CW01 - Teorie měření a regulace Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb © Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2009/2010 cv. 7.

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 Další pokračování tématu předmětu se dotýká obsáhlé oblasti řízení systémů ………….… …. jsou míněny systémy technologické, pohonné, apod. – jedná se tedy o REGULACE …… …… KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 aneb TEORIE ŘÍZENÍ Základy KYBERNETIKY KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY TEORIE REGULACE chcete-li

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 ŘÍZENÍ * druhy automatické regulace -- regulovaná soustava + regulátor + zpětná vazba + ….. -- charakteristické vlastnosti – regulační odchylka, přes- nost regulace * vztahy a matematický popis -- statické a dynamické charakteristiky, diferenciální rov- nice, přenosová funkce, přechodové charakteristiky, frek- venční charakteristiky, dopravní zpoždění, nelinearity -- statické a astatické prvky ( 0. až 3. řád) * realizační prvky (akční členy, regulátory, pohony) KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 ŘÍZENÍ Úvodní slovo Zjednodušený základní přístup k problematice využívá bloková funkční schemata a jejich matematický popis = diferenciální časově závislé rovnice popisující dynamické chování jednotlivých prvků schematu (skutečné soustavy, procesu). V praktických úlohách se řeší, jak „ovládnout“ (řídit, regulo- vat) dynamické - ale i statické vlastnosti – dané soustavy, aby plnila úkoly na ni kladené a zároveň, aby vyhovovala v reálném provozu a přitom byla realizována za ekonomicky únosnou cenu. Nedá se říci, že by toho bylo málo … KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 ŘÍZENÍ Úvodní slovo Z toho plyne, že při návrhu regulovaných (řízených) systémů je potřeba provázat návrh vlastního systému s návrhem jeho regulač- ních a řídicích prvků a tedy systému (obvodu) jako celku. Jen tak budou respektovány fyzické vlastnosti skutečných prvků – existujících v systému i těch, ze kterých bude systém realizován. Že budou respektovány vzájemné vazby jednotlivých prvků (i když se jich – těch vazeb – regulační systém přímo nedotýká) ! KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

T- MaR TEORIE ŘÍZENÍ © VR - ZS 2009/2010 Důležité pojmy kybernetiky Mechanizace – proces zavádění strojních mechanizmů osvobozu- jících člověka od fyzické náročné pracovní činnosti. Ovládání strojů je svěřeno plně člověku. Automatizace – vývojové stadium řídicích systémů, kdy jsou určité řídicí činnosti člověka přebírány strojem (regulačním systémem). KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

T- MaR TEORIE ŘÍZENÍ © VR - ZS 2009/2010 Důležité principy kybernetiky Řízení – cílevědomé působení na řízený objekt s úmyslem dosažení stanoveného (předepsaného, zadaného, určeného) cíle. Obvyklými ukazateli jsou: spolehlivost, kvalita, přesnost, nižší náklady, úspora materiálu, rychlejší reakce na poruchy a požadavky zadání, atd. Ruční řízení – cílevědomé působení člověka přímo na objekt, aby bylo dosaženo stanoveného cíle. KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

T- MaR TEORIE ŘÍZENÍ © VR - ZS 2009/2010 Důležité principy kybernetiky Automatické řízení – dtto s vyloučením účasti člověka v někte- rých fázích procesu řízení. Může být přímé, kdy není potřeba zvlášt- ního přívodu energie pro řídicí proces. Nebo nepřímé, které si přívod energie vyžaduje. Ovládání (řízení v otevřeném obvodě, řízení bez zpětné vazby) – je to řízení probíhající podle předem stanovených (zadaných) pravi- del (algoritmů) a bez kontroly provedení řídicích příkazů. Příkladem je řízení dopravních světel na křižovatce, dodávky zboží bez ob- jednávek, apod. KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

Základní pojmy Analogová regulace – probíhá v čase spojitě (kontinuálně) – každý bod má pro časový průběh existující limitní hodnotu zprava i zleva Číslicová (digitální) regulace – probíhá v čase nespojitě – řídící či regulační orgán je obvykle realizován na bázi počítače nebo mikroprocesoru (alespoň jeden člen R.O. má číslicový – nespojitý - charakter) Pulsní regulace – probíhá v čase nespojitě – řídící či regulač- ní orgán působí na řízený objekt v určitých frek- venčně i amplitudově definovaných pulsech T- MaR KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

Logická regulace – řízení na základě binární logiky a základních logických zákonů – vykonávají se jen logické operace Sekvenční regulace – v čase postupně probíhající řízení podle předem zadaného řídícího či regulačního schematu – bez zpětnovazební kontroly řízené či regulované reality Regulace pevnou logikou (logickým polem) – předem naprogramované řízení (obvykle kombinace logického a sekvenčního) v integrovaném obvodě (nebo paměti mikroprocesoru) Základní pojmy T- MaR KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

Deterministická regulace – řízení podle signálů přesně defi- novaných (definovaných typů) = předem známých Stochastická regulace – řízení podle signálů nedefinovaných časově a i amplitudově a tvarově = signálů předem neznámých Adaptivní regulace – řídící či regulační algoritmus je podle zadaného úpravného (opravného, korekčního) algoritmu ovlivňován realitou řízené či regulované veličiny – algoritmus se tedy mění podle okam- žitého stavu řízeného či regulovaného procesu Základní pojmy T- MaR KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

Optimální regulace – algoritmus řízení či regulace je průběž- ně optimalizován podle předem zadaného (zvole- ného) optimalizačního kritéria (např. kritéria kvality regulace, minima doby přechodového děje, energetického minima, ….…) Extremální regulace – algoritmus řízení či regulace je podmi- ňován extremálními požadavky vycházejícími z potřebných (vyžadovaných) vlastností Základní pojmy T- MaR KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

Fuzzy regulace – řízení probíhá podle principů fuzzy logiky nebo tzv. jazykových modelů – umožňuje defino- vat hodnotově neurčité (vágní) „mezi-stavy“ typu: skoro, menší než, větší než, skoro roven, apod., definované např. slovně či porovnáváním Regulace selskou logikou – využívá princip definování algoritmu neurčitého (vágního) typu ……… Uvedené typy regulací existují (pochopitelně) i v řízení Základní pojmy T- MaR KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

STABILITA – vyrovnaný (ustálený) stav systému při kterém je zachovávána hodnota všech stavových veličin STABILIZACE – proces zabezpečení (dosažení) stálosti stavu a zaručující návraty do tohoto stavu vždy když je systém vyveden z rovnovážného stavu KVALITA REGULACE – soubor vlastností zaručující dosažení stanoveného cíle řízení bez ohledu na momentální i výchozí stav systému (regulovaného objektu) – je charakterizováno délkou doby odezvy a typem průběhu – obvykle udávána jako minimální plocha pod integrálem regulačního pochodu Základní pojmy T- MaR KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

PŘESNOST REGULACE – dovolená odchylka skutečné hodnoty výstupní veličiny od požadované – reprezentuje statické vlastnosti systému PŘESNOST ŘÍZENÍ – dovolená odchylka skutečné hodnoty regulační odchylky Základní pojmy T- MaR KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 ŘÍZENÍ KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 … a to by bylo vše T- MaR KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY