Podstawy automatyki. Ćwiczenia laboratoryjne

Opis

Podręcznik skierowany jest do studentów kierunku informatyka studiów I stopnia oraz osób zainteresowanych wykorzystaniem środowisk symulacyjnych do przyswajania elementarnej wiedzy z zakresu podstaw automatyki. Stanowi zbiór ćwiczeń laboratoryjnych realizowanych z wykorzystaniem ogólnodostępnego darmowego środowiska symulacyjnego Scilab 6.1.1 (stan na wrzesień 2023 r.) w wersji desktopowej (https://www.scilab.org). Od października 2023 r. dostępna jest najnowsza wersja środowiska – Scilab 2024.0.0.

Spis treści

Wykaz symboli / 8
Wprowadzenie / 12
Główne pojęcia z zakresu podstaw automatyki / 14

1. Środowisko symulacyjne Scilab / 16
1.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego / 16
1.2. Podstawowe wiadomości / 16
1.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego / 17
1.3.1. Pierwsze uruchomienie środowiska / 17
1.3.2. Edytor skryptów / 18
1.3.3. Edytor schematów / 20

2. Modelowanie i analiza właściwości dynamicznych obiektów automatyki / 24
2.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego / 24
2.2. Podstawowe wiadomości / 24
2.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego / 25
2.3.1. Model matematyczny elementu automatyki / 25
2.3.2. Model matematyczny układu elektrycznego – czwórnik RC / 26
2.3.3. Model czwórnika RC w środowisku Scilab/Xcos / 27
2.3.4. Model matematyczny układu hydraulicznego – zbiornik ze swobodnym wypływem / 33
2.3.5. Model zbiornika ze swobodnym wypływem w środowisku Scilab/Xcos / 34
2.3.6. Zadania do samodzielnego wykonania / 36
2.3.7. Sprawozdanie / 36

3. Charakterystyki czasowe / 37
3.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego / 37
3.2. Podstawowe wiadomości / 37
3.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego / 37
3.3.1. Transmitancja operatorowa / 38
3.3.2. Wyznaczenie transmitancji operatorowej G(s) czwórnika RC / 39
3.3.3. Charakterystyka czasowa / 39
3.3.4. Charakterystyka skokowa / 40
3.3.5. Charakterystyka impulsowa / 41
3.3.6. Charakterystyki czasowe czwórnika RC / 42
3.3.7. Modelowanie czwórnika RC w Xcos z wykorzystaniem bloków CLR – model transmitancyjny / 45
3.3.8. Porównanie modelu różniczkowego czwórnika RC z modelem transmitancyjnym czwórnika RC / 45
3.3.9. Analityczne wyznaczenie odpowiedzi skokowej i impulsowej czwórnika RC / 47
3.3.10. Zadania do samodzielnego wykonania / 49
3.3.11. Sprawozdanie / 50

4. Charakterystyki częstotliwościowe / 52
4.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego / 52
4.2. Podstawowe wiadomości / 52
4.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego / 53
4.3.1. Analityczna metoda wyznaczania transmitancji widmowej z transmitancji operatorowej / 54
4.3.2. Wykreślanie charakterystyki częstotliwościowej / 54
4.3.3. Charakterystyki częstotliwościowe członów automatyki / 61
4.3.4. Zadania do samodzielnego wykonania / 62
4.3.5. Sprawozdanie / 62

5. Wprowadzenie do układów regulacji automatycznej / 63
5.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego / 63
5.2. Podstawowe wiadomości / 63
5.2.1. Sterowanie w strukturze otwartej / 63
5.2.2. Sterowanie w strukturze zamkniętej / 64
5.2.3. Regulator typu P / 66
5.2.4. Regulator typu I / 67
5.2.5. Regulator typu D / 68
5.2.6. Regulator typu PI / 68
5.2.7. Regulator typu PD / 69
5.2.8. Regulator typu PID / 70
5.2.9. Dobór regulatorów i ich nastaw / 70
5.2.10. Jakość regulacji / 73
5.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego / 77
5.3.1. Badanie odpowiedzi skokowej wybranego obiektu / 77
5.3.2. URA z regulatorem typu P / 79
5.3.3. URA z regulatorem typu PI / 82
5.3.4. URA z regulatorem typu PID / 83
5.3.5. Jakość regulacji i koszty regulacji dla URA z regulatorem typu PID / 85
5.3.6. Zadania do samodzielnego wykonania / 86
5.3.7. Sprawozdanie / 86

6. Układ regulacji automatycznej poziomu cieczy w zbiorniku / 88
6.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego / 88
6.2. Podstawowe wiadomości / 88
6.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego / 89
6.3.1. URA z regulatorem typu P / 89
6.3.2. URA z regulatorem typu PID / 90
6.3.3. Jakość i koszty regulacji dla URA z regulatorem typu PID / 91
6.3.4. URA z regulatorem typu PID, ograniczeniami i zakłóceniami sygnału regulującego / 92
6.3.5. URA z regulatorem dwupołożeniowym / 94
6.3.6. Zadania do samodzielnego wykonania / 97
6.3.7. Sprawozdanie / 97

7. Badanie stabilności / 99
7.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego / 99
7.2. Podstawowe wiadomości / 99
7.2.1. Badanie stabilności z wykorzystaniem analizy równania charakte¬rys-tycznego / 100
7.2.2. Kryterium Hurwitza / 101
7.2.3. Kryterium Routha / 102
7.2.4. Kryterium Nyquista / 105
7.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego / 105
7.3.1. Badanie reakcji wybranych obiektów na sygnał impulsowy / 105
7.3.2. Badanie stabilności układów zamkniętych z wykorzystaniem analizy równania charakterystycznego / 107
7.3.3. Badanie stabilności układów zamkniętych z wykorzystaniem kryterium Hurwitza / 112
7.3.4. Badanie stabilności układów zamkniętych z wykorzystaniem kryterium Routha / 116
7.3.5. Badanie stabilności układów zamkniętych z wykorzystaniem kryterium Nyquista / 120
7.3.6. Zadania do samodzielnego wykonania / 122
7.3.7. Sprawozdanie / 124

8. Analiza wybranych URA / 125
8.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego / 125
8.2. Podstawowe wiadomości / 125
8.2.1. Silnik prądu stałego / 126
8.2.2. Pomieszczenie zamknięte / 128
8.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego / 132
8.3.1. Zadania do samodzielnego wykonania / 132
8.3.2. Sprawozdanie / 133

Bibliografia / 134
Aneks / 137
Transformata Laplace’a / 137
Przekształcenie Laplace’a / 137
Właściwości przekształcenia Laplace’a / 138
Odwrotne przekształcenie Laplace’a / 138
Transformaty wybranych funkcji / 139

Informacje o bezpieczeństwie produktu Informacje o producencie