Automatyka procesów ciągłych
Danuta Holejko
rok wydania: 2012
stron: 434
format: B5
oprawa: miękka
wydawnictwo: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
Skrypt opracowany na potrzeby studiów zaocznych, dlatego omawiane zagadnienia sformułowano w sposób syntetyczny. Zawiera materiał do początkowego nauczania w zakresie automatyki procesów ciągłych. Problemy teoretyczne ilustrowane są przykładami obliczeniowymi, przy czym przedstawiono możliwości rozwiązań nie tylko tradycyjnymi metodami analitycznymi, lecz także z wykorzystaniem odpowiednich metod komputerowych.
Zawartość skryptu jest zgodna z programem nauczania podstaw automatyki na studiach stacjonarnych i niestacjonarnych oraz podyplomowych na Wydziale Mechatroniki Politechniki Warszawskiej.
SPIS TREŚCI:
Przedmowa 9
1. WPROWADZENIE 11
1.1. Pojęcia podstawowe 11
1.2. Sygnały w układach automatyki 25
1.3. Klasyfikacja układów automatycznej regulacji (UAR) 29
2. WYBRANE ZAGADNIENIA MATEMATYKI WYKORZYSTYWANE DO OPISU LINIOWYCH UKŁADÓW AUTOMATYKI 32
2.1. Przekształcenie Laplace'a 32
2.2. Zastosowanie przekształcenia Laplace'a do rozwiązywania liniowych zwyczajnych równań różniczkowych o stałych współczynnikach. Rozkład transformaty na ułamki proste 36
2.3. Linearyzacja równań nieliniowych 41
3. METODY MATEMATYCZNEGO OPISU WŁAŚCIWOŚCI LINIOWYCH ELEMENTÓW I UKŁADÓW AUTOMATYKI 48
3.1. Równanie dynamiki 49
3.2. Transmitancja operatorowa 50
3.3. Charakterystyka statyczna i charakterystyki dynamiczne 53
3.3.1. Charakterystyka statyczna 53
3.3.2. Charakterystyki dynamiczne 56
3.4. Charakterystyki częstotliwościowe. Transmitancja widmowa 58
3.5. Doświadczalne wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych 65
3.6. Charakterystyki częstotliwościowe szeregowego połączenia elementów 67
4. SCHEMATY BLOKOWE. ALGEBRA SCHEMATÓW BLOKOWYCH 69
5. LINIOWE CZŁONY DYNAMICZNE 75
5.1. Człony podstawowe (elementarne) 75
5.1.1. Człon proporcjonalny 77
5.1.2. Człon inercyjny 81
5.1.3. Człon całkujący 91
5.1.4. Człon różniczkujący idealny 95
5.1.5. Człon różniczkujący rzeczywisty 95
5.1.6. Człon oscylacyjny 102
5.1.7. Człon opóźniający 109
5.2. Człony korekcyjne (korektory) 111
5.2.1. Idealny człon proporcjonalno-różniczkujący 111
5.2.2. Korektor dodatniofazowy 113
5.2.3. Korektor ujemnofazowy 117
5.3. Człony nieminimalnofazowe 119
5.4. Elementy wielowejściowe 122
6. ZASTOSOWANIE METODY SCHEMATÓW BLOKOWYCH DO ANALIZY WŁAŚCIWOŚCI UKŁADÓW AUTOMATYKI 127
7. OBIEKTY REGULACJI 138
7.1. Analiza właściwości przykładowych obiektów regulacji 139
7.2. Klasyfikacja obiektów regulacji 149
7.3. Metody tworzenia matematycznego opisu właściwości obiektów regulacji 150
7.3.1 Modele matematyczne wykorzystywane do opisu statycznych obiektów regulacji 154
7.3.2. Modele matematyczne wykorzystywane do opisu astatycznych obiektów regulacji 161
7.3.3. Eksperymentalne wyznaczanie charakterystyk czasowych obiektów regulacji 162
7.3.4. Wyznaczanie parametrów modeli obiektów regulacji na podstawie charakterystyk częstotliwościowych obiektów 164
8. REGULATORY 168
8.1. Miejsce i rola regulatora w układzie regulacji 168
8.2. Klasyfikacja regulatorów 170
8.3. Matematyczny opis regulatorów PID o działaniu ciągłym 174
8.3.1. Algorytm P 175
8.3.2. Algorytm I 176
8.3.3. Algorytm PI 179
8.3.4. Idealny i rzeczywisty algorytm PD 182
8.3.5. Idealny algorytm PID 186
8.3.6. Rzeczywisty algorytm PID 190
8.4. Regulatory o niekonwencjonalnych algorytmach regulacji 199
