączenia systemowe – zapewniają łączność pomiędzy procesorem, pamięcią główną a układami wejście-wyjście Jednostka centralna (CPU) –steruje działaniem komputera i realizuje funkcje przetwarzania danych Pamięć główna – przechowuje dane wejściowe obliczeń i wyniki obliczeń
Struktura jednostki centralnej Jednostka sterująca ALU CPU Połączenia wewnętrzne Rejestry
Struktura jednostki centralnej Jednostka sterująca – steruje działaniem procesora i całym komputerem Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU) – realizuje funkcje przetwarzania danych przez komputer Rejestry – służą do przechowywania danych w procesorze Połaczenia wewnętrzne – zapewniają łączność pomiędzy jednostką sterującą, ALU i rejestrami
Struktura jednostki sterującej Rejestry i dekodery jednostki sterującej Układy logiczne Jednostka sterująca Pamięć sterująca
Struktura magistralowa komputera Sterownik konsoli Moduł We-wy Pamięć Moduł We-wy CPU Magistrala Poraz pierwszy zastosowano w komputerach PDP-8 firmy DEC. Magistrala Omnibus składała się 96 oddzielnych ścieżek używanych do przenoszenia sygnałów sterowania, adresu i danych. Wykorzystywanie tej wspólnej magistrali było sterowane przez procesor.
Amplituda F1 1 Sygnały zdeterminowane to takie przebiegi czasowe, które dają się opisać za pomocą określonych zależności matematycznych. Sygnały okresowe 1. Sygnały sinusoidalne
2. Sygnały okresowe - niesinusoidalne Amplituda 0 1 4 5 2 3
f(t) 0 t f(t) 0 t Sygnały nieokresowe
x1 t x2 t xn t t3 t1 t2 Sygnały stochastyczne Sygnały stochastyczne są realizacjami procesu stochastycznego. Reprezentacją procesu stochastycznego jest zbiór jego realizacji. Reprezentacją procesu stochastycznego w określonej chwili jest zmienna losowa. Proces stochastyczny jest nieskończenie wymiarową zmienną losową.
F(x) 1 0 x
f(t) 0 t f(t) f(t) t t f(t) t Inna klasyfikacja sygnałów Sygnały ciągłe Sygnały dyskretne Sygnały impulsowe Sygnały cyfrowe
e(t) Poziomy kwantowania Tp 2Tp 3Tp 4Tp5Tp6Tp t Sygnał cyfrowy