Aria tematica 4

download Aria tematica 4

of 15

  • date post

    01-Feb-2017
  • Category

    Documents

  • view

    215
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Aria tematica 4

  • 1

    9. Fundamente de Automatizri

    1. Explicai comparativ termenii de comand i reglare

    tiina care abordeaz din punct de vedere teoretic problemele sistemelor de reglare i de comand, adic problemele de influenare direcionat asistemelor dinamice (fizice sau abstracte) este Teoria sistemelor. Ea nu face distincie ntre natura diferit a sistemelor fizice. n limba englez termenul "CONTROL" surprinde att reglarea ct i comanda. Distincia ntre cele dou se face prin: "feed forward control" - pentru sistemele de comand i "feed-back control" pentru sistemele de reglare. n limba romn termenii coreci sunt: control n circuit deschis (sau conducere n circuit deschis) -pentru sistemele de comand i control n circuit nchis (sau conducere n circuit nchis) -pentru sistemele de reglare.

    Prin termenul de "automatizare" se exclud domeniile netehnice, iar prin termenul "cibernetic" se extide domeniul i cu probleme de transmitere i prelucrare de informaii.

    2. Prezentai structura clasic a unui sistem de reglare automat

    Schema bloc a unui sistem de reglare automat n varianta clasic, abreviat SRA este prezentat n fig.1.

    Mrimile poart denumirile: w mrime de conducere, r mrime de reacie, u mrime de comand, e eroare de reglare ( e = w r), v mrime perturbatoare, y mrime reglat.

    Dispozitivele sunt denumite astfel:

    ELEMENTUL DE COMPARARE + ELEMENTUL DE REGLARE = REGULATOR

    REGULATORUL + ELEMENTUL DE EXECUIE = DISPOZITIV DE REGLARE

    ELEMENTUL DE EXECUIE + ORGANUL DE REGLARE = DISPOZITIV DE COMAND

    3. Enumerai cerinele referitoare la reglare

    1. Stabilitatea reprezint capacitatea unui sistem de reglare sau comand de a ajunge ntr-o stare de echilibru.

    w

    v y ELEMENT

    DE REGLARE

    ELEMENT DE EXECUIE

    DISPOZITIVUL DE MSURARE

    REGULATOR DISPOZITIV DE COMAND

    DISPOZITIV DE REGLARE

    e u m

    OR

    GA

    N

    DE

    REG

    LAR

    E PROCES

    Fig.1. SRA

    r

  • 2

    2. Precizia staionar este dat de eroarea de reglare sau numai de valoarea diferenei dintre valoarea prescris i valoarea real n regim de echilibru.

    3. Calitatea dinamic vizeaz regimul tranzitoriu. Prin cerine de calitate dinamic se solicit ca rspunsul unui sistem su s nu fie, pe de-o parte prea lent, iar pe de alt parte prea oscilant.

    4. Cerine optimale sunt de natur cantitativ. Se cere ca sistemul s aib o comportare optim dintr-un anumit punct de vedere denumit criteriu de optim.

    5. Cerine impuse de elementul de execuie datorit domeniului limitat de variaie a mrimii de execuie. Caracteristica unui element de execuie este de obicei liniar cu saturaie.

    4. Care sunt etapele prelucrrii unei teme de reglare

    (I) Formularea problemei. De regul, const n extragerea problemei de reglare dintr-o tem de proiectare de automatizare mai mare.

    (II) Alegerea echipamentelor const n alegerea elementului de execuie, a elementului de msurare i a elementului de comparare. Alegerea depinde de tipul procesului i de sarcinile sistemului de reglare. inginereasc acumulat n timp, ntru-ct fiecare domeniu are particularitile sale.

    (III) Conceperea modelului matematic (MM) al sistemului de reglare. Este vorba de identificarea a unei pri din sistemul de reglare i anume a lanului format din: element de execuie proces element de msurare. Modelele obinute trebuie aduse la formele canonice.

    (IV) Analiza sistemului de reglare reprezint operaia de investigare a stabilitii i a comportrii staionare, n cazul n care dispozitivul de reglare se consider sub forma de element proporional.

    (V) Corecia dinamic a sistemului de reglare. Dac regulatorul proporional din etapa anterioar nu asigur calitatea dorit atunci algoritmul de lucru al acestuia trebuie corectat astfel nct sistemul s fie stabil, cu o calitate dinamic corespunztoare i o precizie staionar adecvat.

    (VI) Simularea sistemului de reglare pe calculator. Prin aceast etap se valideaz rezultatul etapei anterioare i const din supunerea modelului matematic al sistemului de reglare la diferite scenarii de solicitare, corespunztoare sistemului real.

    (VII) Realizarea fizic a regulatorului. Aceast etap urmrete transpunerea regulatorului proiectat n etapa V i simulat n etapa IV ntr-o schem fizic concret.

    5. Extinderea noiunii de reglare

    Structura de reglare clasic nu este suficient pentru asigurarea performanele unui sistem de reglare mai complicat i mai pretenios. Astfel se ajunge la structuri complexe. Exist cel puin trei motive care justific utilizarea de structuri complexe:

    i) - intensificarea aciunii mrimii de comand n sensul interveniei oportune. Aceasta presupune observarea mai atent a procesului, cuprinznd mai multe mrimi i realizarea de reacii multiple.

    ii) - exist procese care au mai multe mrimi de comand, deci necesit comenzi multiple.

