Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace ZS 2010/2011 SPEC. 2.p 2010 - Ing. Václav Rada, CSc.
Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb Teorie měření a regulace Teorie regulace 2b 21.z-2b.tr ZS 2014/2015 2014 - Ing. Václav Rada, CSc.
Kybernetika popis obecných zákonitostí týkajících se řízení a řídicích systémů i přenosu informací. Velice úzce souvisí s rozvojem techniky, který nastal v období před druhou světovou válkou a v jejím průběhu. Hnacím motorem tehdejšího vývoje a pokroku bylo bohužel válečnické úsilí.
Kybernetika Zabývá se systémy, které informace přijímají, ukládají, zpracovávají a na jejich základě činí rozhodnutí. Informace signály, které vysílá jako výsledek řídicí systém nabývají vzhledem k definovanému cíli určitého smyslu. A je jedno, o jakou oblast života se jedná jen je nutno výsledky správně a relevantně interpretovat.
Kybernetika Předmětem studia kybernetiky nejsou úplně obecné systémy, ale tzv. kybernetické systémy a jejich kybernetická teorie systémů (pro zobrazování systémů používá množinové vyjádření). Kybernetické systémy mají cílové chování, což je vlastnost systémů vyznačujících se vědomím.
Kybernetika je věda, která se zabývá obecnými principy řízení a přenosu informací ve strojích a živých organismech.
Nejdůležitější principy kybernetiky: Za zakladatele - otce kybernetiky je považován americký matematik Norbert Wiener, který vydal v roce1948 knihu Kybernetika aneb Řízení a sdělování u organismů a strojů
Nejdůležitější principy kybernetiky: Zpětná vazba Do základů byla zahrnuta i teorie řízení systémů založená na zpětné vazbě a jejích účincích v systému řízení. Je to velmi obecný princip. Je především zásluhou kybernetiky, že se stal obecně známým a umožnil vysvětlit řadu dějů odehrávajících se v nejrůznějších dynamických systémech.
Informace Nejdůležitější principy kybernetiky: Postupně vznikla exaktní teorie informace - informace doplnila fyzikální obraz světa, protože jde o stejně důležitou entitu, jakou je hmota či energie. Informace je nositelem vědomostí, proto má různé úrovně a hodnoty má svou klasifikaci, kvantifikaci a kvalifikaci nutně tedy má i jakost a kvalitu. Informace má svou přesně definovatelnou povahu.
Nejdůležitější principy kybernetiky: Model Systematické studium různých systémů vedlo k poznatku, že systémy různé fyzikální podstaty mohou mít velmi podobné chování a že chování jednoho systému můžeme zkoumat prostřednictvím chování jiného, snáze realizovatelného systému ve zcela jiných časových či prostorových měřítcích = pomocí modelu, dnes vytlačeny symbolickými modely na číslicových počítačích.
Nejdůležitější základy kybernetiky: Statické vlastnosti = statické charakteristiky vyjadřují závislosti (hodnot) veličiny výstupní na (hodnotách) veličiny vstupní, čili vyjadřuje vztah mezi vstupní a výstupní veličinou v ustáleném stavu po skončení všech (časově závislých a v čase probíhajících) přechodných dějů. Statickou charakteristiku získáme zpravidla měřením a vynesením do grafu, protože grafická podoba je průkazná a reprezentativní.
Typické nelinearity omezení (spojitý průběh), relé (nespojitý průběh), obecný spojitý
Nejdůležitější základy kybernetiky: Dynamické vlastnosti = dynamické charakteristiky Dynamické vlastnosti vyjadřují chování prvku nebo obvodu při změnách probíhají v čase určují rychlost i kvalitu reakce na časově probíhající změny.
Dynamické vlastnosti = dynamické charakteristiky Matematicky jsou popsány diferenciálními rovnicemi: n a n * d y (t) n - 1 + a n-1 * d y (t) +... + a 1 * dy (t) + a 0 * y (t) = n dt n - 1 dt dt m = b m * d x (t) m - 1 + b m-1 * d x (t) +... + b 1 * dx (t) + b 0 * x (t) m m - 1 dt dt dt Přenos je poměr výstupního signálu ke vstupnímu.
