1

AUTOMATSKO UPRAVLJANJEAUTOMATSKO UPRAVLJANJE

Predmetni nastavnici: Prof. dr Radomir Slavković

Mr Ivan Milićević

1. UVODNA RAZMATRANJA: 1. UVODNA RAZMATRANJA: POJMOVI I TERMINOLOGIJAPOJMOVI I TERMINOLOGIJA

Baza predmeta Automatsko upravljanje je sistemska analiza.1.1. SISTEMSistem u najopštijem slučaju predstavlja izdvojenu funkcionalnu celinu koja je sastavljena od skupa objekata, njihovih utvrđenih svojstava (atributa) i skupa relacija koje povezuju te objekte i njihova svojstva. Sistem može biti veoma različit. Može biti materijalizovan ili čak apstraktan (npr. sunčev sistem, sistem obrazovanja itd). Za sistem je bitan zadatak koji se rešava sagledavanjem sistema.

2

Da li će neki skup elemenata biti posmatran kao sistem ili ne zavisi od:zadatka koji se rešavastepena međusobne povezanosti elemenata sistemastepena izdvojenosti sistema od okruženja.Okruženje je sve ono što ne čini sistem. Sistem nikada ne može biti apsolutno izolovan od okruženja jer uvek postoji međusobni uticaj.

Sistem

X YS

Okru enjež

ULAZNA I IZLAZNA VELIULAZNA I IZLAZNA VELIČČINAINA

ULAZNA VELIČINA (INPUT) x(t) je dejstvo okruženja na sistem .IZLAZNA VELIČINA (OUTPUT) y(t) je dejstvo sistema na okruženje.Sistemi upravljanja čine posebnu klasu sistema koji se formiraju po funkciji upravljanja.Pod pojmom upravljanje podrazumeva se skup trenutnih akcija ili akcija unapred definisanih za određeni vremenski period, koje su usmerene ka realizaciji jednog ili više jasno definisanih ciljeva.

3

Da bi se sistem bolje razumeo mora se napraviti njegov model.Modeli sistema mogu biti realni i apstraktni. Apstraktne modele je jako teško napraviti a posebno je teško napraviti modele sistema koji nisu konačni. Modeli još mogu biti:grafičkimatematičkiverbalni, itd.Kod grafičkog modela sistem, kao i elementi sistema, se prikazuju u obliku pravougaonika (bloka). Sa x(t) je označeno dejstvo okruženja na sistem ili ulazna veličina. Sa y(t) je označeno dejstvo sistema na okruženje ili izlazna veličina (odziv sistema). Strelica na crtežu označava tok signala.

MODEL SISTEMAMODEL SISTEMA

sistemx(t) y(t)

SIGNALSIGNALSignal je vremenski promenljiva fizička veličina, čiji jedan parametar nosi informaciju o nekoj drugoj fizičkoj veličini. Ta vremenski promenljiva fizička veličina naziva se nosačsignala.Nosač signala mora da ima jedan parametar koji može da uzme dovoljno veliki broj vrednosti da bi mogao da primi sve podatke i saopštenja koja se njime prenose. On se naziva informacioni parametar (Ip).Izlazna veličina koju prenosi signal preko informacionog parametra Ip naziva se signalizirana veličina, ili, u tehnici merenja, merna veličina.Između vrednosti informacionog parametra i vrednosti izlazne veličine (signalizirane veličine) mora da postoji jednoznačnost i ponovljivost. Sa aspekta informacionih sistema , signalima se ostvaruje upravljanje i informaciono povezivanje sistema.

4

BLOK DIJAGRAMIBLOK DIJAGRAMI

Blok dijagrami su najčešće korišćeni grafički modeli u prikazivanju sistema upravljanja.Oni se iskazuju sa četiri simbola:- strelica- tačka grananja- blok- komparator ili sabirač

x(t)

x(t)

x(t)

x(t)

y(t)

y1(t)

y2(t)

y3(t)

S1

S2

S3

tačka grananja sabirač

Strelica označava tok signala. Sa aspekta informacionih sistema, blok dijagrami su grafički prikazi toka signala.Tačka grananja opisuje situaciju u kojoj signal prouzrokuje više dejstava.Blok je pravougaoni simbol koji označava proces kojim se definiše relacija između ulaznih veličina kao uzroka i izlaznih veličina kao efekata. On opisuje proces transformacije koji se vrši nad ulaznom veličinom x da bi se dobila izlazna veličina y. Pomoću bloka u najopštijem slučaju, prikazuje se sistem ili deo sistema: podsistem ili elementarni sistem.

5

Ulazna veličina predstavlja nezavisno promenljivu, a izlazna veličina zavisno promenljivu.Komparator ili sabirač služi za upoređivanje ili algebarsko sabiranje dva ili više signala.

