Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.

Prezentacja na temat: "Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż."— Zapis prezentacji:

1 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 1 Podstawy automatyki – czym zajmuje się automatyka? Automatyka jest dziedziną wiedzy, która zajmuje się możliwościami ograniczania udziału lub eliminowania udziału człowieka w sterowaniu różnorodnymi obiektami/systemami Sterowanie – jaka jest jego istota? Sterowanie to celowe oddziaływanie czegoś/kogoś na coś/kogoś

2 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 2 Coś co celowo oddziałuje – układ/system sterujący Coś na co wywierane jest celowe oddziaływanie – obiekt/system sterowany Połączenie - układ/system sterujący oraz obiekt/system sterowany tworzy układ/system sterowania System/obiekt sterowany System/układ sterujący

3 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 3 Zadanie: Utrzymać napięcie zasilania odbiorników w sieci prądu stałego na stałym, zadanym poziomie U o =24V 0 rozwiązanie IoIo RzRz E IwIw ΦwΦw ωmωm Wiedza o systemie ! Postać analityczna 23.5 24.0! Operator wykorzystuje też wiedzę o systemie! Postać lingwistyczna

4 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 4 IoIo RzRz E Obiekt sterowany Wielkość sterowana Wielkość zakłócająca IwIw ΦwΦw Wielkość sterująca ωmωm Model obiekt sterowanego Model układu sterującego Wielkość zakłócająca Układ sterujący Wielkość manipulacyjna

5 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 5 I rozwiązanie – wybór struktury IoIo RzRz E ωmωm Wielkość sterowana Wielkość sterująca IwIw ΦwΦw Wielkości zakłócające Obiekt sterowany Układ sterujący

6 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 6 Obiekt sterowany Układ sterujący Dostępna wiedza o systemie sterowania (w tym o celu sterowania i wielkościach zakłócających) Wielkość sterowana Wielkość zakłócająca Wielkość sterująca Układ otwarty sterowania W przykładzie : W przykładzie W przykładzie: Wielkość zakłócająca

7 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 7 Dla danych: Sprawdzić, czy można wybrać taką wartość I w, aby uchyb sterowania U ε =U 0 – U był równy zero Zadanie sterowania – utrzymać stałą wartość napięcia zasilania na poziomie: I rozwiązanie – nastawa układu sterującego cel sterowania – stała wartość napięcia zasilania parametry systemu sterowania wartości zakłóceń nominalne

8 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 8 Dla przykładowych danych: Można ….. i idealna jakość sterowania !

9 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 9 I rozwiązanie – jakość sterowania (przy zmianach zakłócenia) Dla obliczonego poprzednio I w, obliczyć wartości U przy zmianach prądu obciążenia I o o 100% w górę i w dół. Obliczyć dla tych przypadków uchyb sterowania Uε =U o – U Dla danych: Zadanie sterowania – utrzymać stałą wartość napięcia zasilania na poziomie: zakłócenie na poziomie nominalnym zakłócenie zmieniane

10 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 10 Z uzyskanej uprzednio zależności Dla I o = 0A Niedobrze

11 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 11 Dla I o = 200A Niedobrze

12 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 12 Przyczyna niezadowolenia - zakłócenia II rozwiązanie – wybór struktury IwIw ΦwΦw IoIo RzRz E ΦkΦk Obiekt sterowany Układ sterujący ωmωm

13 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 13 Obiekt sterowany Układ sterujący Dostępna wiedza o systemie sterowania (w tym o celu sterowania i wielkościach zakłócających Wielkość sterowana Wielkość zakłócająca Układ ze sprzężeniem w przód (z pomiarem wielkości zakłócającej) Wielkość sterująca W przykładzie : W przykładzie Wielkość zakłócająca W przykładzie :

14 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 14 Informacyjne sprzężenie w przód – przekazanie informacji o wartości zakłóceń oddziałujących na obiekt sterowany do układu sterującego W rozwiązaniu zastosowano:

15 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 15 Dla danych: Sprawdzić, czy można wybrać taką wartość I w, aby uchyb sterowania U ε =U 0 – U był równy zero Zadanie sterowania – utrzymać stałą wartość napięcia zasilania na poziomie: II rozwiązanie – nastawa układu sterującego cel sterowania – stała wartość napięcia zasilania parametry systemu sterowania wartości zakłóceń nominalne

16 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 16

17 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 17 Dla przykładowych danych: Można … i jakość sterowania idealna

18 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 18 Dla danych: Zadanie sterowania – utrzymać stałą wartość napięcia zasilania na poziomie: II rozwiązanie – jakość sterowania (przy zmianach zakłócenia) Dla obliczonego poprzednio I w, obliczyć wartości U przy zmianach prądu obciążenia o 100% w górę i w dół. Obliczyć dla tych przypadków uchyb sterowania Uε =U o – U zakłócenie na poziomie nominalnym zakłócenie zmieniane

19 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 19 Z uzyskanej uprzednio zależności Dla I o = 0A Lepiej

20 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 20 Dla I o = 200A Lepiej

21 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 21 Czy można jeszcze lepiej? Dobrać K 1, K 2 i R z tak, aby Napotykamy na trudności, bo.......

22 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 22 IwIw ΦwΦw UoUo ΦkΦk - IoIo RzRz E - IkIk K5K5 UεUε III rozwiązanie – wybór struktury Obiekt sterowany Układ sterujący ωmωm

23 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 23 Zależności

24 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 24 Obiekt sterowany Układ sterujący Dostępna wiedza o systemie sterowania (w tym o celu sterowania i wielkościach zakłócających) Wielkość sterowana Wielkość zakłócająca Układ zamknięty sterowania (ze sprzężeniem zwrotnym) Wielkość sterująca W przykładzie W przykładzie: W przykładzie Wartość pożądana wielkości sterowanej Wielkość zakłócająca W przykładzie:

25 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 25 W rozwiązaniu zastosowano: Informacyjne sprzężenie zwrotne – przekazanie informacji o efektach/wynikach sterowania do układu sterującego Ujemne sprzężenie zwrotne – informacja o efektach/wynikach sterowania przeciwdziała niepożądanym zmianom wielkości sterowanej (wielkości sterowanych) System sterowania z ujemnym sprzężeniem zwrotnym nazywany jest układem regulacji

26 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 26 Dla danych: Sprawdzić, czy można wybrać taką wartość I w, aby uchyb sterowania U ε =U 0 – U był równy zero Zadanie sterowania – utrzymać stałą wartość napięcia zasilania na poziomie: III rozwiązanie – nastawa układu sterującego cel sterowania – stała wartość napięcia zasilania parametry systemu sterowania wartości zakłóceń nominalne

27 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 27 Odpowiedź można szybko podać, bo..... Można … i jakość sterowania idealna

28 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 28 Dla danych: Zadanie sterowania – utrzymać stałą wartość napięcia zasilania na poziomie: III rozwiązanie – jakość sterowania (przy zmianach zakłócenia) Dla obliczonego poprzednio I w, obliczyć wartości U przy zmianach prądu obciążenia o 100% w górę i w dół. Obliczyć dla tych przypadków uchyb sterowania Uε =U o – U zakłócenie na poziomie nominalnym zakłócenie zmieniane

29 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 29 oraz Otrzymamy

30 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 30 Ostatecznie Dla I o = 0A

31 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 31 Bardzo dobrze

32 Podstawy automatyki 2011/2012Systemy sterowania - struktury –jakość sterowania Mieczysław Brdyś, prof. dr hab. inż.; Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 32 Dla I o = 200A Bardzo dobrze