ОСНОВЕ АУТОМАТСКОГ УПРАВЉАЊА

I.УВОД

1.1.ОСНОВНИ ПОЈМОВИ

Систем

представља издвојену функционалну целину састављену од скупа обје-

ката, њихових параметара и скупа међусобних односа који повезују те објекте и
њихове параметре.

Производни систем

је систем чији је основни задатак произ-

водња одређених облика супстанце, енергије или предмета. У међусобном односу
са околином систем има улазне и излазне величине.

Процес

представља ток, пут и начин промене супстанце, енергије или инфор-

мација, док

производни процес

представља процес у коме се материја и енергија

претвара из једног облика у полупроизводе или производе другог облика. Сваки
производни процес састоји се из два дела:

производног система и

система за вођење процеса, којим се прати ток прераде и врши усмеравање
процеса према одређеним законитостима и потребама.

Информацијске операције

представљају активности предузете ради обезбеђења

вођења процеса и могу да се поделе у три основне фазе:

1. анализа стања система – обухвата прикупљање и обраду информација о

систему;

2. одлучивање о активностима којима се стварно стање доводи у жељено;
3. контрола спроведених активности.

Аутоматски процес

предстаља процес у којем нека машина, уређај или произ-

водни процес у потпуности не захтевају никакво учешће човека. Ради остваривања
аутоматског процеса неопходно је вршити механизацију појединих или свих про-
цеса, односно вршити замену људског рада и покрета радом машина и механичким
покретима.

Аутоматизација

је увођење у производни систем аутоматских машина

и уређаја, који омогућују да се цео производни процес, укључујући и његово во-
ђење, обавља без човековог учешћа.
Да би се производни процес могао одвијати по раније утврђеном току неопходно
је вршити управљање.

Управљање

је скуп радњи којима се обезбеђује одређени

ток радног процеса у условима поремећаја. Наука о управљању назива се

кибернетика

Регулација

представља одржавање неке физичке величине на жеље-

ној вредности. Принцип рада система аутоматског управљања (

САУ

) и система

аутоматске регулације (

САР

) се битно не разликују, па се користи иста теорија и

исти основни појмови за анализу и једног и другог.

Аутоматско управљање

под-

разумева управљање објектом управљања без непосредног човековог деловања.

Објекат управљања

представља технолошко постројење, његов део или технички

уређај у коме треба да се одржава номинални режим рада. Објекат управљања заје-
дно са уређајем за аутоматско управљање чине једну целину, тј. систем аутомат-
ског управљања (САУ).

Разлика

између система аутоматског управљања (

САУ

) и

система аутоматске регулације (

САР

) је у томе што систем аутоматске регулације

представља систем аутоматског управљања са затвореним регулационим кругом,
односно затворени систем аутоматског управљања (ЗСАУ).

У зависности од тога у којој мери је човеков умни рад замењен радом машина и
уређаја, постоје

три степена аутоматизације

      1.   делимична   аутоматизација-представља   аутоматизацију   у   којој   је   само   део
информацијских операција процеса поверен систему за вођење;
   2. аутоматизација компензацијом поремећаја или вођење унапред – такав систем
се састоји од објекта управљања, јединице за вођење и извршног уређаја. У овом
случају не постоји информација о стварном стању регулисане величине, па може
доћи до већих одступања;
   3. потпуна аутоматизација – све информацијске операције, битне за нормалан ток
процеса   преносе   се   и   обрађују   помоћу   система   за   вођење,   који   врши   контролу
стања одабране излазне величине процеса и одржава њену задату вредност, па води
читав процес. Овде је битан елеменат система за вођење процеса

регулатор

, који

прима информацију о излазној величини и шаље одговарајући сигнал вођења по-
гонском уређају, који даље покреће извршни уређај у циљу довођења регулисане
величине на жељену вредност. При оваквом процесу аутоматског управљања про-
изводни систем и систем за вођење међусобно су спојени у круг, тзв.

регулациони

круг

, а такво вођење процеса назива се

регулација

. Основна карактеристика регу-

лационих кругова јесте стабилизација излазне величине на жељену вредност.

1.2.СТРУКТУРНА БЛОК-ШЕМА САУ И САР

Сви елементи једног регулационог круга могу се представити уз помоћ структур-
не или блок-шеме, са назначеним карактеристичним местима и величинама на ула-
зима и излазима појединих делова, као и са њиховим смеровима деловања. С обзи-
ром да су често у пракси поједини елементи спојени у један склоп (мерни давач и
мерни претварач, компаратор и регулатор, погонски уређај и извршни уређај) у том
случају може да се сачини упрошћена блок-шема:

1.3.ПРИМЕРИ СИСТЕМА АУТОМАТИЗАЦИЈЕ

Међу првим објектима регулације нашла се парна машина и њени склопови, где
је један од регулатора био регулатор нивоа воде у котлу, а детектор сигнала грешке
који мери регулисану величину, тј. ниво воде, представља пловак.

