Page 1

AUTOMATYZACJA PROCESOW DYSKRETNYCH 1. UKLADY LOGICZNE AUTOMATYKI Są to układy cyfrowe konstruowane na poziomie bramek logicznych i przerzutników. Ze względu na budowę dzielimy na sekwencyjne lub kombinacyjne. Bramki AND,OR, NOR, NAND, NOT, 2. Funkcje logiczne, podstawowe funkcje logiczne,

Nazw a bram ki

NOT

AND

OR

NAND

Symbol graficzny

Funkcja logiczna

Tablica prawdy

YA

Y  AB

Y  A B

Y  AB

A

Y

0

0

0

0

A

B

Y

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

A

B

Y

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

A

B

Y

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0


Y  A B

NOR

Y  A B

XOR

A

B

Y

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

A

B

Y

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

3 Algebra boole'a struktura algebraiczna stosowana w matematyce, informatyce teoretycznej oraz elektronice cyfrowej. 0 1 + 0 1

a

0 1

0 0 0 0 0 1 ˜a 1 0 1 0 1 1 1 1 4 Uklady kombinacyjne: opis układu Charakteryzuje się tym, że stan wyjśd zależy wyłącznie od stanu wejśd; stan wyjśd opisują funkcje boolowskie. W układach kombinacyjnych każda kombinacja sygnałów wejściowych określa jednoznacznie kombinację sygnałów wyjściowych. Wejście -> Układ kombinacyjny -> Wyjście. Układy sekwencyjne: W układach sekwencyjnych stan wejśd nie określa w sposób jednoznaczny stanu wyjśd. Słowo wyjściowe zależy także od poprzednich stanów wyjściowych oraz ich kolejności występowania. Układ ten musi byd wyposażony dodatkowo w pamięd, ponieważ uzależnia swe działanie również od wcześniej występujących stanów wejściowych. Dlatego układy sekwencyjne nazywa się także układami kombinacyjnymi z pamięcią. Układy sekwencyjne dzieli się na synchroniczne. 5 Minimalizacja funkcji logicznej metodą tablic Karnaugha W celu minimalizacji funkcji logicznych należy wypełnid siatkę Karnaugha wartościami (1 lub 0) odpowiadającymi wartościom funkcji dla wartości argumentów opisujących dane pole w tablicy. Następnie grupuje się pola o wybranej wartości (1 aby uzyskad funkcję minimalną w postaci sumy, 0 dla postaci iloczynu). Grupy muszą mied kształt prostokąta o długościach boków będących potęgami dwójki (przy czym może on przechodzid przez krawędź tablicy, a dla liczby zmiennych powyżej 4 nie musi byd spójny, a jedynie łączyd pola sąsiednie logicznie). W celu uzyskania postaci minimalnej, grupy powinny byd największe możliwe. Jedno pole może należed do wielu grup. W każdej uzyskanej grupie częśd wartości zmiennych będzie wspólna dla wszystkich pól i to z nich powstaje wyrażenie odpowiadające danej grupie.

6 Hazard statyczny


Hazard – niekorzystne zjawisko w układach cyfrowych, którego podłożem jest niezerowy czas propagacji (przenoszenia) sygnałów. Hazardem nazywamy błędne stany na wyjściach układów cyfrowych, powstające w stanach przejściowych (przełączania) w wyniku nieidealnych właściwości używanych elementów. Przyczyną są różnice w czasie dotarcia i wartości sygnału do określonego miejsca układu w zależności od drogi. Skutki zależą od układu. Hazard statyczny chwilowa zmiana stanu wyjściowego układu występująca przy zmianie stanu jego wejścia wtedy, gdy wyjście powinno zostad niezmienione. Powstaje na skutek nieidealnych właściwości przełączających. Dzielimy na:  

hazard jedynki (hazard statyczny w warunkach działania) – chwilowa zmiana wyjścia 1-0-1 wtedy, gdy wyjście to powinno zostad niezmienione w stanie 1 hazard zera (hazard statyczny w warunkach niedziałania) – chwilowa zmiana wyjścia 0-1-0 wtedy, gdy wyjście to powinno pozostad niezmienione w stanie

