SISTEMI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA - ucg.ac.me 1.pdfآ  Predavanje 1 Ishodi uؤچenja: Nakon savladavanja

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

  • SISTEMI AUTOMATSKOG

    UPRAVLJANJA

  • Predavanje 1

    Ishodi uenja:

    Nakon savladavanja gradiva sa ovog predavanja studenti e moi da:

    v Razumiju osnovne koncepte automatskog upravljanja i daju

    neke ilustrativne primjere SAU-a.

    v Naprave kratak pregled istorije sistema automatskog

    upravljanja, njihove primjene i uloge u drutvu.

    v Skiciraju osnovnu regulacionu strukturu SAU-a i prepoznaju

    ulogu njegovih osnovnih komponenti.

    2

    Uvod u sisteme automatskog

    upravljanja

  • Osnovni pojmovi

    Upravljanje je proces podeavanja promjenljive sistema na

    eljenu vrijednost (na primjer temperature).

    Sistem skup elemenata i ureaja meusobno povezanih u cilju

    obavljanja odreene funkcije.

    SAU je je skup komponenti koje formiraju sistem na nain

    kojim se obezbijeuje eljeni odziv.

    Proces (objekat upravljanja) je ureaj, sistem ili objekat kojim

    se upravlja. Dinamika procesa se opisuje ulazno-izlaznim

    relacijama.

    3

    ProcesUlaz Izlaz

  • Upravljanje u otvorenoj sprezi

    Upravljaki sistem (sistem upravljanja) u otvorenoj sprezi koristi

    regulator i aktuator za dobijanje eljenog odziva procesa

    direktno, bez povratne sprege (informacije).

    4

    eljeni izlazRegulator ProcesAktuator

    Izlaz

    Primjeri?

    Elektrini toster, ve maina, itd.

    Sistemi u otvorenoj sprezi nemaju informaciju o stanju na izlazu sistema, pa

    samim tim ne mogu automatski da izvre korekciju upravljakog signala, ukoliko

    izlaz odstupi od eljene vrijednosti.

    Mane?

  • Upravljanje u otvorenoj sprezi

    5

    Primjer?

    Na primjer, ukoliko podesite tajmer klima ureaja na 30 minuta, prostorija se nee

    zagrijati ukoliko su sve vrijeme vrata bila otvorena. U ovom primjeru spoljani

    vazduh predstavlja smetnju na ulazu sistema.

    Takoe, sistemi upravljanja u otvorenoj sprezi ne mogu reaguju ukoliko doe do

    pojave smetnji na ulazu sistema ili promjena u parametrima sistema.

    eljeni izlazRegulator ProcesAktuator

    Izlaz

    Smetnja

    Sistemi u otvorenoj sprezi su jeftiniji i jednostavniji za implementaciju u odnosu

    na sisteme za zatvorenom spregom. Idealni za korienje u sluajevima kada je

    veza izmeu izlaza i ulaza sistema jasno definisana i nezavisna od uticaja spoljnih

    poremeaja.

  • Upravljanje sa zatvorenom spregom

    Sistem upravljanja sa povratnom spregom koristi mjerenja

    stvarne vrijednosti izlazne promjenljive i poredi ih sa eljenom

    vrijednou odziva.

    Povratna sprega omoguava upravljanje izlaznom promjenljivom

    i poveava tanost, ali treba voditi rauna o stabilnosti odziva.

    6

    eljeni izlazRegulator ProcesAktuator

    Izlaz

    SenzorMjerenja Povratna sprega

    Greka

    -

    Primjeri?

    Klima ureaj, automobil, pozicioni i brzinski servomehanizmi, itd..

  • Upravljanje sa zatvorenom spregom

    Sistem upravljanja treba da obezbijedi dobre performanse i u

    sluajevima pojave poremeaja i mjernih umova.

    7

    eljeni izlazRegulator ProcesAktuator

    Izlaz

    Smetnja

    SenzorPovratna sprega

    um-

    Sistemi u otvorenoj sprezi su jeftiniji i jednostavniji za implementaciju u odnosu

    na sisteme za zatvorenom spregom. Idealni za korienje u sluajevima kada je

    veza izmeu izlaza i ulaza sistema jasno definisana i nezavisna od uticaja spoljnih

    poremeaja.

  • Proces (objekat upravljanja)

    Inenjer automatike treba da bude familijaran sa fizikom procesa

    kojim se upravlja. Da bi projektovali SAU, nije dovoljno da

    poznavanje teorije upravljanja, ve se mora poznavati i objekat

    kojim treba upravljati. Prvi korak u projektovanju SAU-a je

    modelovanje procesa. Proces se moe modelovati na vie naina:

    fiziko modelovanje (primjenom fizikih zakona koji vae za dati

    proces), identifikacija sistema, parametarska estimacija, itd.

    8

    Proces ili objekat upravljanja je ureaj ili sistem kojim se upravlja.

    Primjeri: pozicioni sistem aviona, regulacija temperature u prostoriji, robotska ruka,

    upravjanje brzinom motora

  • Senzori

    Sensori su oi SAU-a jer mu omoguavaju da vidi ta se deava. Iz

    tog razloga u vezi sa upravljanjem se esto kae:

    Sve to moe da se izmjeri, moe i da se kontrolie.

    9

    Primjeri: senzor struje, senzor zvuka, senzor nivoa fluida, senzor svjetlosti, temperaturni

    senzor, rotacioni sensor, ultrazvuni senzor, senzor protoka fluida

    Senzor je element koji kvantitativno konvertuje energiju mjerene varijable

    (izlaznog signala) u formu podesnu za mjerenje.

