t-mar - 2009 - mĚŘenÍ - cvič.7 - regulaceukázalo se, že mnohé mechanické, hydraulické,...
TRANSCRIPT
© 2015 - Ing. Václav Rada, CSc.
20.z-1.tr
Teorie regulace 1
Teorie měření
a regulace
ZS – 2015/2016
Ústav technologie, mechanizace
a řízení staveb
T- MaR
© VR - ZS 2010/2011
Další hlavní téma 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- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Kybernetika
… popis obecných zákonitostí týkajících se řízení a řídicích
systémů i přenosu informací.
Velice úzce souvisí s rozvojem techniky, který nastal v období
před druhou světovou válkou a v jejím průběhu.
Hnacím motorem tehdejšího vývoje a pokroku bylo bohužel
váleč-nické úsilí.
© VR - ZS 2010/2011
T- MaR
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
Ruku v ruce s válečným úsilím a tedy s rozvojem zbrojního průmy-
slu šel i všeobecný rozmach průmyslu a technologických procesů,
které začaly vyžadovat kvalitnější řízení, než které bylo, dejme tomu,
v polovině meziválečného období.
V té době se ukázalo, že člověk a jeho reakční doby jsou pro mnoho
procesů příliš dlouhé, že nestačí zpracovat potřebné množství infor-
mací z procesu a vyhodnotit z nich příslušné zásahy.
© VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Potvrdilo se tak známé, že člověk je málo pružným článkem řízení a
že je nezbytné ho nahradit stále pozorným, stále stejně rychle
reagujícím a stále stejně reagujícím nezávislým (automaticky
pracujícím) systémem.
Rozvíjející se technika nutně vyžadovala „odstranit“ člověka a jeho
působení ……
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Je známo, že jako první formulovali základní poznatky
N. Wiesner, J. Biglow a A. Rosenblueth
při studiu fyziologických procesů ve vztahu obsluha – stroj.
Vzhledem k časovému období to bylo z vojenské oblasti – při práci
na principech protileteckých zaměřovačů, při sledování jejich pra-
covních procesů a při praktické práci s nimi.
A nebyli sami, jen válečné utajování mnohé další osobnosti zamlčelo
tak, že se nakonec „ztratili“ v nejrůznějších válečnických archivech.
Ale naštěstí jejich výsledky a závěry už to tak striktně nepotkalo.
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Diskuze kolem tehdejších poznatků a další rozvoj přijatých závěrů
vedlo v letech 1947 – 1948 k definování zásad nového oboru
nazvaného Kybernetics - Kybernetika.
Jméno bylo odvozeno od řeckého „kybernetikos“, které lze přeložit
jako kormidelník (ten co určuje směr).
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Nejdůležitější principy kybernetiky:Zpětná vazba …..
Informace …..
Model…..
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Zpětná vazba
Do základů byla zahrnuta i teorie řízení systémů založená na zpětné
vazbě a jejích účincích v systému řízení.
Teorie zpětné vazby byla definována již roku 1868, kdy o ní teh-
dejší význačný fyzik - teoretik C. Maxwell zveřejnil odbornou
studii, ale k dalšímu teoretickému rozvoji a návazně k aplikač-
nímu pojetí se „propracovala“ až v tomto období.
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Zpětná vazba
Princip zpětné vazby byl znám již dříve v regulační technice a
používal se při návrhu zpětnovazebních zesilovačů pro účely
sdělovací techniky.
Zakladatelé kybernetiky ale rozpoznali, že jde o velmi obecný
princip. Je především zásluhou kybernetiky, že se stal obecně
známým a umožnil vysvětlit řadu dějů odehrávajících se v
nejrůznějších dynamických systémech.
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Informace
Postupně vznikla exaktní teorie informace jako odnož teorie prav-
děpodobnosti. Informace doplnila náš fyzikální obraz světa v tom
smyslu, že jde o stejně důležitou entitu, jako je hmota či energie.