Објекат

управљања

Извршни

орган

Регулатор

Мерни

претварач

Х
х

Х-улазна величина
У-излазна величина

линеарност једначина

које описују динамику процеса – по овом критеријуму

системи се деле на линеарне и нелинеарне.

Линеарни

су они системи чију дина-

мику описују линеарне једначине, за шта је потребно да све статичке карактеристи-
ке свих блокова буду линеарне.

Нелинеарни

системи су они чију динамику опису-

ју нелинеарне једначине, а да би систем био нелинеаран потребан и довољан услов
јесте да бар један блок система има нелинеарну карактеристику. Посебна врста не-
линеарних система јесу релејни системи. То су системи који у свом саставу имају
један или више блокова са релејном статичком карактеристиком. Одлика релејних
система јесте да се излазна величина мења скоковито при одређеним вредностима
улазне величине. Због једноставности прорачуна и у потпуности разрађених тео-
рија, где год је могуће, неопходно је применити линеарни систем, мада и нелине-
арни системи имају својих предности, па се квалитет управљања побољђава комби-
новањем једних и других.

карактеристика релејног система

1.5.РЕЖИМИ РАДА СИСТЕМА

Режим рада система може бити стационаран и нестационаран, а одређује се у
зависности улазних и излазних величина система од времена.
Код

стационарног

режима рада система вредности улазних и излазних величина

су временски непромењиве величине. Уколико су вредности улазних величина раз-
личите од нуле и константне систем се налази у

принудном стационарном

ре-

жиму, а ако је вредност улазне величине система једнака нули, а вредност излазне
величине константна, систем се налази у

слободном стационарном

режиму или у

равнотежном

режиму.

Код

нестационарног

режима рада система вредности улазних и излазних вели-

чина су временски промењиве величине. Нестационаран режим може бити перио-
дичан и непериодичан.

Периодичан

режим је такав режим код кога се улазне вели-

чине тако мењају да се вредност излазне величине периодично мења у времену, а
може бити принудан и слободан.

Непериодичан

режим рада представља нестацио-

наран режим који није периодичан.

-m

у(t)

карактеристике континуалних система

карактеристика дискретног система

II.ЕЛЕМЕНТИ САУ И САР

2.1.КАРАКТЕРИСТИКЕ ЕЛЕМЕНАТА САУ И САР

Основна карактеристика елемента представља везу између излазне и улазне вели-
чине: y=f(x).
Карактеристике могу бити статичке и динамичке.

Статичке

карактеристике опи-

сују зависност између излазне и улазне величине код стационарног стања елемента,
односно код стања у коме се улазна и излазна величина не мењају у времену.

Дина-

мичке

карактеристике описују зависност излазне величине од улазне у динами-

чком режиму рада елемента, односно у режиму када се и улазна и излазна величина
мењају у времену.

2.1.1.Статички режим рада елемената

Статичке карактеристике могу бити линеарне и нелинеарне. Код елемената са
линеарном карактеристиком излазна величина је управо сразмерна улазној и може
се представити функцијом:

y=k

где је k- коефицијент преноса или појачање.
Статичка карактеристика нелинеарних елемената има облик криве линије, а већина
елемената аутоматике има такав облик карактеристике.

Основни параметри који описују рад елемената са статичком карактеристиком су:
коефицијент преноса, праг осетљивости, грешка, коефицијент стабилизације итд.

Δy

Δx

2.1.2.Динамички режим рада елемената

Динамички режим рада елемената представља онај режим у коме се и улазна и
излазна величина мењају са временом, тј.

х(t)= f

(t), y= f

(t).

Основне карактеристике које описују динамички режим су: инерцијалност еле-
мента, прелазни процес, временска константа, време смирења и фазни померај.

Инерцијалност елемента

представља одређено кашњење промене излазне вели-

чине у односу на промену улазне величине, а може да буде последица постојања
електричне капацитивности, индуктивности, момента инерције, масе итд. Инерци-
јалност је утолико већа уколико је дужи прелазни процес при тренутној промени
улазне величине.
Прелазни процес представља такво стање елемента у коме он прелази из једног
стационарног стања у друго. Прелазни процес може бити апериодичног (2) или
пригушеноосцилаторног карактера (3):

Време смирења (ts)

представља време за које излазна величина достигне нову

стационарну вредност. Зависи од инерцијалности елемента и одређује се времен-
ском константом Т, од које је за 3 до 5 пута веће.

Фазни померај (φ)

се дефинише код периодичних промена улазне и излазне ве-

личине. Представља временско померање излазне у односу на улазну величину. За-
виси од инерцијалности елемента и уколико расте инерцијалност расте и фазни по-
мерај.

Δy

Ако је прелазни процес апери-
одичног карактера, излазна ве-
личина има облик:

(t)=

(1-

где је Т-временска константа.
Што је већа временска конс-
танта, то је спорији процес ус-
постављања нове стационарне
вредности излазне величине.
За завршетак прелазног проце-
са узима се онај тренутак када
разлика Δy нове устаљене вре-
дности и текуће вредности из-
лазне величине не прелази 1 2
до 5 10%. Ова разлика зависи
од динамичких особина еле-
мента.

х,у