7 Klasyfikacja układów logicznych

8 Funkcja logiczna nie w pelni okreslona n n Jeżeli funkcja boolowska jest określona dla każdego elementu zbioru B (czyli X = B ), to nazywamy ją funkcją n zupełną. Analogicznie, jeśli X jest właściwym podzbiorem B , to funkcja jest nazywana niezupełną lub też nie w pełni określoną. 9 Notacja stykowo-przekaznikowa 10 Uklady sekwencyjne: Automat Mealy'go i automat moore'a Automat Mealy'ego − automat, którego wyjście jest funkcją stanu wewnętrznego i sygnałów wejśd. Automat Mealy'ego przedstawia się jako graf skierowany z wyróżnionym wierzchołkiem zwanym stanem początkowym. Podając sygnały na wejście automatu powodujemy zmianę bieżącego stanu i zwrócenie wartości przypisanej do podanego sygnału wejściowego. Automat Moore'a − automat, którego wyjście jest funkcją wyłącznie stanu wewnętrznego. Automat Moore'a przedstawia się jako graf skierowany z wyróżnionym wierzchołkiem zwanym stanem początkowym. Podając sygnały na wejście automatu powodujemy zmianę bieżącego stanu i zwrócenie wartości przypisanej do nowego stanu. 11 Synteza układu sekwencyjnego Synteza układów sekwencyjnych jest złożonym i obszernym zadaniem składającym się z kilku etapów. Zwyczajowo wyróżnia się następujące etapy:    

synteza abstrakcyjna (utworzenie tablicy przejśd-wyjśd) redukcja (minimalizacja) liczby stanów kodowanie stanów, liter wejściowych i wyjściowych synteza kombinacyjna (obliczanie funkcji wzbudzeo przerzutników i funkcji wyjściowych)

12 Asynchroniczne i synchroniczne układy sekwencyjne W układach asynchronicznych zmiana sygnałów wejściowych X natychmiast powoduje zmianę wyjśd Y. W związku z tym układy te są szybkie, ale jednocześnie podatne na zjawisko hazardu i wyścigu. Zjawisko wyścigu występuje, gdy co najmniej dwa sygnały wejściowe zmieniają swój stan w jednej chwili czasu (np. ). Jednak, ze względu na niezerowe czasy przełączania bramek i przerzutników, zmiana jednego z sygnałów może nastąpid *trochę+ wcześniej niż innych, powodując trudne do wykrycia błędy. Dlatego też w analizie układów asynchronicznych uznaje się, że jednoczesna zmiana kilku sygnałów jest niemożliwa.


W układach synchronicznych zmiana stanu wewnętrznego następuje wyłącznie w określonych chwilach, które wyznacza sygnał zegarowy (ang. clock). Każdy układ synchroniczny posiada wejście zegarowe oznaczane zwyczajowo symbolami C, CLK lub CLOCK. Charakterystyczne dla układów synchronicznych, jest to, iż nawet gdy stan wejśd się nie zmienia, to stan wewnętrzny - w kolejnych taktach zegara - może ulec zmianie. Ponieważ w przypadku układu synchronicznego zrealizowanego jako automat Moore'a wyjście układu jest funkcją stanu wewnętrznego, może ono zmieniad się tylko w chwili nadejścia taktu, co daje gwarancję, że odpowiedni stan wyjśd utrzyma się przez cały takt. W przypadku automatu Mealy'ego zmiana wyjścia układu może nastąpid także w momencie zmiany wejścia. 13 Przerzutnik D i przerzutnik T Przerzutnik D - jeden z podstawowych rodzajów przerzutników synchronicznych, nazywany układem opóźniającym. Przerzutnik ten przepisuje stan wejścia informacyjnego D na wyjście Q. Przepisanie informacji następuje tylko przy odpowiednim stanie wejścia zegarowego. Przerzutnik D można stworzyd z przerzutnika typu JK. Na wejście J podaje się sygnał w postaci prostej, a na K w postaci zanegowanej.

Przerzutnik T - to taki przerzutnik, który po podaniu wartości logicznej 1 na wejście T i wyzwoleniu zboczem sygnału zegarowego (przeważnie opadającym), zmienia stan wyjśd na przeciwny. Podanie 0 na wejście T powoduje zachowanie bieżącego stanu przerzutnika.

Przerzutnik typu T może służyd jako prosty układ dzielenia częstotliwości przez 2. W niektórych przypadkach umożliwia zbudowanie znacznie prostszych układów (np. liczników synchronicznych) niż przy zastosowaniu przerzutników typu D lub JK. Jednak przerzutniki te są stosowane bardzo rzadko ze względu na ich właściwości. 14 Wyścigi i oscylacje 15 Minimalizacja liczby stanów. Przy projektowaniu układów sekwencyjnych najczęściej wykorzystuje się tablice przejśd i wyjśd (tzw. pierwotne) wynikające ze słownego opisu lub z wykresów czasowych. Nie zawsze liczba przyjętych stanów wewnętrznych Jest najmniejsza, a zatem pojawia się problem minimalizacji liczby stanów. Wprowadźmy następujące definicje: a) stany A i A' są niesprzeczne gdy są identyczne lub jeden z nich jest nieokreślony, np. 3 i 7, 2i-, 13, -i-; b) stany Y i Y' są niesprzeczne, gdy sygnały wyjściowe są parami identyczne lub jeden jest nieokreślony, np. 101 i 101 lub 10 i 10; c) stany A i A' »s zgodne, gdy można je zastąpid jednym stanem bez wpływu na działanie układu.