Informace je nositelem vědomostí, proto má různé úrovně a
hodnoty – má svou klasifikaci, kvantifikaci a kvalifikaci – nutně
tedy má i jakost a kvalitu.
Informace má svou přesně definovatelnou povahu.
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Informace
Postupně vznikla exaktní teorie informace jako odnož teorie prav-
děpodobnosti. Informace doplnila náš fyzikální obraz světa v tom
smyslu, že jde o stejně důležitou entitu, jako je hmota či energie.
Informace je zřejmě nejfrekventovanějším pojmem, který kyberne-
tika přinesla. Zpracování informace se stává stále důležitějším a
pomalu ale jistě mění charakter našeho života.
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Model
Systematické studium různých systémů vedlo k poznatku, že sys-
témy různé fyzikální podstaty mohou mít velmi podobné chování
a že chování jednoho systému můžeme zkoumat prostřednictvím
chování jiného, snáze realizovatelného systému ve zcela jiných
časových či prostorových měřítcích - dnes vytlačeny symbo-
lickými modely na číslicových počítačích
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Model
Ukázalo se, že mnohé mechanické, hydraulické, pneumatické, te-
pelné a jiné systémy, jsou popsány formálně stejnými diferen-
ciálními rovnicemi jako elektrické obvody.
To vedlo k potřebě propracovat tuto analogii a využít ji i v praxi.
Vedlo to ke vzniku speciálních elektrických obvodů analogových
počítačů. Brzy však byly vytlačeny symbolickými modely na
číslicových počítačích.
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
TEORIE ŘÍZENÍ
Za zakladatele kybernetiky je považován
americký matematik Norbert Wiener,který vydal v roce 1948 knihu
„Kybernetika aneb Řízení a sdě-
lování u organismů a strojů“
Shromáždil, sladil a teoreticky skloubil a
následně v knize popsal své výsledky – de-
finoval teorie a principy tohoto základního
(systémového) vědního oboru.
Proto je považován za „otce kybernetiky“ a tato jeho kniha se
stala určitou „biblí“ kybernetických systémů a kybernetiků.
© VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
V dalších letech (cca po roce 1950) se kybernetika vyvíjela odlišně
v různých zemích.
Ve vyspělých západních zemích byla víceméně pojala za obecnou
teorii systémů (a principem jejich funkce / činností).
Řada oborů, které byly a jsou v základech součástí vědního oboru
kybernetika, se vyvíjí jako samostatné obory – například informa-
tika, umělá inteligence nebo neuronové sítě, i jiné oblasti.
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
V zemích bývalého „socialistického tábora“ byla kybernetika z čistě
ideologických důvodů považována za „buržoazní pavědu“ – i když
jejími pravidly se (kupodivu) vedoucí strana a její aparát (a pocho-
pitelně i ostatní „normální“ vědní obory) řídili, aniž by „se o tom
mluvilo“.
Oficiálně začala být v těchto zemích přijímána až po polovině 60. let
– nejprve jako nechtěná nutnost a „nepotřebná“ teorie. Pak se naopak
stala do určité míry „módní“ vědou – naštěstí na velice krátkou dobu
víceméně po celém vyspělém světě – a následně tím, čím skutečně je
= zastřešující disciplínou pro mnoho oborů.
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Tehdejší vůdčí síly v zemích bývalého „socialistického tábora“
dávali maximální důraz na původ a oblast z níž vyšla. Jejich
„pravdou“ bylo, že kybernetika jasně vyjadřuje jeden z hlavních rysů
buržoasního světového názoru, jeho nelidskost a snahu přeměnit
pracující v součástku stroje, ve výrobní nástroj a nástroj války.
Zároveň tvrdili, že je pro kybernetiku charakteristická imperialistická
utopie, podle níž má být živý, myslící člověk, jenž bojuje za své
zájmy, nahrazen ve výrobě i ve válce strojem. Takto zjednodušovali
její podstatu a principy a zkreslovali její aplikační sílu,
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Kybernetika patří k systémovým vědám.