Přenos je poměr výstupního signálu ke vstupnímu. Y(p) b m * p F(p) = ------------ = ------------------------------------------ n + + b 2 * p 2 + b 1 * p + b 0 X(p) a n * p m + + a 2 * p 2 + a 1 * p + a 0 Y (p) = F (p) * X (p) y (t) = f (t) * x (t) znamená, že časově definovaná závislost je y (t) = integrál (pro čas od 0 do konečného, ustáleného času t ) z funkčního vztahu vstupní proměnné x (t) * dt
Dynamické vlastnosti = dynamické charakteristiky - operátorový přenos (přenosová funkce) nejčastěji používaný způsob diferenciální rovnice se transformuje vytvořením poměru obrazu výstupní veličiny k obrazu vstupní veličiny
Dynamické vlastnosti = dynamické charakteristiky - impulsní charakteristika obdobná charakteristika pro vstupní signál ve tvaru Diracova impulsu je derivací přechodové charakteristiky
Dynamické vlastnosti = dynamické charakteristiky - frekvenční přenos je dán pro vstupní sinusový signál s konstantní amplitudou a proměnnou frekvencí vzhledem k linearitě bude sinusový i na výstupu, ale s jinou amplitudou a fází frekvenční přenos je tedy poměr výstupní sinusovky ke vstupní pro každou frekvenci
Dynamické vlastnosti = dynamické charakteristiky - frekvenční charakteristika je grafickým vyjádřením dynamického chování přenosové funkce v daném frekvenčním spektru (rozsahu) existuje amplitudová fázová frekvenční charakteristika v komplexní rovině (případně v polární rovině) a v semilogaritmických souřadnicích - rozložení pólů a nul v komplexní rovině.
Im [ F (jω) ] Frekvenční charakteristika ω = ω = 0 φ Re [ F (jω) ] A ω
20 log A [ db ] 20 log K amplitudová frekvenční charakteristika Frekvenční charakteristika v semilogaritmických souřadnicích 0 1 10 100 1 k 10 k f [Hz] +180 +90 0 [ o ] -90-180 -270-360 fázová frekvenční charakteristika
Aby bylo možné aplikovat Laplaceovu transformaci, je nutné přijmout jako fakt, že skok začíná v čase t = 0 a vlevo od tohoto času de facto neexistoval. x (t) Přechodová charakteristika - jednotkový skok A = 1 t = 0 t [čas]
x (t) Přechodová charakteristika - odezva na jednotkový skok t [čas] t = 0
Aby bylo možné aplikovat Laplaceovu transformaci, je nutné přijmout jako fakt, že skok začíná v čase t = 0 a vlevo od tohoto času de facto neexistoval. x (t) Přechodová charakteristika - jednotkový impuls A = velká t = 0 Δt = malý t [čas]
x (t) Přechodová charakteristika - odezva na jednotkový impuls t = 0 t [čas]
Základní schema zpětnovazebního regulačního obvodu. w regulační odchylka e Regulátor porucha x u soustava y žádaná hodnota - u y signál zpětné vazby člen zpětné vazby regulovaná veličina
Regulátory. SPOJITÉ DISKRÉTNÍ - impulsní - číslicové - krokové
Regulátory. - současné regulátory jsou upraveny pro možnost dálkového nastavování (změna parametrů regulátoru u nejvyspělejších a tím pádem i nejkomplikovanějších, je i možnost změny charakteru regulátoru, změna parametrů měřicí části, statické charakteristiky převodníků, filtrů a zesilovačů, změny cejchovních křivek atd.) - většinou obsahují i koncové silové prvky (spínače)
MODEL REGULACE - analýza výchozích podmínek - úvodní matematický popis - blokové schema modelu - simulace na modelu - analýza dosažitelných výsledků - aplikace do reálu - ověření v reálu v případě vyhovujících výsledků = konec - úprava modelu a nové modelování a přenos výsledků do reálu. Model regulace.
a to by /snad? - pro teď/ bylo vše... P 2 - speciál
Témata VR - ZS 2009/2010