OBJEKTI, SISTEMI I KONCEPTIOBJEKTI, SISTEMI I KONCEPTI

UPRAVLJANJA I REGULACIJEUPRAVLJANJA I REGULACIJE

AUDITORNE VJEAUDITORNE VJEŽBEŽBE

Na sliNa slikama koje slijedekama koje slijede prikazaniprikazani susu automatizirani ure automatizirani ureññaji iz svakidašnjeg života.aji iz svakidašnjeg života.Za svaki od tih ureZa svaki od tih ureññaja potrebno je:aja potrebno je:a.) nacrtati a.) nacrtati funkcionalnufunkcionalnu blok blok--shemu djevovanja tih ureshemu djevovanja tih ureññaja s naznakom osnovnih elemenataaja s naznakom osnovnih elemenata

radnog procesa,radnog procesa,b.) odrediti princip prema kojem se ostvaruje zadatak upravljanb.) odrediti princip prema kojem se ostvaruje zadatak upravljanja (regulacije),ja (regulacije),c.) naznačiti osnovne veličine regulacijskog kruga (upravljana c.) naznačiti osnovne veličine regulacijskog kruga (upravljana ili regulirana, nazivna ili željena, ili regulirana, nazivna ili željena,

regulacijsko odstupanje, postavna ili upravljačka veličinaregulacijsko odstupanje, postavna ili upravljačka veličina, te poremećaji)., te poremećaji).

PRIMJER 1PRIMJER 1.

a.)

DNV grija č kruhw u = i y

z

c.) c.)

•• upravljana veli čina (y) upravljana veli čina (y) –– stupanj ispečenosti kriške kruha,stupanj ispečenosti kriške kruha,

•• nazivna (željena) veli čina (w) nazivna (željena) veli čina (w) –– jačina ili trajanje grijanja (postavlja se na dugmetu),jačina ili trajanje grijanja (postavlja se na dugmetu),

•• upravlja čka veli čina (u) upravlja čka veli čina (u) –– struja (koja prolaskom kroz grijače generira toplinu),struja (koja prolaskom kroz grijače generira toplinu),

•• poreme ćaji (z) poreme ćaji (z) –– debljina i vlažnost kriške kruha.debljina i vlažnost kriške kruha.

-

PRIMJER PRIMJER 22..

a.)

DNV grijač

bimetal

ii

∆∆xx

w = �ϑ u = i y = ϑ

z

x1

x2

-

-∆x=e

ww

xx11

xx22

zzporeme ćajiporeme ćaji

bimetalbimetal

grija čgrija č

c.)

�� regulirana veli čina (y = ) – temperatura grijne ploče glačala,ϑ�� nazivna (željena) veli čina (w = ) – temperatura koja se zadaje na upravljačkom dugmetu,�ϑ� regulacijska (postavna) veli čina (u = i) – električna struja (koja se propušta koz grijnu spiralu),

� poreme ćaji (z) – sve one veličine koje utječu na hlañenje grijne ploče glačala: temperatura okoline,temperatura rublja, vlažnost rublja, način rada glačalom, itd.

PRIMJER PRIMJER 33..

vodavoda

11 22 55 33ww

zz11 zz55

zz33

zz44

zz22 zz66

ispiranjeispiranje

a.)

centrifugiranjecentrifugiranjeiskuhavanjeiskuhavanjeprihvat vodeprihvat vodei deterdžentai deterdženta

ii

grija čgrija č

bimetalbimetal

�� � � �ϑϑϑϑ

ϑϑϑϑ �� � � � qqww

tttt33 tt55

nn

tttt33 tt55

qqww

tttt33 tt55

-

w1 w2

Qw = u = f(tj), j = 3,5

PRIMJER PRIMJER 44..