Je jednou ze „základních“ vědních disciplin.
Její dopad do všech ostatních věd je obrovský a mnohdy si ho ani
neuvědomujeme.
Kybernetika se zabývá velice rozmanitými problémy z oblastí
jednotlivých speciálních věd ze systémového pohledu (jak lze
konstatovat současnou terminologií).
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Kybernetika se zabývá systémy, které informace přijímají, ukláda-
jí, zpracovávají a na jejich základě činí rozhodnutí.
Informace – signály, které vysílá jako výsledek řídicí systém –
nabývají vzhledem k definovanému cíli určitého smyslu.
A je jedno, o jakou oblast života se jedná – jen je nutno výsledky
správně a relevantně interpretovat.
T- MaR
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Předmětem studia kybernetiky nejsou úplně obecné systémy, ale
tzv. kybernetické systémy a jejich kybernetická teorie systémů
(pro zobrazování systémů používá množinové vyjádření).
Kybernetické systémy mají cílové chování, což je vlastnost
systémů vyznačujících se vědomím.
T- MaR
Zabývá se systémy, které informace přijímají, ukládají, zpracovávají
a na jejich základě činí rozhodnutí – naplňují cíl (zjednodušeně
řečeno – většinou formou nápravných opatření).
Informace – signály, které vysílá jako výsledek řídicí systém –
nabývají vzhledem k definovanému cíli určitého smyslu.
A je jedno, o jakou oblast života se jedná – jen je nutno
výsledky správně a relevantně interpretovat.
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Jako mnoho jiných disciplín i kybernetika nemá jedinou definici, ale
v literatuře jich existuje celá řada. Asi nejlépe vystihuje podstatu
kybernetiky jako systémové vědy definice tato:
Kybernetika je věda, která se zabývá obecnými
principy řízení a přenosu informací ve strojích a
živých organismech.
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Předmětem studia kybernetiky nejsou úplně obecné systémy, ale tzv.
kybernetické systémy a jejich kybernetická teorie systémů (pro zo-
brazování systémů používá množinové vyjádření).
Takové systémy jsou samořídicími se systémy, které jsou složené
v nejjednodušším případě ze dvou dílčích systémů (jeden je subjekt
řízení – část která řídí, a druhý je objektem řízení – část, která je
řízena).
Mezi nimi existuje vzájemné informační působení.
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Kybernetické systémy mají cílové chování, což je vlastnost
systémů vyznačujících se vědomím.Předmětem kybernetiky je aspekt řízení, regulací, extremálního
řízení – to je obsahem
kybernetické teorie regulace.
Problémy učících se a vyvíjejících se systémů se zabývá
kybernetická teorie učení.
© VR - ZS 2014/2015
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Základem kybernetických systémů jsou informace a informační
procesy představující novou kvalitu.
Jsou sice vždy vázány na látkové nebo energetické nosiče, nelze je
však redukovat na látkové nebo energetické procesy. Jsou obsaženy
v části nazývané
kybernetickou teorií informace.
© VR - ZS 2010/2011
TEORIE ŘÍZENÍ - KYBERNETIKA
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
© 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
TEORIE ŘÍZENÍ
T- MaR
© VR - ZS 2014/2015
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.
Pozn. – ruční řízení může být se zpětnou vazbou i bez ní – záleží na
fyzickém a technickém provedení systému (!).
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
TEORIE ŘÍZENÍ
T- MaR
Regulace – je definována jako schopnost kybernetických systémů
udržovat sledovanou veličinu na stálé (požadované) úrovni, hodnotě
(přibližně nebo přesně, podle dalších vlastností) a eliminovat tím
působící rušivé vlivy nebo třeba změny sledované hodnoty – v regu-
lacích neexistuje automatická změna parametrů – systémy pro svou
činnost vyžadují existenci (fungující) zpětné vazby, která uzavírá
obvod řízení.
