Sissejuhatus.
Automaatika süsteeme kasutatakse tootmisprotsessis, kus ta kõrvaldab inimese osavõtu selles
protsessis ja võimaldab teostada selliseid protsesse mis on
inimesele kahjulikud.
Automaatika süsteemi kuuluvad automaat kontrollimine ja
automaat reguleerimine. Esimene neist
teostab mõõtmisi ja teine teostab reguleerimist e.
parameetri hoidmist kindlal tasemel või parameetri hoidmist kindlal tasemel
reguleerimisprogrammi järgi.
Automaatika süsteemi nimetatakse automatiseerimiseks see võib olla osaline näiteks üks tööpink
või tööliin või tsehh ja samuti võib esineda täielik automatiseerimine, sel juhul
automatiseeritakse mitu tehnoloogilist protsessi mis on oma vahel seotud.
Kompleks automatiseerimine on sel juhul, kui automatiseeritakse juhtimisprotsessid.
Seadmete sõlmede kogum mis võimaldab teostada automatiseerimist nimetatakse automaatika
süsteemiks. Nad võimaldavad mehhanismide ja seadmete automaatset käivitust, reverseerimist ja peatamist.
Võimaldavad hoida mingit parameetrit kindlal tasemel või muuta seda teatud programmi järgi,
hoida parameetreid min. või maks. tasemel ja muuta ühte parameetrit nii, et ta jälgiks teist
parameetrit, mis võiks muutuda juhuslikult.
Automaatjuhtimissüsteemi
klassifikatsioon .
Determineeritud (
tavalised ) süsteemid inimese poolt antakse kogu vajalik info juhitava
objekti kohta, inimene häälestab ja kui tekib objekti parameetrite muutumine, siis peab inimene
süsteemi ümber häälestama. Süsteem ise ei ole võimeline oma struktuuri muutma. Need
süsteemid pole eriti kallid, on töökindlad, kasutatakse paljude tootmisprotsesside
juhtimiseks . Nad võivad olla:
a) lahtise kontuuriga need süsteemid ei ole võimelised kontrollima oma töö tulemusi ja need funktsioonid täidab inimene.
b) Automaatreguleerimissüsteemid.
Nendes süsteemides on olemas tagasiside mille kaudu süsteem kontrollib oma tegevust ja kui on
vaja, siis korrigeerib. Näiteks mõõdab temperatuuri objektis, võrdleb seda ülesandega ja kui
temperatuur on kõrvale kaldunud siis avab või sulgeb klapi ja taastab etteantud temperatuuri. Adaptiivsed süsteemid (küberneetilised) Nendele süsteemidele ei ole vaja ette anda kogu infot
objekti kohta. Töö käigus nad ise koguvad infot, töötlevad ja kasutavad seda oma töös. Nad
võivad muuta oma struktuuri, oma häälestusparameetreid vastavalt muutuvatele töötingimustele.
Nad õpivad ise ja organiseerivad oma tööd. Süsteemid on keerulised ja kallid kuid töökindlad.
Nendes kasutatakse arvuteid.
Automaatreguleerimissüsteemid. Põhimõisted.
ARS on alati suletud kontuuriga süsteem ja seal on kaks põhiseadet:
regulaator ja objekt.
ARS sisaldab kahte põhikomponenti regulaator (reguleerib objekti tööd) ja objekt (mis on
reguleeritav. võib olla mootor, seade, protsess).
1) reguleeritav
parameeter Suhtelisi ühikuid kasutatakse sellepärast, et nende abil saab võrrelda omavahel erineva
dimensiooniga parameetreid.
2) häired mis mõjuvad
objektile ja
kutsuvad esile muutumist.