2

1

3

4

5

67

8

109

11

1. elektromagnetski 2/2 ventil1. elektromagnetski 2/2 ventil

2. menzura (spremnik)2. menzura (spremnik)

3. pumpa pokretana istosmjernim elektromotorom3. pumpa pokretana istosmjernim elektromotorom

4. 4. troputnitroputni ventil s elektriventil s elektri ččnim pogonomnim pogonom

5. 5. kapacitivnikapacitivni senzorsenzor

6. upravlja6. upravlja ččka jedinicaka jedinica

7. tank (u kojem se nalazi voda)7. tank (u kojem se nalazi voda)

8. cijev od 8. cijev od troputnogtroputnog ventila prema tankuventila prema tanku

9. 9. cijev od cijev od troputnogtroputnog ventila prema ventila prema spremniku spremniku

10. cijev od tanka prema pumpi10. cijev od tanka prema pumpi

11. cijev od pumpe prema 11. cijev od pumpe prema troputnomtroputnom ventiluventilu

Prikazati i objasniti moguća rješenja upravljanja (regulaciPrikazati i objasniti moguća rješenja upravljanja (regulacije) visine tekućine u menzuri. Svako od rješenjaje) visine tekućine u menzuri. Svako od rješenja

prikazati pomoću funkcionalnog blokprikazati pomoću funkcionalnog blok--dijagrama, te ih diskutirati.dijagrama, te ih diskutirati.

1.1. UPRAVLJANJE VISINOM TEKU ĆINE POMOĆU TROPUTNOG VENTILAUPRAVLJANJE VISINOM TEKU ĆINE POMOĆU TROPUTNOG VENTILA

upravljačkaupravljačkajedinicajedinica

koračni koračni motormotor

troputni troputni ventilventil MENZURAMENZURA

wwhh uu ll qqmm hh

wwhh = = željena visina tekućineželjena visina tekućine

u = i u = i -- upravljačka veličinaupravljačka veličina

l l -- visina podizanja ventilavisina podizanja ventila

qqmm -- maseni protokmaseni protok

h h -- uuppravljana (izlazna) veličinaravljana (izlazna) veličina

DNV

2. UPRAVLJANJE VISINOM TEKU ĆINE POMOĆU PUMPE2. UPRAVLJANJE VISINOM TEKU ĆINE POMOĆU PUMPE

upravljačkaupravljačkajedinicajedinica

pumpapumpawwhh uu

MENZURAMENZURAqqmm hhDNV

3. REGULACIJA VISINE TEKU ĆINE POMOĆU TROPUTNOG VENTILA3. REGULACIJA VISINE TEKU ĆINE POMOĆU TROPUTNOG VENTILA

MENZURAMENZURAqqmm hh

DNVDNVww regulacijskiregulacijski

ureureññajajkoračni koračni motormotor

troputni troputni ventilventil

uu ll

mjerni članmjerni član

zz

--ee

hhmjerenomjereno

ww = h= hžželjenoeljeno -- nazivna (željena) veličinanazivna (željena) veličina

zz -- poremećajiporemećaji

e = he = hžželjenoeljeno –– hhmjerenomjereno -- regulacijskregulacijska grea greškaška

4. REGULACIJA VISINE TEKU ĆINE POMOĆU PUMPE4. REGULACIJA VISINE TEKU ĆINE POMOĆU PUMPE

DNVDNVww regulacijskiregulacijski

ureureññajajpumpapumpauu

MENZURAMENZURAqqmm hh

mjerni članmjerni član

zz

--ee

hhmjerenomjereno

PRIMJER 5.PRIMJER 5.

DOBAVLJA ČDOBAVLJA Č

TRŽIŠTETRŽIŠTE

POTROŠAČPOTROŠAČ

TRGOVACTRGOVAC

-

b1

+yw ue

b2

Prikazati i objasniti pomoću funkcionalnog blokPrikazati i objasniti pomoću funkcionalnog blok--dijagrama upravljanje (regulaciju) slijedećih sustava.dijagrama upravljanje (regulaciju) slijedećih sustava.

ZAKON PONUDE I POTRAŽNJE. (EKONOMSKI SUSTAV)ZAKON PONUDE I POTRAŽNJE. (EKONOMSKI SUSTAV)

ww -- željena (referenta) veličina željena (referenta) veličina -- stabilna cijena (bez fluktuacija) na tržištu, stabilna cijena (bez fluktuacija) na tržištu, w = 0w = 0

yy -- izlazna (regulirana) veličina izlazna (regulirana) veličina -- stvarna cijena na tržištustvarna cijena na tržištu

bb11 -- ponudaponuda

bb22 -- potražnjapotražnja

ee -- razlika izme razlika izmeññu ponude i potražnje (regulacijsko odstupanje)u ponude i potražnje (regulacijsko odstupanje)

PRIMJER 6.PRIMJER 6.