Někdy se hovoří o tom, že speciálním druhem je řízení bez zpětné
vazby --- správně však se má v tomto případě hovořit o „ovládání“
– které je charakterizováno právě NEPŘÍTOMNOSTÍ obvodů zpětné
vazby.
© VR - ZS 2014/2015
TEORIE ŘÍZENÍ
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Informace a řízení jsou dva základní pojmy
kybernetiky.
Klasifikace typů řízení je dělí na čtyři (základní) typy:
regulace
adaptivní regulace
extremální regulace
učící se systémy
ŘÍZENÍ
© VR - ZS 2015/2016
Uvedené typy regulací existují (pochopitelně) i v řízení.
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
systémy automatického řízení a regulace
lineární nelineární
spojité diskrétní hybridní
stacionárníí nestacionární
se
soustředěný
mi parametry
s
rozloženými
parametry
deterministické stochastické
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Základy
teorie
řízení
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
ŘÍZENÍ
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 (zada-
ných) pravidel (algoritmů) a bez kontroly provedení řídicích příkazů
– příkladem je řízení dopravních světel na křižovatce, dodávky zboží
bez objednávek, apod.
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
analogová regulace – probíhá v čase spojitě (kontinuálně) – kaž-
dý bod časového průběhu dynamického chování systému má průběh
vždy existující limitní hodnotu zprava i zleva
číslicová (digitální) regulace – probíhá v čase nespojitě – body
časového průběhu dynamického chování systému NEMAJÍ limitní
hodnotu ani zprava ani zleva – existují pouze v definovaných časo-
vých okamžicích – řídící či regulační orgán je obvykle realizován na
bázi počítače nebo mikroprocesoru (alespoň jeden člen R.O. má
číslicový – nespojitý - charakter)
© VR - ZS 2015/2016© VR - ZS 2015/2016
© VR - ZS 2015/2016
ŘÍZENÍ
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
pulsní regulace – probíhá v čase nespojitě – řídící či regulační
orgán působí na řízený objekt v určitých frekvenčně i amplitudově
definovaných pulsech – frekvence opakování pulsů může být
konstantní nebo proměnná
logická regulace – řízení na základě binární logiky a základních
logických zákonů – platí pravidla a zákony Booleovy algebry – vy-
konávají se jen logické operace – časový i pracovní postup činnosti
je dopředu pevně zadán (naprogramován)
© VR - ZS 2015/2016
ŘÍZENÍ
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
sekvenční regulace – v čase postupně probíhající řízení podle
předem zadaného řídícího či regulačního schematu – obvykle logic-
kého typu – bez zpětnovazební kontroly řízené či regulované reality
regulace / řízení pevnou logikou (logickým polem) – pře-
dem naprogramované řízení (obvykle kombinace logického a sek-
venčního) v integrovaném obvodě (nebo paměti mikroprocesoru)
© VR - ZS 2015/2016
ŘÍZENÍ
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
adaptivní regulace – systém se umí přizpůsobovat měnícímu se
prostředí tím, že na základě průběžného příjmu informací ze sebe
sama, ze své činnosti (ze svého působení) i z prostředí, mohou změ-
nou své struktury a změnou více než jednoho parametru odstraňovat
nejistotu o vlastnostech systému a o vnějších vlivech, hovoří se o
přizpůsobování se – 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 – tyto přizpůsobující
se systémy existují ve všech oblastech života
ŘÍZENÍ
© VR - ZS 2015/2016
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
optimální regulace – algoritmus řízení či regulace je průběžně
optimalizován podle předem zadaného (zvoleného) optimalizačního
kritéria (např. kritéria kvality regulace, minima doby přechodového
děje, energetického minima, ….…)
ŘÍZENÍ
© VR - ZS 2015/2016
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
extremální regulace – algoritmus řízení či regulace je podmiňo-
