Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
1.1 Wyjaśnić pojęcia: automatyka, automatyzacja, teoria sterowania, sterowanie ręczne, sterowanie automatyczne.
1.2 Scharakteryzować krótko historię rozwoju automatyki.
1.3 Wyjaśnić istotę sterowania w układzie zamkniętym i w układzie otwartym.
1.4 Czym różni się sterowanie od regulacji?
1.5 Omówić wady i zalety sterowania w układzie otwartym i zamkniętym.
1.6 Wyjaśnić pojęcia: sygnał wejściowy, sygnał wyjściowy, sygnał uchybu, regulator, człon wykonawczy, obiekt sterowania, sprzężenie zwrotne, przewodnik pomiarowy.
2.1 Przedstawić istotę oraz podstawowe właściwości ciągłego przekształcenia Laplace`a
2.2 przedstawić sposób wyznaczania oryginału transformaty Laplace`a na podstawie:
-metod rozkładu na ułamki proste
-metody residuów
-rozkładu sygnału wejściowego na składniki.
2.3 Omówić problem dyskretyzacji sygnału ciągłego.
2.4 Scharakteryzować strukturę układu dyskretnego.
2.5 Podać przykłady kwantyzacji oraz próbkowania sygnału.
2.6 Jaką funkcję w układzie sterowania spełnia impulsator (przewodnik analogowo-cyfrowy)?
2.7 Jaką funkcję w układzie sterowania spełnia ekstrapolator (przewodnik cyfrowo-analogowy)?
2.8 Narysować przykładowe widmo ciągłego i dyskretnego sygnału harmonicznego.
2.9 Sformułować twierdzenia Shannona-Kotielnikowa.
2.10 Podać istotę i podstawowe właściwości dyskretnego przekształcenia.
2.11 Omówić metody odwrotnego przekształcenia.
3.1 Wymienić podstawowe formy opisu układu dynamicznego.
3.2 Przedstawić opis układu za pomocą równań różniczkowych.
3.3 Przedstawić opis układu za pomocą równań różnicowych.
3.4 Scharakteryzować opis układu ciągłego i dyskretnego za pomocą transmitancji operatorowej.
3.5 Scharakteryzować opis układu ciągłego i dyskretnego za pomocą transmitancji widmowej.
3.6 Co to jest charakterystyka statyczna układu? Podaj sposób jej wyznaczania na podstawie eksperymentu, równania różniczkowego i transmitancji operatorowej
3.7 Przedstawić opis układu ciągłego za pomocą równań stanu.
3.8 Przedstawić opis układu dyskretnego za pomocą równań stanu.
3.9 Wyprowadzić związek między równaniami stanu a transmitancją dla układu ciągłego i dyskretnego.
3.10 Omówić podstawowe charakterystyki czasowe układu ciągłego i dyskretnego
3.11 Analityczne i eksperymentalne wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych.
4.1 Wymienić i omówić standardowe sygnały wymuszające.
4.2 Scharakteryzować klasyczne metody analizy.
4.3 Omówić operatorowe metody analizy.
4.4 Jakie są podstawowe zasady budowy schematów blokowych?
4.5 Podstawowe metody przekształcenia schematów blokowych – omówić i podać przykłady.
4.6 Wyprowadzić zależności określające transmitancje ciągłego i dyskretnego układu: otwartego, zamkniętego oraz uchybową.
4.7 Omówić metody dyskretnej aproksymacji układów ciągłych
4.8 Wymienić i podać interpretacje fizyczną podstawowych parametrów członów dynamicznych. Oblicz parametry dla zadanej postaci transmitancji układu
4.9 Przedstawić problem wyznaczania uchybu ustalonego
4.10 Omówić podstawowe człony dynamiczne (proporcjonalny, inercyjny pierwszego rzędu, całkujące, różniczkujące, inercyjne drugiego rzędu i opóźniający )
4.11 Zapisać transmitancje układu ciągłego bez zer i z zerami w przestrzeni stanów
4.12 zapisać transmitancje układu dyskretnego bez zer i z zerami w przestrzeni stanów.
4.13 co to są wartości własne układu ?