SISTEMI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJASISTEMI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA

Otvoreni sistemi upravljanjaOtvoreni sistemi upravljanja ostvaruju upravljačka dejstva ne koristeći informacije o vrednostima upravljanih veličina, koje se ostvaruju u toku procesa upravljanja.

upravljana veličina ili ostvarena veličina

x(t) u(t) y(t)upravljački sistem

objekat upravljanja

ulazni signal, ulaz ili vodeća veličina

upravljački signal ili signal upravljanja

6

Primer 1: Na slici je prikazana raskrsnica na kojoj se saobraćaj reguliše semaforima. Semafori daju obaveštenja (ulazni signal) učesnicima u saobraćaju koji ulaze u raskrsnicu uključivanjem odgovarajućih svetala. Na osnovu tih signala vozila prolaze kroz raskrsnicu. Rezultat ove signalizacije može biti broj vozila koja prođu za neko vreme, ili iz nekog pravca i još mnogo kombinacija i mogućnosti ali se sve to ne zna. Moglo bi se znati ako bi se pratio saobraćaj i vršila odgovarajuća brojanja.

Primer 2: Mašina za pranje veša pere veš po unapred utvrđenom programu i ne koristi podatke o stanju veša po završenom pranju. Stanje opranog veša nema nikakav uticaj na program pranja.

Otvoreni sistem automatskog upravljanja sa kompenzacijom poremećaja

Na otvoreni sistem može delovati ulazni signal koji je nepoželjan i predstavlja poremećaj ili smetnju. Ovaj signal, ukoliko se njegovo dejstvo na objekat upravljanja predvidi, može da se kompenzuje u upravljačkom delu sistema.

7

SAU sa delimičnom kompenzacijom poremećaja

Na slici je prikazan otvoreni SAU sa delimičnom kompenzacijom poremećaja. On podrazumeva kompenzovanje uticaja nekih signala smetnje, dok neki ostaju nekompenzovani.

x(t) u(t) y(t)

ulazni signal, ulaz ili vodeća veličina

upravljački signal ili signal upravljanja

upravljana veličina ili ostvarena veličina

R1 R2 R3 R4poremećaji

upravljački sistem

objekat upravljanja

SAU sa potpunom kompenzacijom poremećaja

Na slici je prikazan otvoreni SAU sa potpunom kompenzacijom poremećaja. On podrazumeva kompenzovanje svih neželjenih uticaja signala smetnje koji dolaze iz okruženja.

x(t) u(t) y(t)

ulazni signal, ulaz ili vodeća veličina

upravljački signal ili signal upravljanja

upravljana veličina ili ostvarena veličina

R1 R2poremećaji

upravljački sistem

objekat upravljanja

8

Otvoreni sistem upravljanja može da funkcioniše samo po unapred utvrđenom programu. Pri tome mogu da se kompenzuju samo uticaji onih poremećaja koji su unapred bili predviđeni i koji su obuhvaćeni programom. Upravljački sistem stupa u dejstvo kada se pojave poremećaji koji se oćekuju i mere.

TIPITIPIČČNA STRUKTURA OSAUNA STRUKTURA OSAU

x(t) u(t) y(t)

upravljački sistem

objekatupravljanja

ulazni signal, ulaz ili vodeća veličina

upravljački signal ili signal upravljanja

upravljana veličina ili ostvarena veličina

R1 R2 R3 R4

poremećaji

izvršni element

m(t)upravljačkielement

davačvodeće veličine

upravljačko dejstvo

9

Osnovni elementi SAUOsnovni elementi SAUObjekat upravljanja – OU – predstavlja sistem ili proces kojim se upravlja.Upravljački sistem – US – predstavlja sistem koji izvršava zadatak upravljanja, a čine ga upravljački iizvršni element.Upravljački element – po pravilu ima malu energiju,generiše upravljački signal ili upravljačko dejstvo u(t)kojim se aktiviraju izvršni elementi sistema.Izvršni element – ima najveću energiju i po prijemu upravljačkog signala iz upravljačkog elementa generiše upravljačko dejstvo m(t) kojim direktno deluje na objekat upravljanja.Vodeća veličina ili upravljačka veličina w(t) je signal koji se dovodi spolja izvan sistema u cilju upravljanja objektom upravljanja.

Osnovni elementi SAUOsnovni elementi SAU

Davač vodeće veličine – generiše vodeću veličinu.Upravljačko dejstvo m(t) je signal koji generiše upravljački sistem i kojim je određeno ponašanje objekta upravljanja.Upravljana veličina y(t) je izlazna veličina iz objekta upravljanja, kao rezultat transformacije upravljačkkog dejstva m(t) u objektu upravljanja. To je karakteristična veličina procesa ili objekta upravljanja kojom se upravlja.Poremećaj ili smetnja R(t) je nepoželjni ulazni signal kojim se remeti upravljana veličina y(t). Poremećajni signal može da dejstvuje na bilo koji element sistema upravljanja.