3)µ - reguleeriv toime. Sellega reguleeritakse parameetreid objektis. Näiteks klapi
avamine . Süsteem toimib järgmiselt: regulaator tagasiside kaudu mõõdab parameetri suurust objektis ja
võrdleb seda ülesandega ja kui esineb erinevus või kõrvalekalle, siis regulaator töötab välja µ ja
selle abil reguleeritav parameeter viiakse vastavusse ülesandega. Parameeter mõõdetakse objektis
anduriga, ülesanne
seatakse seaduriga.
ARS klassifikatsioon.
ARS jaotatakse järgmiselt:
1) ülesande muutmise seaduse järgi
a) 0 =
const (Need on stabiliseerivad süsteemid, mis hoiavad parameetri kindlal tasemel)
b) 0=f (t) (Muutumine võib olla juhuslik. Neid nimetatakse järgivateks süsteemideks). Kui 0 muutub aja vältel kindla programmi järgi, siis süsteem peab täitma seda. Neid nimetatakse programmeeritavateks süsteemideks. ARS skeem võib olla järgmine:
1. Mõõteseade (koosneb andurist ja muundurist)
2. Juhtseade (võtab vastu mõõteseadmest tuleva signaali, võrdleb seda ülesandega. Võimendab
vahesignaali ja formeerib käsku, mis läheb edasi täiturmehhanismi. Tavaliselt kasutatakse
igasuguseid võimendeid mille sisenditeks on võrdluselement, mis formeerib vahesignaali). 3. Täiturmehhanism (täidab tuleva käsu ja muundab seda signaali reguleerimisseadeldise ümberpaigutamiseks. Täiturmehhanismid võivad olla igasugused
mootorid
elektrilised ,
pneumaatilised , hüdraulilised,
relee jne...).
4. Reguleerimisseadeldis (
klapid ,
siibrid , reostaadid)
5. Objekt
Reguleerimissüsteeme võib jaotada järgmiste tunnuste järgi:
1) Lisatoite järgi a) Otsetoimega, mis ei kasuta lisa toiteallikat b) Kaudse toimega
2) Reguleerimisparameetri kõrvalekalde järgi a) Staatilised (Nendes peale kõrvalekallet ei taastata täpselt parameetri endist asendit, vaid
jääb kõrvalekalle , mida nimetatakse staatiliseks
veaks .).
b) Astaatiline (Nendel süsteemidel staatiline viga puudub ja süsteem taastab endise
parameetri täpselt.)
3) Jaotatakse kontuuride arvu järgi a) Ühe kontuurilised süsteemid (ainult peatagasisidega) b) Mitme kontuurilised süsteemid. (siin on juba sisse
viidud kohalik tagasiside ja neid
võib ka rohkem kui üks olla)
4) Reguleerimisparameetrite arvu järgi
a) Ühe parameetrilised b) Mitme parameetrilised 1) Mittesidestatud (Sel juhul
regulaatorid ei ole omavahel sidestatud ja töötavad
sõltumatult. Seos on ainult objekti kaudu.). 2) Sidestatud süsteemid. Tänu sellele regulaatorite kiiretoimelisus suureneb ja
reguleerimisvead vähenevad. Teine süsteem
teatab esimesele süsteemile, et hakkab tööle.
5) Reguleerimistoime muutumise järgi aja vältel.
a) Pideva toimega süsteemid
b) Katkendliku toimega süsteemid (näiteks relee süsteemid)
Reguleerimisprintsiibid.
Määratakse sellega mis signaalile reageerib regulaator. Vastavalt sellele on olemas järgmised
reguleerimisprintsiibid:
1) Reguleerimine parameetri kõrvalekalde järgi. See on universaalne printsiip.
Reguleerimisaeg kõrvalekaldele ja hakkab tegutsema, kui kõrvalekalle ületab mittetundliku tsooni.
t0 - kõrvalekalde algus
t1 regulaatori töö algus
Selle printsiibi järgi regulaator hakkab tegutsema igal juhul sõltumata sellest, millega
kõrvalekalle on esile kutsutud. See on selle printsiibi eelis, kuid regulaator hakkab tegutsema
ainult siis, kui parameeter on tunduvalt kõrvale kaldunud ning sellest tekib reguleerimisviga.