Pierwotne tablicę przejśd można skracad, łącząc ze sobą stany wewnętrzne zgodne, przy zachowaniu następujących reguł: a) dwa wiersze tablicy można zastępie jednym (a odpowiednie stany uznad za zgodne), jeżeli wszystkie stany wewnętrzne tych wierszy są parami niesprzeczne i zgodne, b) z połączeniem stanu stabilnego z niestabilnym lub z nieokreślonym (w tablicy znajduje się znak- ) otrzymuje się stan stabilny, c) z połączenia stanu niestabilnego z nieokreślonym otrzymuje się stan niestabilny.

16 Przerzutnik JK: tablica przejśd i tablica wyjśd przerzutnika. Przerzutnik ma wejścia informacyjne J i K, zegarowe C, wyjście proste Q i jego negację ~Q. Często posiada również asynchroniczne wejścia kasujące R (Reset) i ustawiające S (Set). Podanie jedynki logicznej na wejście J powoduje ustawienie przerzutnika (co skutkuje pojawieniem się stanu wysokiego na wyjściu Q). Ustawienie wejścia K w stan wysoki przestawia przerzutnik w stan niski. Jeżeli jedynka logiczna zostanie ustawiona na obydwu wejściach (J i K) to nastąpi zmiana stanu przerzutnika na przeciwny (czyli jeżeli układ był w stanie wysokim to przejdzie w stan niski i odwrotnie). W języku polskim wejście oznaczone K jest czasem nazywane wejściem kasującym, a wejście J - wejściem jedynkującym, co ułatwia zapamiętanie funkcji poszczególnych wejśd. JK jest przerzutnikiem synchronicznym, co oznacza, że reaguje na stan wejśd tylko przy podaniu odpowiedniego sygnału na wejście zegarowe. Wyjątkiem są wejścia asynchroniczne R i S. Podanie stanu wysokiego na wejście Set powoduje ustawienie w stan wysoki przerzutnika niezależnie od tego, czy został dostarczony sygnał zegarowy. Wejście Reset w analogiczny sposób zeruje przerzutnik. Q 0 0 1 1

Qn+1 0 1 0 1

J 0 1 -

K 1 0

17 Realizacja układu sekwencyjno za pomocą przerzutnika JK. 18 Przerzutnik WZ: tablica przejśd i tablica wyjśd przerzutnika 19 Realizacja układu sterowania za pomoca przerzutnikow WZ 20 Metody opisu procesów dyskretnych: grafy

26 Metody opisu procesów dyskretnych sieci Petr Sied Petriego w najprostszej wersji składa się z "miejsc", "tranzycji" oraz krawędzi skierowanych. Taką siecią można jedynie opisad układ jako statyczne połączenie możliwych do osiągnięcia stanów. Aby opisad konkretny stan układu, potrzebne są "żetony", które można przemieszczad pomiędzy miejscami poprzez przejścia, po krawędziach grafu. Tradycyjnie miejsce oznacza się okręgiem, w którym można umieścid żeton prezentowany przez koło. W jednym miejscu może znajdowad się dowolna, nieujemna liczba żetonów. Tranzycje oznacza się prostokątami lub kreskami a krawędzie to strzałki. Krawędzie mogą mied wagi większe lub równe 1. Wagi równej 1 nie oznacza się, tak jak pokazano na rysunku. Waga określa ile dokładnie żetonów przechodzi po krawędzi.


APC 1. Układy ciągłe i dyskretne Układ regulacji ciągłej - jest to układ automatyki, którego wartośd wyjściowa regulatora (u') może przyjmowad dowolną wartośd z ciągłego przedziału (nieskooczonego lub ograniczonego zakresem zmiennośd. Układ dyskretny - w teorii sterowania, w odróżnieniu od układów ciągłych, mówimy, że układ jest dyskretny, jeżeli przynajmniej jeden jego sygnał ma charakter dyskretny, tzn. przyjmuje tylko określone wartości dla określonych argumentów (zob. sygnał dyskretny, sygnał cyfrowy). Regulatory cyfrowe przetwarzają sygnał tylko w chwilach próbkowania - wytwarzają ciąg czasowy sygnałów wyjściowych. Sterowanie cyfrowe różni się więc od sterowania analogowego (regulatory analogowe wytwarzają ciągły w czasie sygnał w odpowiedzi na ciągły sygnał wejściowy) i skutkiem tego:  

wejście regulatora cyfrowego musi byd skwantowane (konieczne jest przekształcenie analogowocyfrowe, jeśli sygnał pierwotny jest analogowy) obliczenia cyfrowe są wykonywane tylko dla dyskretnego czasu zamiast w sposób ciągły; potrzebny jest więc impulsator po stronie wejściowej i ekstrapolator po stronie wyjściowej regulatora.