  • 3

    iii) - exist procese care au un grad ridicat de necunoatere a comportrii lor. n cadrul structurii clasice s-a considerat doar cazul n care necunoaterea a fost restrns la nivelul perturbaiei. n numeroase cazuri incertitudinea este mult mai mare. Sub influena mediului ambiant, parametri procesului pat s se modifice att de mult nct o singur bucl de reglare s nu poat face fa. De aceea este necesar utilizarea de sisteme de reglare capabile s se adapteze la aceste modificri. Astfel de sisteme se numesc sisteme de reglare adaptive. Aciunea lor se bazeaz pe observarea mai complex a procesului soldat cu adaptri ale regulatorului. Prin observarea complex se obine o cunoatere temporar care compenseaz necunoaterea aprioric a procesului. Ca urmare procesul de adaptare este continuu. Cele mai des utilizate scheme de adaptare sunt: a) structura autoadaptiv, b) structura cu model de referin.

    6. Conceptul de sistem linear

    Fie un sistem cu orientarea dependena funcional u y , asupra cruia se efectueaz trei experimente i anume:

    se aplic la intrare o funcie )()( 1 tutu = , corespunztor la ieire se obine o funcie )()( 1 tyty = ;

    se aplic la intrare o funcie )()( 2 tutu = , corespunztor la ieire se obine o funcie )()( 2 tyty = ;

    se aplic la intrare o funcie Rcctuctuctu += 212211 ,),()()( , corespunztor la ieire se obine o funcie )()( 3 tyty = ;

    Definiie: spunem c sistemul este linear dac:

    UtutuRcctyctycty += )(),(,,),()()( 212122113 .

    Se observ c linearitatea cuprinde urmtoarele dou principii:

    pentru 1,1 21 == cc apare principiul superpoziiei;

    pentru 0, 21 == ccc apare principiul amplificrii.

    Sistemele lineare au urmtoarea proprietate notabil: prin interconectarea de sisteme lineare se obine un sistem linear.

    7. Formele canonice ale modelelor matematice intrare-stare-ieire ale sistemelor liniare n timp continuu

    Modele matematice intrare-stare-ieire au forma:

    +==+=

    )()()()(),()()(

    tuDtxCtyxtxtuBtxAtx oo&

    Mrimile sunt: vectorul de intrare mRu , vectorul de stare nRx i vectorul de ieire pRy . Matricele A, B, C, D sunt constante i au dimensiunile: A(n,n), B(n,m),

    (1) (2)

  • 4

    C(p,n), D(p,m). Ele au denumirile : A - matricea sistemului, B - matricea de intrare, C - matricea de ieire i D - matricea de interconexiune.

    Relaia (1) se numete ecuaie de stare. Prin derivata vectorului de stare ea red tendina de evoluie a sistemului. Relaia (2) se numete ecuaie de ieire.

    8. Prezentai conexiunile de baz si relaiile de legtur dintre mrimi

    1Conexiunea paralel (fig.1).

    Relaiile specifice conexiunii paralel sunt:

    +===

    )()()()()()()(

    21

    2

    1

    tytytytutututu

    (1)

    2Conexiunea serie (fig.2).

    Relaiile specifice specifice conexiunii serie:

    ===

    )()()()(

    )()(

    2

    12

    1

    tytytytu

    tutu (2)

    3Conexiunea cu reacie (fig.3).

    Se trateaz simultan dou cazuri:

    - conexiunea cu reacie negativ (-);

    - conexiunea cu reacie pozitiv (+).

    Relaiile specifice conexiunii cu reacie:

    ===

    )()()()(

    )()()(

    2

    1

    21

    tytutyty

    tytutu m (3)

    9. Cum de soluioneaz problema calculului sistemelor n regim staionar

    n ipoteza c regimul staionar exist, toate mrimile sunt funcii constante de timp:

    === xtxvtvwtw )(,)(,)( (1)

    Se pune problema calculrii valorilor staionare ale mrimilor din sistem n funcie de valorile staionare ale mrimilor de intrare. Problema se rezolv cu ajutorul teoremei valorii finale :

    u1=u y1 u y u2=u y2

    Fig.1 Conexiunea paralel

    H1(s)

    H2(s)

    u= u1 y1=u2 y2=y

    Fig.2 Conexiunea serie

    H1(s) H2(s)

    u u1 y1=y (+) y2 u2=y

    Fig.3 Conexiunea cu reacie - negativ, + pozitiv

    H1(s)

    H2(s)

  • 5

    Dac exist i este finit )(lim tfft

    = atunci )(lim0

    sfsfs

    =

    . (2)

    unde f(s) este imaginea Laplace a funciei f(t). ntruct nu intereseaz modul n care sistemul ajunge n regim staionar ci doar valorile mrimilor n regim staionar, pentru simplificarea calculelor se poate considera c sistemul a ajuns n regim staionar datorit aplicrii la intrare a unor semnale treapt de amplitudini egale cu valorile staionare ale mrimilor de intrare.

    10. Ce nelegei prin Observabilitatea sistemelor dinamice?

    Aceast proprietate este necesar n situaiile n care din vectorul de stare se realizeaz bucla de reacie iar mrimile de stare nu sunt msurabile n mod direct, n totalitate sau n parte. Pentru msurarea indirect a mrimilor de stare se utilizeaz un sistem denumit observator de

    stare (OS). Acesta se concepe astfel nct m