4.14 odpowiedz czasowa układu swobodnego i wymuszonego, opisanego równaniami stanu
5.1 Wyjaśnij pojęcia: układ stabilny asymptotycznie, stabilny nieasymptotycznie, stabilny globalnie, stabilny lokalnie i niestabilny
5.2 Co to jest punkt (stanu) równowagi
5.3 Podać warunek konieczny i wystarczający stabilności asymptotycznej układu ciągłego
5.4 Algebraiczne kryteria stabilności ciągłych układów dynamicznych
5.5 Częstotliwościowe kryteria stabilności ciągłych układów dynamicznych
5.6 Podać warunek konieczny i wystarczający stabilności asymptotycznej układu dyskretnego
6.1 Przedstawić istotę problemu układu regulacji
6.2 Napisać transmitancje oraz narysować charakterystyki skokowe i częstotliwościowe podstawowych regulatorów analogowych
6.3 Napisać równania podstawowych regulatorów dyskretnych
6.4 Wymienić metody zwiększenia dokładności statycznej układu
6.5 Synteza układów regulacji bazująca na rozkładzie pierwiastków równania charakterystycznego
6.6 Scharakteryzować metody czasowe syntezy ciągłych i dyskretnych układów regulacji (zasada zieglera-nicholsa)
6.7 Scharakteryzować metody przestrzeni stanów syntezy układów ciągłych
6.8 Przedstawić sposób wyznaczania transmitancji regulatora dla zadanej transmitancji dyskretnego układu zamkniętego
6.9 scharakteryzować metody przestrzeni stanów syntezy układów dyskretnych
1.1.
Automatyka - dziedzina nauki i techniki zajmujaca się teorią i praktyczną realizacją nadzoru i sterowania obiektami technologicznymi bez udziału lub z ograniczonym udziałem człowieka. W automatyce mozemy wydzielić 3 podstawowe działy:
- podstawy teoretyczne automatyki
- budowa elementów i urządzeń automatyki
- zastosowanie automatyki w różnych dziedzinach techniki
Automatyzacja to znaczne ograniczenie lub zastąpienie (proces zastępowania) ludzkiej pracy fizycznej i umysłowej przez pracę maszyn działających na zasadzie samoregulacji i wykonujących określone czynności bez udziału człowieka. Również zastosowanie maszyn do pracy niemożliwej do wykonania w inny sposób.
Teoria sterowania jest działem nauki i techniki zajmującym się zachowaniem układów dynamicznych w czasie. Sterowaniem obiektu nazywa się oddziaływanie za pomocą sygnałów wejściowych na proces zachodzący w obiekcie, tak aby sygnał wyjściowy miał pożądaną wartość lub przebieg czasowy. Inaczej mówiąc, jest to więc celowe oddziaływanie na obiekt za pośrednictwem wielkości wejściowych, aby jego wielkości wyjściowe przyjęły określoną postać lub wartość
Sterowanie ręczne - sterowanie prowadzone przez człowieka, na strumień wyjściowy (zmianę jego wartości) wpływa człowiek
Sterowanie automatyczne - sterowanie prowadzone przez specjalne urządzenie sterujące (realizowane przez układ sterujący), na strumień wyjściowy (zmianę jego wartości) wpływa urządzenie sterujące
1.3
Sterowanie w układzie otwartym – na obiekt sterowania oddziałujemy wielkością sterującą zmienianą w świadomy sposób, tak aby wielkość wyjściowa przyjmowała określona wartość. Wielkość wyjściowa nie wpływa na wielkość wejściową. Ponieważ na obiekt mogą działać zakłócenia (wielkości podlegające zmianom przypadkowym), dlatego też wartość wyjściowa pod wpływem tych zakłóceń (zewnętrznych) często odchyla się od wartości żądanej. Ze względu na oddziaływanie jednokierunkowe w torze sterowania, wielkość sterująca powinna być dostosowana do zakłóceń jak i do wielkości wyjściowej. Np. Sygnał radiowy
Sterowanie w układzie zamkniętym – Urządzenie sterujące wyznacza wartości sygnału sterującego na podstawie wartości sygnału wejściowego i wyjściowego. Np. Pływakowy regulator poziomu wody.