2) Reguleerimine koormuse järgi. Sel juhul regulaator reageerib koormusele ja hakkab tegutsema
kohe, kui koormus muutub ootamata parameetri kõrvalekallet. Tänu sellele regulaator ei luba
suurte
vigade tekkimist ja kiiretoimelisus suureneb. See on eelis. Puudus on see, et regulaator ise
ei kontrolli parameetri väärtusi ja selleks, et säilitada etteantud väärtus peab ta olema väga täpne.
Selline regulaator reageerib ainult ühele signaalile. Kui aga tekib teine
signaal siis sellele peab olema oma regulaator. Sellepärast ei kasutata seda regulaatorit eraldi vaid koos esimese
printsiibiga, reguleerimisparameetri parandamiseks.
3) Reguleerimine parameetri muutumise kiiruse järgi e. reguleerimine tuletise järgi. Kui
parameeter hakkab
muutuma , siis tavaliselt algmomendil parameetri muutumise kiirus on suur ja
kui formeerida signaali kiiruse järgi ning signaal anda regulaatorile, siis hakkab ta kohe
tegutsema ootamata parameetri märgatavat kõrvalekallet. Sellega suureneb reguleerimistäpsus ja
regulaatori kiiretoimelisus.
Automaatika süsteemide tööreziimid.
Jaotatakse kahte
reziimi :
1) Staatiline on selline
reziim mille juures sisendsignaalid ja väljundsignaalid ei muutu aja vältel.
Näiteks: mootor töötab teatud kiirusega.
2) Dünaamiline reziim on selline kus
sisend ja väljund
parameetrid muutuvad aja vältel. Näiteks
mootori kiiruse suurenemine. Dünaamiline reziim eksisteerib ülemineku ajal ühest staatilisest
reziimist teise ja sellepärast nimetatakse seda siirde reziimiks. Dünaamiline reziim on elementide
ja süsteemide jaoks tavaliselt raskem kui staatiline.
Automaatika elementide ja süsteemide
karakteristikud .
Neid jaotatakse vastavalt tööreziimidele:
1) Staatilised karakteristikud kirjeldavad staatilisi reziime ja näitavad kuidas sõltub
väljundsignaal sisendsignaalist staatilises süsteemis. Neid võib ette anda võrrandi abil, tabeli
abil, graafikute abil.
a) XV=K* XS XV=C* XS2
b)
XS 0 2 3 4
XV 0 4 6 8
c)
Mittelineaarne Piiratud lineaarsusega AB lineaarne osa
Järsult mittelineaarne
Kui elemendil on lineaarne karakteristik siis nimetatakse seda lineaarseks
elemendiks . Kui
automaatika süsteem koosneb ainult lineaarsetest elementidest, siis on see süsteem lineaarne
süsteem. Lineaarse süsteemi jaoks on välja töötatud arvutusmeetodid ja neid on küllaltki lihtne
arvutada. Kui süsteemis on kasvõi üks mittelineaarne element, siis sellist süsteemi nimetatakse
mittelineaarseks süsteemiks. Nende arvutus on raskendatud, selleks kasutatakse graafilisi
meetodeid ja teisi keerulisi matemaatilisi meetodeid.
Kui mittelineaarseid elementidel kasutada tema karakteristikust väikest osa, siis võib oletada, et
selle osa piirides tema karakteristik on lineaarne.
Arvutusi võib teha kasutades lineaarsete
elementide jaoks välja töötatud meetodeid. Staatilisi omadusi iseloomustatakse staatilise
ülekande teguriga.