8.4.1. Regulator predykcyjny (PIR) 199
8.4.2. Nieliniowe algorytmy PID NL z progresją nastaw 200
8.4.3. Regulator z algorytmem feedforward 203
8.4.4. Regulator PID Fuzzy Logic 204
8.5. Techniczna realizacja regulatorów PID. Regulatory mikroprocesorowe 204
8.6. Doświadczalna identyfikacja nastaw regulatorów PID 215
9. STABILNOŚĆ LINIOWYCH UKŁADÓW REGULACJI 217
9.1. Ogólne warunki stabilności liniowych układów regulacji 218
9.2. Kryterium Hurwitza 224
9.3. Kryterium stabilności Nyquista. Zapasy stabilności 230
9.4. Analiza wpływu algorytmu regulatora i jego nastaw na stabilność układu regulacji 252
9.5. Porównanie kryteriów stabilności 256
10. JAKOŚĆ LINIOWYCH UKŁADÓW AUTOMATYCZNEJ REGULACJI 258
10.1. Dokładność statyczna 261
10.2. Jakość dynamiczna 266
10.2.1. Wskaźniki przebiegu przejściowego 266
10.2.2. Częstotliwościowy wskaźnik regulacji 271
10.2.3. Pasmo przenoszenia i moduł rezonansowy 275
10.2.4. Całkowe wskaźniki jakości regulacji 276
11. DOBÓR RODZAJU, ALGORYTMU I NASTAW REGULATORA 279
11.1. Zalecenia dotyczące doboru rodzaju i algorytmu regulatora 279
11.2. Dobór nastaw regulatorów o działaniu ciągłym 282
11.2.1. Metoda Zieglera-Nicholsa 284
11.2.2. Metoda Pessena 288
11.2.3. Metoda Hassena i Offereissena 288
11.2.4. Metoda Cohena-Coona 289
11.2.5. Metoda Äströma-Hagglunda 290
11.2.6. Tabelaryczny dobór nastaw 292
11.3. Dobór nastaw regulatorów mikroprocesorowych i sterowników PLC o wyjściu ciągłym 299
11.4 Samostrojenie i adaptacja 301
11.4.1. Metoda odpowiedzi skokowej 302
11.4.2. Metoda cyklu granicznego 303
12. STRUKTURY JEDNOWYMIAROWYCH UKŁADÓW REGULACJI 312
12.1. Struktura kaskadowa 314
12.2. Struktura zamknięto-otwarta 320
12.3. Układ regulacji stosunku 324
12.4. Układ regulacji stosunku o strukturze kaskadowej 325
12.5. Układ regulacji z korekcją dynamiczną 326
12.6. Struktura selekcyjna - układ regulacji z wybierakiem sygnałów 327
13. OPIS LINIOWYCH STACJONARNYCH UKŁADÓW DYNAMICZNYCH Z WYKORZYSTANIEM WSPÓŁRZĘDNYCH STANU 329
13.1. Porównanie modelu układu w postaci transmitancji z modelem wykorzystującym współrzędne stanu 329
13.2. Tworzenie opisu jednowymiarowych układów dynamicznych z wykorzystaniem współrzędnych stanu na podstawie równania dynamiki lub transmitancji operatorowej 334
13.3. Formułowanie opisu układów dynamicznych z wykorzystaniem współrzędnych stanu 337
14. REGULACJA DWU- I TRÓJSTAWNA 350
14.1. Regulacja dwustawna 350
14.2. Regulacja dwustawna z korekcją przez podział mocy 356
14.3. Regulacja dwustawna z korekcją przez sprzężenie zwrotne 357
14.4. Regulacja trójstawna - regulatory trójstawne 361
14.5. Regulatory mikroprocesorowe dwustawne (regulatory 2P) i trójstawne (regulatory 3P) 363
15. UKŁADY NIELINIOWE 369
15.1. Nieliniowości w układach dynamicznych 369
15.2. Stabilność układów nieliniowych 374
15.3. Metoda płaszczyzny fazowej 376
15.4. Metoda funkcji opisującej 387
16. SYMBOLE I OZNACZENIA NA SCHEMATACH FUNKCJONALNYCH UKŁADÓW REGULACJI 400
17. OPIS ŚRODOWISKA MATLAB/SIMULINK STOSOWANEGO DO SYMULACJI ELEMENTÓW I UKŁADÓW REGULACJI 407
17.1. Opis środowiska MATLAB 408
17.1.1. Uruchomienie programu 408
17.1.2. Modele dynamiczne w programie MATLAB 410
17.1.3. Podstawowe funkcje grafi czne programu MATLAB 416
17.2. Opis środowiska SIMULINK 419
17.2.1. Uruchamianie programu 420
17.2.2. Definiowanie modelu w środowisku SIMULINK 424
17.2.3. Symulacja rozwiązania w dziedzinie czasu 426
17.2.4. Analiza wyników symulacji 427
Bibliografia 433