1.4
Ze sterowaniem mamy do czynienia w układzie otwartym, z regulacją zaś w układzie zamkniętym, gdzie układ podlega samoregulacji.
1.5
Układ zamknięty jest o wiele praktyczniejszy i lepszy od układu otwartego. Sterowanie w układzie otwartym jest fatalne, wiąże się to z tym że brak jest sprzężenia zwrotnego (występuje ono w układzie zamkniętym). W układzie otwartym na obiekt sterowania mogą działać zakłócenia, dlatego wielkość wyjściowa często odchyla się znacznie od wartości żądanej. Natomiast w układzie zamkniętym wielkość wyjściowa jest ściśle wyznaczona przez wartość sygnału wejściowego.
1.6
Sygnał wejściowy – strumień materiałowy, energetyczny lub informacyjny, którego natężenie możemy zmieniać, mogący wpływać na procesy fizyczne zachodzące w obiekcie
Sygnał wyjściowy - strumień materiałowy, energetyczny lub informacyjny będący wynikiem przetwarzania w obiekcie strumieni wejściowych.
Sygnał uchybu (błąd regulacji) - róznica sygnałów e(t): zadanego w(t) i regulowanego y(t), porównanych na wejściu regulatora. Na podstawie wartości sygnału błędu e(t), regulator wytwarza odpowiedni sygnał sterujący u(t), tak aby wartość błedu była możliwie bliska zeru. (Inaczej mówiąc jest to różnica sygnału wejściowego i wyjściowego)
Regulator – urządzenie przetwarzające sygnał uchybu na sygnał sterujący obiektem
Człon wykonawczy – przetwarza sygnał wyjściowy z regulatora na sygnał o naturze fizycznej, przystosowany do sterowania obiektem..
Obiekt sterowania - urządzenie, w którym zachodzi proces technologiczny, czyli czynność lub zespół czynności, polegających na przetwarzaniu pewnych wielkości fizycznych z danej formy na inną. Z punktu widzenia automatyki obiekt lub proces w nim zachodzący są więc pojęciami prawie równoznacznymi. Obiekty można dzielić tak jak procesy. Obiekt jest to element dla króego budowany jest układ sterowania powiązany z otoczeniem przez oddziaływania, którymi wprowadza się lub wyprowadza różnorodne strumienie.
Sprzężenie zwrotne – wartość sygnału wyjściowego, mająca wpływ na sygnał sterujący.
Przetwornik pomiarowy – przetwarza wielkość regulowaną na wielkość odpowiednią dla danego elementu regulacyjnego.
2.1
Przekształcenie Laplace’a
F(s)=L[f(t)]= 0∫∞ f(t)e-stdt
stosowane jest w celu usystematyzowania rozwiązywania równań różniczkowych.
Przekształcenie Laplace'a:
Zalety:
- włącza automatycznie warunki początkowe
- rozwiązanie uzyskuje się przez proste operacje algebraiczne
- umożliwia proste ujęcie nieciągłych sygnałów wejściowych
- rozwiązania ogólne i szczególne uzyskuje się jednocześnie.
Właściwości:
- liniowość
L[a1f1(t)+a2f2(t)]=a1F1(s)+a2F2(s)
- przesunięcie w dziedzinie zmiennej rzeczywistej
L[f(t-t0)*1(t-t0)]=e-st0F(s)
- różniczkowanie w dziedzinie zmiennej rzeczywistej
L[dnf(t)/dtn]=snF(s)-∑(k=0..n-1) sn-k-1f(k)(0+), a gdy n=1 to:
L[df(t)/dt]=sF(s)-f(0+)
- transformata funkcji okresowej
jeśli f(t)=f(t+kT), k=1, 2, 3,…
oraz FT(s)=0∫T f(t)e-stdt to:
L[f(t)]= FT(s)/1-e-sT
- wartość końcowa
limt->0 f(t)= lims->0 sF(s)
- wartość początkowa
limt->∞ f(t)= lims->∞ sF(s)
2.2.
Wyznacz. oryginału transformaty:
• metoda rozkładu na uł. Proste
• metoda residuów
• rozkładu sygnału wejściowego na składniki
2.3.