K= Xv / Xs
Lineaarsetel elementidel K ei sõltu karakteristiku punktidest kus teda määratakse. K on
lineaarse elemendi parameeter, millega saab selle elemendi määrata. Mittelineaarsetel elementidel K on mittekonstantne suurus ja muutub punktist punktini. Temaga
ei saa iseloomustada mittelineaarset elementi. Mittelineaarsete elementide jaoks kasutatakse veel
nn. Diferentsiaalülekande tegurit, mis määratakse sisend ja väljund signaalide juurdekasvude
kaude.
Kd karakteristiku teatud piirides jääb konstantseks ja temaga saab iseloomustada antus
mittelineaarset elementi karakteristiku antud punktis. Teda nimetatakse ülekandeteguriks väikeste
signaalide jaoks mittelineaarsetel elementidel.
Kd kasutamisega mittelineaarne karakteristik lineariseeritakse. Võetakse karakteristiku selline
osa kus Kd on
konstantne . Sel juhul tekib viga ja seda võib lubada ainult siis kui see viga ei ületa
lubatud piiri.
K=tan Kd=tan
Automaatika ühendusviisid.
Iga automaatika süsteem koosneb erinevatest elementidest, mis võivad olla omavahel kolmel
viisil ühendatud:
1) Jadaühendus
Kehtib ainult lineaarsete elementide puhul
K=K1*K2 jne.
2) Rööpühendus
K=K1+K2
Dünaamilised karakteristikud.
Näitavad kuidas muutub väljundsignaal aja vältel
sisendsignaali muutumisel. Sisend signaal
võib muutuda
erineval kujul. Ta võib olla hüppeline, impulsi kujuline, lineaarselt kasvav,
sinusoidaalne jne. Dünaamiliste omaduste uurimiseks kasutatakse sagedamini hüppekujulist
signaali, impulsikujulist signaali, siinuse kujuline.
T 0 1 2 3
XS 0 1 1 1
Xv 0 0 0,3 0,6
Dünaamilised karakteristikud võivad olla etteantud:
1) analüütiliselt a) diferentsiaalvõrrandi abil b) ülekande funktsiooni abil
2) tabeli abil
3) graafiliselt a) ajakarakteristik
4) grafoanalüütiline a) sageduskarakteristikud
Diferentsiaalvõrrand.
Diferentsiaal võrrand kirjeldab dünaamilise protsessi, mis kulgeb elementides ja diferentsiaal
võrrandi
lahend näitab kuidas muutub väljundsignaal aja vältel.
An*dXVn/dtn + An-1*dXVn-1/dtn-1 +...+ A1*dXV/dt + A0*XV = Bm*dXSm/dtm + Bm-1*dXSm-1/dtm-1 +....+
+ B1*dXS/dt + B0*XS
n väljundsignaali kõrgem
tuletis , millega määratakse diferentsiaalvõrrandi kõrgem järk
An jne koefitsiendid
XV väljundsignaal
T aeg
M sisendsignaali kõrgem tuletis.
Vasakul on väljundsignaal ja tema tuletis, paremal sisendsignaal ja tema tuletis. Kui diferentsiaal
võrrandid muutujad on 1 astmes, siis sellist võrrandit nimetatakse lineaarseks. See võrrand
kirjeldab dünaamilist protsessi
lineaarses süsteemis. Kui võrrandi parem osa ei ole võrdne
nulliga, siis sellist võrrandit nimetatakse mittehomogeenseks. See võrrand kirjeldab dünaamilisi
protsesse, mis kulgevad süsteemi sisendsignaali pideval mõjutamisel. See tähendab, et sel juhul
tekib süsteemis sund liikumine.
Kui diferentsiaal võrrandi parem osa on võrdne nulliga, siis selline võrrand on
homogeenne .
Selline võrrand kirjeldab süsteemi vaba liikumist, s.t. süsteemile oli antud algmomendil
impulss ,
millega ta oli välja viidud tasakaalust ja edasi toimub süsteemi vaba liikumine.