  • Aktuatori

    Nakon to identifikuju senzori koji mogu da izmjere izlaznu

    promjenljivu, potrebno je izabrati aktuator komponentu koja moe

    da djeluje, pokrene sistem iz tekueg (izmjerenog) stanja ka eljenom

    stanju.

    10

    Aktuator je ureaj koji ima sopstveni izvor energije i koji za odgovarajui

    upravljaki signal na ulazu, na izlazu daje odgovarajui signal mehanikog tipa.

    Primjeri: elektrini motori, hidraulini i pneumatski aktuatori.

  • Regulatori/Kontroleri

    Regulatori u SAU-u su ureaji koji koriste razliku izmeu izmjerene

    i zadate vrijednosti u cilju generisanja upravljakog signala koji se

    alje aktuatoru. Regulatori mogu biti realizovani u analognoj i

    digitalnoj tehnici.

    11

    Cilj regulatora je generisanje upravljakog signala implementacijom

    odreenog zakona/algoritma upravljanja. Projektovanje odgovarajueg

    zakona/algoritma je centralni problem teorije upraljanja.

    Primjeri: PLC - Programmable Logic Controllers, PC, mikrokontroleri, PID regulator

  • Poremeaji i mjerni umovi

    U praksi sistemi upravljanja su esto izloeni spoljnim

    poremeajima i umovima. Ovi faktori imaju znaajan uticaj na

    performanse sistema.

    SAU treba projektovati tako da bude robustan na poremeaje i

    mjerne umove, ali i na razne greke koji mogu nastati usljed

    nemogunosti preciznog modelovanja sistema. Na kraju krajeva,

    ovo teoriju upravljanja ini komplikovanijom i zanimljivijom.

    12

    Primjeri: Neravnina na putu (automobil), varijacije spoljne temeprature (regulacija sobne

    temperture), talasi (upravljanje pravcem broda), magla (ocjena treunutnog pravca ), termiki

    um, vibracije..

  • Komponente SAU-a

    Senzori predstavljaju oi, a aktuatori miie,

    dok algoritmi upravljanja omoguavaju razne finese.

    13

  • Komponente SAU-a

    14

    Bolji algoritam upravljanja

    obezbijeuje vie finesa kombinujui senzore i

    aktuatore na to inteligentnije naine

    Bolji aktuatori

    obezbijeuju vie miia

    Bolji senzori

    obezbijeuju bolju viziju

  • Uspjeno upravljanje

    Performanse SAU-a zavise od:

    v objekta kojim se upravlja (procesa)

    v postavljenih ciljeva

    v senzora

    v aktuatora

    v regulatora (algoritma upravljanja)

    v robusnosti na poremeaje i mjerne nesigurnosti

    Upravljanje je kljuna tehnologija za postizanje:

    v boljeg kvaliteta proizvoda

    v minimizacije otpada

    v zatite okoline

    v vee produktivnosti

    v vee sigurnosti

    15

  • Ciljevi upravljanja

    Prije dizajna senzora, aktuatora i upravljakog algoritma vano je

    definisati ciljeve upravljanja. Ovo ukljuuje:

    v ta tano treba da se postigne (smanjenje uloene energije,

    poveanje proizvodnje,...)

    v kojim promjenljvima treba upravljati da bi se postigli

    postavljeni ciljevi

    v koliki nivo performansi je obavezan (tanost, brzina,...)

    16

  • Dizajn SAU-a

    1. Postaviti ciljeve upravljanja

    2. Identifikovati promjenljive

    3. Postaviti zahtjeve za promjenljive

    4. Identifikovati osnovne komponente sistema

    5. Modelovati proces, aktuator i senzor

    6. Izabrati tip regulatora i podesiti vrijednosti njegovih parametara

    7. Optimizovati parametre i analizirati performanse

    Ako performanse zadovoljavaju specifikacije, finalizirati dizajn

    17

    Ako performanse ne

    zadovoljavaju

    specifikacije, vratiti se

    na korak 4.

  • Primjer dizajna SAU-a

    v Sistem upravljanja bez povratne spege

    v Strukturni blok dijagram

    18

  • Primjer dizajna SAU-a

    v Sistem upravljanja sa povratnom spegom

    v Strukturni blok dijagram

    19

  • Primjer dizajna SAU-a

    20

  • Automobil

    Cilj: Upravljanje pozicijom i brzinom automobila

    Izlazi: Trenutni pravac i brzina automobila

    Ulazi: Oznake na putu i saobraajni znakovi

    Smetnje: Neravnine na putu, usponi, vjetar

    Podsistemi: servo sistem, koioni sistem

    Mjerenja

    Mehnizam

    upravljanjaAutomobilVoza

    eljeni

    pravac

    kretanja

    Trenutni

    pravac

    Greka+

    -

  • ovjek

    i. Pankreas

    Regulie nivo eera u krvi

    ii. Adrenalin

    Automatski poveava brzinu rada srca i kiseonik u toku

    letenja

    iii. Oko

    Prati predmete koji se kreu

    iv. Ruka

    Uzima predmet i postavlja ga na eljenu poziciju

    v. Temperatura

    Regulie temperaturu na 36C - 37C

    22

  • Istorijski razvoj SAU-a

    23

    300 godina p.n.e: Vodeni asovnici u staroj Grkoj. Primjena povratne sprege.

    XVI vijek: Drebbel-ov temperaturni regulator.

    XVIII vijek: James Watt-ov centrifugalni regulator za upravljanje brzinom parne

    maine.

    XIX vijek: Maxwell razvija linearni model treeg reda centrifugalnog regulatora

    za potrebe analize stabilnosti. Routh i Hurwi