Większośd oprzyrządowania używana w układach sterowania to oprzyrządowanie analogowe. Dlatego sygnały wejściowe z tych urządzeo muszą byd próbkowane i kwantowane przez przetwornik analogowo-cyfrowy w celu wprowadzenia ich do regulatora cyfrowego. Podobnie sygnały wyjściowe z regulatora są impulsowe i wyjście musi byd przekształcone po każdym impulsie na postad zbliżoną do analogowej (w kształcie schodkowym lub trapezoidalnym). Ponadto często stosowane są filtry analogowe i cyfrowe w torze sprzężenia zwrotnego układu. 2. Sygnały elektryczne, pneumatyczne, hydrauliczne, cyfrowe. 3. Projekt układu automatyki: etapy projektu układu automatyki 4. Schemat automatyzacji: etapy projektu układu automatyki 5. Schemat obwodowy, oznaczenia graficzne na schemacie automatyzacji 6. Charakterystyka statyczna układu automatyki: własności statyczne układu Charakterystyka statyczna - to zależnośd jaka zachodzi między sygnałem wejściowym a wyjściowym w stanach ustalonych. Za stan ustalony uważa się taki stan podczas, którego nie ulegają zmianie sygnały wejściowe oraz wyjściowe jak również nie zmieniają się zakłócenia. Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi działanie elementów automatyki w stanach ustalonych są: - klasa dokładności, - histereza, - próg czułości. 7. Charakterystyka statyczna układów złożonych: połączenie szeregowe, połączenie równoległe, sprzężenie zwrotne. Sprzężenie zwrotne – oddziaływanie sygnałów stanu koocowego (wyjściowego) procesu (systemu, układu), na jego sygnały referencyjne (wejściowe). Polega na otrzymywaniu przez układ informacji o własnym działaniu (o wartości wyjściowej). Matematycznym, jednoznacznym opisem bloku gałęzi zwrotnej jest transmitancja. Informacja ta może byd modyfikowana przez transmitancję bloku gałęzi zwrotnej. Wyróżnia się sprzężenie zwrotne dodatnie, DSZ - gdy sygnał z gałęzi zwrotnej dodaje się do wartości referencyjnej w węźle sumacyjnym oraz sprzężenie zwrotne ujemne, USZ - gdy sygnał z gałęzi zwrotnej odejmuje się w węźle sumacyjnym od wartości referencyjnej.


8. Charakterystyki statyczne typowych obiektów regulacji: zbiornik z dopływem górnym i swobodnym wypływem. 9. Charakterystyki statyczne typowych obiektów regulacji: zbiornik z dopływem górnym i stałym wypływem. 10. Charakterystyki statyczne typowych obiektów regulacji: zbiornik z dopływem dolnym i swobodnym wypływem. 11. Charakterystyki statyczne typowych obiektów regulacji: zbiornik z dopływem dolnym i stałym wypływem. 12. Charakterystyki statyczne przetworników pomiarowych. 13. Struktury układów automatycznej regulacji: jednoobwodowy układ regulacji. 14. Struktury układów automatycznej regulacji: kaskadowy układ regulacji. 15. Struktury układów automatycznej regulacji: zamknięto otwarty układ regulacji. 16. Struktury układów automatycznej regulacji: układ regulacji stosunku. 17. Struktury układów automatycznej regulacji: wielowymiarowy układ regulacji. 18. Układ z czasem dyskretnym, równanie różniczkowe i równanie różnicowe. 19. Przekształcenie Z, własności przekształcenia Z. 20. Dyskretna transmitancja operatorowa. 21. Dyskretna funkcja skokowa i dyskretna funkcja impulsowa. 22. Odpowiedź skokowa układu dyskretnego, odpowiedz impulsowa układu dyskretnego. 23. Stabilnośd układu z czasem dyskretnym opisanego transmitancją G(z) 24. Kryteria stabilności układu z czasem dyskretnym – przekształcenie biliniowe. 25. Warunki konieczne i warunki dostateczne stabilności liniowego układu z czasem dyskretnym. 26. Cyfrowy regulator PID: algorytm pozycyjny. 27. Cyfrowy regulator PID: algorytm przyrostowy. 28. Cyfrowy regulator PID: dobór nastaw regulatora. 29. Układy nieliniowe: element ze strefą nieczułości, element z nasyceniem, element z histerezą, przekaźnik dwustawny bez histerezy, z histerezą dodatnią i ujemną, przekaźnik trójstawny 30. Nieliniowy układ regulacji: układ regulacji dwustawnej z histerezą dodatnią 31. Nieliniowy układ regulacji: układ regulacji dwustawnej z histerezą ujemną. 32. Modyfikacje układu regulacji dwustawnej. 33. Wskaźniki jakości regulacji dwustawnej

automatyzacja  

automatyzacja

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you