10

Zatvoreni sistem upravljanjaZatvoreni sistem upravljanjaZatvoreni sistem upravljanja je onaj sistem upravljanja koji ostvaruje upravljačko dejstvo na osnovu podataka o vrednostima upravljane (izlazne) veličine. Osnovna karakteristika zatvorenog sistemaupravljanja je povratna sprega – FEED BACK pomoću koje se na ulaz u sistem dovodi izlazna – upravljana veličina y(t).

w(t) y(t)e(t) O.U.

informacijefeed back (povratna sprega)

Zatvoreni sistem upravljanjaZatvoreni sistem upravljanjaPovratnom spregom se ostvaruje prenošenje informacija o ostvarenim ili realizovanim vrednostima upravljanje veličine y(t).Realizovane vrednosti upravljane veličine y(t) upoređuju se sa vodećom veličinom w(t).Upoređivanje se vrši onoga što treba da bude rezultat procesa i onoga što jeste. Upoređivanje se ostvaruje u elementu koji se naziva komparator ili sabirač. Na izlazu iz sabirača formira se u svakom momentu veličina odstupanja ili signal greške e(t) kao algebarski zbir veličina w(t) i y(t):e(t) = w(t) ± y(t)ili signal koji je proporcionalan veličini e(t)

11

Zatvoreni sistem upravljanjaZatvoreni sistem upravljanja

U zavisnosti od znaka razlikuju se sistemi sa pozitivnom i negativnom povratnom spregom. Povratna sprega kojom se povećava uticaj ulaznog dejstva na izlaznu veličinu naziva se pozitivna povratna sprega, i, obratno, povratna sprega kojom se smanjuje uticaj ulaznog dejstva na izlaznu veličinu naziva se negativna povratna sprega.Povratna sprega je univerzalna karakteristika, a upoređivanje dve veličine je osnovna operacija svakog kibernetskog sistema.

TIPITIPIČČNA STRUKTURA ZSAUNA STRUKTURA ZSAUSvaki zatvoreni sistem automatskog upravljanja sadrži davače, kompenzatore, pretvarače, pojačavače, upravljačke elemente, izvršne elemente, merne elemente i objekat upravljanja.Ovakva šema se može primeniti svuda, u svakoj oblasti i svaki element sistema se može prepoznati. Sistem povratne sprege omogućuje da se na osnovu izmerene izlazne veličine promene (usklade) ulazni podaci koje dalje sistem obrađuje. Izlazna veličina, kao i signali bilo gde u sistemu nisu uvek pogodni za dalju obradu pa se moraju pretvoriti u pogodniji oblik koga sledeći element lako prepoznaje. To pretvaranje se vrši u pretvaračima koji mogu biti postavljeni bilo gde u sistemu, to jest na svakom mestu gde je to potrebno.

12

TIPITIPIČČNA STRUKTURA ZSAUNA STRUKTURA ZSAU

x(t) u(t) y(t)

u p r a v l j a č k i s i s t e m

objekatupravljanja

ulazni signal, ulaz ili vodeća veličina

upravljački signalili signal upravljanja

upravljana veličina ili ostvarena veličina

izvršni element

m(t)upravljačkielement

davačvodeće veličine

upravljačko dejstvo

poja-čavač

e(t)

element povra-tne sprege

(merni element)

pretvaračpretvarač

povratna sprega(feed back)

SISTEM AUTOMATSKOG REGULISANJA (SAR)SISTEM AUTOMATSKOG REGULISANJA (SAR)

Sistemi automatskog regulisanja pripadaju klasi sistema sa povratnom spregom kod kojih se posmatrana upravljana veličina automatski održava konstantnom, odnosno u unapred određenim granicama.Kod SAR zadata vrednost – vodeća veličina – ima konstantnu vrednost za duži period vremena, najčešće za sve vreme funkcionisanja takvog sistema.Kod SAR se koristi i specifična terminologija. Tako se uporedo sa napred korišćenim izrazima koriste i sledeći termini:

13

ELEMENTI SARELEMENTI SAR--aa

Vodeća veličina – referentna veličina, referntni ulaz Upravljački sistem – regulacioni sistemUpravljački elementi – regulator Davač vodeće veličine – davač referentnog ulazaObjekat upravljanja – objekat regulisanjaUpravljana veličina – regulisana veličinaSistemi automatskog upravljanja (SAU) čine širu klasu sistema sa povratnom spregom, tako da se SAR nogu posmatrati kao specijalan slučaj u klasi SAU.

PRIMER SARPRIMER SAR--aa

Agregat za proizvodnju struje mora na izlazu imati električnu struju konstantnog napona, struje i frekvence.U slučaju povećanog opterećenja dolazi do opadanja napona, jačine struje i frekvence.Kako se ovo ne sme dozvoliti ugrađeni sistem automatskog regulisanja povećava broj obrtaja pogonske mašine (menja ulazne parametre) kako bi se i pri povećanom opterećenju izlazne veličine održale konstantnim.