VAZOMOTORNICENTAR

(VMC)

VAZOMOTORNICENTAR

(VMC)

REGULACIJA KRVNOG PRITISKA. (BIOLOŠKI SUSTAV)REGULACIJA KRVNOG PRITISKA. (BIOLOŠKI SUSTAV)

AORTA(Q)

AORTA(Q)

BARORECEPTORIBARORECEPTORI

ARTERIOLEk(•)4

ARTERIOLEk(•)4

w = po y = p

-

p = Qp = Qρρ

ww = p= po o -- željeni (referentni) prosječni krvni pritisak (100 mm Hg)željeni (referentni) prosječni krvni pritisak (100 mm Hg)

y = py = p -- izlazna (regulirana) veličina izlazna (regulirana) veličina -- stvarni krvni pritisakstvarni krvni pritisak

ρ1/d

QQ -- volumenski protok krvi ivolumenski protok krvi iz srca u aortuz srca u aortu

ρρ -- protočni otpor u arteriolamaprotočni otpor u arteriolama ( )4k 1/ dρ =

PRIMJER 7.PRIMJER 7.

UUUU -- upravljačkiupravljački ureureññajaj (regulator)(regulator)

DNV DNV -- davačdavač nazivnenazivne ((željeneželjene, , zadanezadane) ) veličineveličine

ww -- nazivnanazivna ((željenaželjena, , zadanazadana) ) veličinaveličina

u u -- upravljačkaupravljačka ((postavnapostavna, , regulacijskaregulacijska) ) veličinaveličina

yy -- upravljanaupravljana ((reguliranaregulirana) ) veličinaveličina

U pU protočnirotočni reaktorreaktor dandan slikomslikom, , utječeutječe mm11 (kg/s) (kg/s) čistečiste vodevode i i mm22 (kg/s) (kg/s) otopineotopine tvaritvari A A koncentracijekoncentracije CCA A (molA/kg).(molA/kg).MješanjeMješanje u u reaktorureaktoru jeje idealnoidealno..

ZbogZbog zahtijevazahtijeva u u ostalimostalim dijelovimadijelovima postrojenjapostrojenja izlaznaizlazna koncentracijakoncentracija CCii moramora se se držatidržati nana odabranojodabranoj iliili željenojželjenojvrijednostivrijednosti CCžž ..

KakoKako jeje i pod i pod kojimkojim uvjetimauvjetima to to mogućemoguće ostvaritiostvariti ??

PomoćuPomoću blokovablokova prikažiteprikažite i i diskutirajtediskutirajte mogućamoguća rješenjarješenja zaza odabraneodabrane uvjeteuvjete radarada..

mm11 mm22= u= u CCAA

CCii= y= y

CCŽŽ= w= w

ll

mm22= u= u CCii= y= yCCŽŽ= w= w CCii= y= yCCŽŽ= w= wll

1. UPRAVLJANJE U OTVORENOM UPRAVLJA ČKOM LANCU1. UPRAVLJANJE U OTVORENOM UPRAVLJA ČKOM LANCU

PrednostiPrednosti ::-- najjednostavnijenajjednostavnije i i najjeftinijenajjeftinije rješenjerješenje

-- najmanjinajmanji utrošakutrošak mjernomjerno--regulacijsregulacijske ke opremeopreme

NedostaciNedostaci ::-- početnepočetne pretpostavkepretpostavke u u praksipraksi susu rijetkorijetko ispunjeneispunjene

-- trošenjetrošenje i i promjenepromjene radnihradnih karakteristikakarakteristika opremeopreme rezultirarezultira nemogućnošćunemogućnošću ispunjenjaispunjenja postavljenogpostavljenog zahtijevazahtijeva

((CCii = C= Cžž))

Zaklju čakZaklju čak: : ovakvoovakvo rješenjerješenje rijetkorijetko bi se bi se moglomoglo primijenitiprimijeniti u u praksipraksi

( ) ( )wfCfmumCC

Cm Ž

ŽA

Ž ===−

= 212 ,

2111 mmkonstmCkonstCmkonstm iAA +====== .,.,.Pretpostavke:Pretpostavke:

2. UPRAVLJANJE POREME ĆAJNOM VELIČINOM2. UPRAVLJANJE POREME ĆAJNOM VELIČINOM

CCAA= z= z22

CCii= y= y

mm11= z= z11

mm22= u= uCCžž= w= w ll

CCžž= w= w

ll

CCii= y= y

CCAA= z= z22mm11= z= z11 mm22= u= u

PrednostiPrednosti ::-- otklonjeniotklonjeni vanjskivanjski poremećajiporemećaji

NedostatakNedostatak ::-- sistemsistem i i daljedalje osjetljivosjetljiv nana svesve poremećajeporemećaje kojikoji nastajunastaju iznutraiznutra, , zbogzbog trošenjatrošenja ((starenjestarenje) i ) i promjenapromjena radnihradnihkarakteristikakarakteristika opremeopreme, , tete osjetljivostosjetljivost nana nemjerljivenemjerljive poremećajeporemećaje izvanaizvana ((nprnpr. . promjenapromjena tlakatlaka ulazneulazne tvaritvari))

( ) ( )1212 mCCfmumCC

Cmtu AŽ

ŽA

Ž ,,, ==−

==

3. REGULACIJA POREME ĆAJA3. REGULACIJA POREME ĆAJA

CCii= y= ymm22= u= uCCžž= w= w ll

CCŽ Ž = w= w

mm1 1 == zz11 mm22= u= u CCAA= z= z22

CCi i = y= y

ll

mm11

CCAžAžmm1ž1ž

PrednostiPrednosti ::-- vanjskivanjski poremećajiporemećaji pod pod kontrolomkontrolom, , mogućnostmogućnost odabiraodabira njihovihnjihovih iznosaiznosa

NedostaciNedostaci ::-- sistemsistem i i daljedalje osjetljivosjetljiv nana svesve poremećajeporemećaje kojikoji nastajunastaju iznutraiznutra, , zbogzbog trošenjatrošenja opremeopreme i i promjenepromjene njenihnjenihkarakteristikakarakteristika

-- velikiveliki utrošakutrošak mjernomjerno--regulacijskeregulacijske opremeopreme

-- zbogzbog sporostisporosti regulacijskihregulacijskih krugovakrugova ((RR11, , RR22) ) rezultatirezultati mogumogu bitibiti slabijislabiji negonego u u prošlomprošlom slučajuslučaju

4. UPRAVLJANJE S POSREDNOM KOMPENZACIJOM POREME ĆAJA 4. UPRAVLJANJE S POSREDNOM KOMPENZACIJOM POREME ĆAJA -- REGULACIJAREGULACIJA

−−−−−−−−

CCŽŽ= w= w

ll

mm11 mm22= u= u CCAA

CCii= y= y

mm22= u= u CCii= y= yCCŽŽ= w= w

llee

PRIMJER 8.PRIMJER 8.

Na slici je prikazan industrijski robot. Potrebno je pomoćuNa slici je prikazan industrijski robot. Potrebno je pomoću funkcionalne blok funkcionalne blok –– sheme prikazati voñenje ovog sheme prikazati voñenje ovog

multivarijabilnog sustava.multivarijabilnog sustava.

-- položaj, brzina i ubrzanje (gibanje) prihvatnice ( i = 1, …,n)položaj, brzina i ubrzanje (gibanje) prihvatnice ( i = 1, …,n)

UPRAVLJAČKAJEDINICA

(RAČUNALO)

UPRAVLJAČKAJEDINICA

(RAČUNALO)PRIGONIPRIGONI

KINEMATIČKISUSTAV +

PRIHVATNICA

KINEMATIČKISUSTAV +

PRIHVATNICAOKOLINAOKOLINA

SENZORISENZORI

SUSTAV ZARASPOZNAVANJE

SUSTAV ZARASPOZNAVANJE

SUSTAV ZAMJERENJEPOLOŽAJA

SUSTAV ZAMJERENJEPOLOŽAJA

u i Tiɺ ɺɺ� � �� � � � �

stanja gibanja

prigonapovratne sile i

momenti

uu ii -- upravlja čki signali (i = 1, …,n)upravlja čki signali (i = 1, …,n) n n –– broj stupnjeva slobode gibanja robotabroj stupnjeva slobode gibanja robota

TTii -- prigonske sile i momenti (i = 1, …,n)prigonske sile i momenti (i = 1, …,n)

ɺ ɺɺ� � �� � � � �