Selleks, et leida, kuidas muutub väljundsignaal aj vältel tuleb lahendada diferentsiaalvõrrand. See
on raske, eriti kui neil on suurema järguline diferentsiaalvõrrand. Lahendamise kergendamiseks
on välja töötatud abimeetodid. Üks
nendest on operaatormeetod.
Ajakarakteristikud .
Kasutatakse automaatikas sellepärast, et neid saab kergesti üles võtta ja määrata kõik vajalikud
staatilised ja dünaamilised parameetrid. AK näitab, kuidas muutub väljundsignaal ajavältel
sisendsignaali muutumise korral. Neid karakteristikuid võib määrata lihtsalt ja selleks on vaja
sisendisse anda muutuv signaal. Praktikas kasutatakse kahte standardset sisendsignaali:
1. Ühikhüpe sellele vastab siirdekarakteristik
2. Impulsssignaal sel juhul ei anta sisendisse mitte hüpe vaid impulss. Sellele vastavat väljundsignaali muutumist ajas nim. impulsskarakteristikuks.
Sageduskarakteristik.
Väga laialdaselt
kasutatakse
tehnikavaldkonnas. Süsteemide analüüsimiseks, sünteesimiseks ja arvutamiseks. Praktikas on
teda lihtne üles võtta, selleks antakse sisendisse
sinusoidaalne signaal mille sagedust saab muuta. Kui
sisendsignaali muutub, siis sellest muutuvad
väljundsignaali parameetrid, kui sagedus suureneb, siis
väljundsignaali
amplituud väheneb ja faasinihkenurk sisend ja väljund signaali vahel suureneb. Xs Xv
SG - sisendsignaali generaator Xsm sisend signaali amplituud
AM amplituudi mõõtja Xvm väljund signaali amplituud
FM faasimõõtja - faasinihkenurk Xs ja Xv vahel
X j W = vm *e
Sagedusfunktsioon : sm ( jw) X
Sinusoidaalsed suurused on
vektor suurused ja kahe vektori Xv ja Xs suhe on ka vektor st.
sagedusfunktsioon on
vektoriaalne suurus. Selle saab määrata tema pikkusega ehk mooduliga ja
nurgaga. Sagedusfunktsiooni moodul sõltub sagedusest ja seda sõltuvust nim. amplituudsagedus
karakteristikuks
[ |w|=F()].Sagedusfunktsiooni argument sõltub sagedusest ka seda nim. faasikarakteristikuks
=f() FSK.
Sageduskarakteristiku
konstrueerimine Neid saab
konstrueerida sagedus funktsiooni järgi. Sagedusfunktsiooni võib leida ülekande
funktsiooni järgi. 1 + j 3 1 + j 3 1 + j 3
W = = = 2 j + 3 j + 1 - 2 + j3 + 1 (1 - 2 ) + j 3 ( jw) 2 2 2 2
ahela diferentsiaal võrrand: d UV RC = + Uv = U S dt üldkuju: d X W ( p) = K T dt V + X v =K X S 1 + pT K + j0
W ( j) = 1 + jT sagedusfunktsioon
Leiame mooduli: 2 2 K + j0 = K
1 + (T ) 1 + (T ) 2 2 2
|W|=
Leiame : lugeja jaoks tan1=0/K=0; 1=0
nimetaja jaoks tan2=T/1; 2=
arctan T =1-2= -arctan T - FSK K - arctan T W ( j) = *e 1 + (T ) 2
Sagedusfunktsiooni üldkuju: |W|
K (1 - jT ) K - jKT K K T
W = = = (1 + jT )(1 - jT ) 1 + (T ) 1+ (T ) -j 1+ (T ) ( j) 2 2 2
P Q
Logaritmilised sageduskarakteristikud.
Nendel on teljed logaritmilises mastaabis. See võimaldab karakteristikuid kokku suruda ja
nende konstrueerimine tunduvalt lihtsustub. Sagedusteljel sageduse ühikuks on dekaad.
Kõik kommentaarid