Dyskretyzacja sygnału:
Jest to przekształcenie sygnału ciągłego w dyskretny. Rozróżnia się dyskretyzację w poziomie (kwantowanie) (występuje w układach przekaźnikowych) i dyskretyzację sygnału w czasie (próbkowanie). Układy dyskretne (cyfrowe) mogą być układami liniowymi lub nieliniowymi (jeśli występuje proces kwantyzacji). Są układami regulacji automatycznej, w których informacja jest przekazywana tylko w dyskretnych chwilach, zwanych chwilami impulsowania (próbkowania). Przedstawienie sygnału ciągłego w postaci ciągu impulsów jest nazywane modulacją impulsową i w teorii jest realizowane za pomocą impulsatora.
2.4.
Struktura układu dyskretnego:
(elementy układu regulacji)
• impulsator - element przetwarzający sygnał ciągły e(t) na impulsy e*(t)
• regulator impulsowy - przetwarza ciąg impulsów e*(t) w ciąg impulsów u*(t)
• ekstrapolator - ciąg impulsów u*(t) jest zastępowany np. funkcją schodkową u(t)
(elementy układu o charakterze aplikacyjnym)
• przetwornik A/C – przetwornik analogowo-cyfrowy, próbkując cyklicznie sygnał uchybu e(t) przetwarza go na sygnał cyfrowy (binarny) e*(t),
• regulator cyfrowy - urzadzenie mikroprocesorowe, które w wyniku cyklicznego przetworzenia sygnału e*(t) wyznacza potrzebną wartość sygnału sterującego u*(t)
• przetwornik C/A przekształca wprowadzaną cyklicznie wartość sygnału sterującego u*(t) na schodkowy sygnał sterujący u(t)
• proces – obiekt regulacji o charakterze ciągłym
2.5.
a) Przykład kwantylizacji sygnału
b) Przykład próbkowania sygnału
2.6.
Impulsator w układzie sterowania jego funkcję spełnia przetwornik analogowo-cyfrowy. Ze względu na trudny opis matematyczny takiego impulsatora stosuje się pewien idealny jego model, zwany impulsatorem idealnym. W modelu tym każdy z impulsów rzeczywistych jest zastąpiony przez impuls o nieskończenie małej szerokości, nieskończenie dużej wysokośći i o powierzchni jednostkowej pomnożonej przez wartość funkcji w chwilach próbkowania.
2.7.
W każdym dyskretnym układzie sterowania występuje przynajmniej 1 ekstrapolator. W układzie praktycznym funkcję tę spełnia przetwornik cyfrowo-analogowy. Jego zadaniem jest aproksymacja sygnału między kolejnymi próbkami, zwykle funkcją stałą. W procesie ekstrapolacji można uwzględniać jedynie przeszłe i bieżące wartości dyskretne sygnału (ze względu na realizowalność fizyczną).
2.8.
Widmo sygnału impulsowego jest sumą wielokrotnie powtórzonego sygnału ciągłego, przesuniętego o wielokrotność wi=2pi/T
a) widmo częstotliwościowe sygnału ciągłego
b) widmo częstotliwościowe dyskretnego sygnału harmonicznego (próbkowanego)
2.9.
Twierdzenia Shannona-Kotielnikowa:
Sygnał ciągły może być ponownie odtworzony z sygnału dyskretnego, jeśli był próbkowany z częstotliwością co najmniej dwa razy większą od granicznej częstotliwości swego widma.
2.10
Przekształcenia dyskretne transformaty Z:
Służą do opisu i analizy układów dyskretnych. Stanowią odpowiednik przekształcenia Laplace'a w analizie układów ciągłych. Przekształceniem Z dyskretnej funkcji czasu f*(t) jest przekształcenie operatorowe:
Z [f*(t)] = Z [f(kT)] = F(z)
określone wzorem:
F(z) = ∑ f(kT)z-k .
Transformaty Z istnieją dla funkcji dyskretnych, które rosną nie szybciej od funkcji wykładniczych.
Właściwości:
- liniowość
Z[af1(kT)+bf2(kT)]=aF1(z)+bF...