ván extremálními požadavky vycházejícími z potřebných (vyžadova-
ných) vlastností – systém je schopen vyhledat nejvýhodnější mezní
(nebo jinak specificky definovanou) požadovanou hodnotu a dosáh-
nout tak co nejlepšího výsledku (nejlepší chování celého systému)
v daných omezujících podmínkách a podle zadaného kritéria opti-
mality – systém může v určitých mezích automaticky měnit pouze
jeden ze svých parametrů, kterým je řídicí veličina – struktura a
ostatní parametry jsou neměnné
ŘÍZENÍ
© VR - ZS 2015/2016
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
učící se systémy – systémy, které na základě rozboru opakova-
ných podnětů a svých vlastních dosavadních reakcí na podněty, umí
dosáhnout účelnějšího chování (což nemusí být vždy optimálním
výsledkem), tzn. opravovat své chování tak, aby co nejlépe vyho-
vovalo prostředí a omezením z tohoto prostředí plynoucí – jsou ob-
vykle schopny pracovat zcela autonomně bez přímého dohledu či
kontroly jejich chování a (pracovní) činnosti
ŘÍZENÍ
© VR - ZS 2015/2016
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
deterministická regulace – řízení podle signálů přesně defino-
vaných (předdefinovaných, přesně popsaných typů) = předem
známých
stochastická regulace – řízení podle signálů nedefinovaných
časově a i amplitudově a tvarově = signálů předem neznámých –
podléhají statistickým pravidlům a matematickým zákonitostem
statistiky a neurčitosti
© VR - ZS 2015/2016
ŘÍZENÍ
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
fuzzy regulace / řízení – řízení probíhá podle principů fuzzy
logiky nebo tzv. jazykových modelů – umožňuje definovat hodnoto-
vě neurčité (vágní) „mezi-stavy“ typu: skoro, menší než, větší než,
skoro roven, apod., definované vždy např. slovně či porovnáváním
regulace selskou logikou (common sense logic) – využívá
princip definování algoritmu neurčitého (vágního) typu – je nejkom-
plexnějiším systémem regulace / řízení………
© VR - ZS 2015/2016
ŘÍZENÍ
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Dále existují:
- kybernetická teorie automatů,
- kybernetická teorie her,
- kybernetická teorie algoritmů,
- ……
které se zabývají příslušnými oblastmi ze systémového
pohledu kybernetiky.
© VR - ZS 2015/2016
ŘÍZENÍ
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
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,
regulovat) 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
Úvodní slovo
Základy teorie řízení
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
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
Základy teorie řízení
STABILITA – vyrovnaný (ustálený) stav systému při kte-
rém je zachovávána hodnota všech stavových veličin
STABILIZACE – proces zabezpečení (dosažení) stálosti
stavu a zaručující návraty do tohoto stavu vždy když je sy-
stém vyveden z rovnovážného stavu
KVALITA REGULACE – soubor vlastností zaručující
dosažení stanoveného cíle řízení bez ohledu na momentální i
výchozí stav systému (regulovaného objektu) – je charakteri-
zováno délkou doby odezvy a typem průběhu – obvykle
udávána jako minimální plocha pod integrálem regulačního
pochodu
T- MaRKYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
ŘÍZENÍ
PŘESNOST REGULACE – dovolená odchylka sku-
tečné hodnoty výstupní veličiny od požadované – reprezen-
tuje statické vlastnosti systému
PŘESNOST ŘÍZENÍ – dovolená odchylka skutečné
hodnoty regulační odchylky
T- MaRKYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
ŘÍZENÍ
T- MaRKYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
ŘÍZENÍ
Statické vlastnosti = statické charakteristiky
vyjadřují závislosti (hodnot) veličiny výstupní na (hodnotách)
veličiny vstupní, čili vyjadřuje vztah mezi vstupní a výstupní
veličinou v ustáleném stavu – po skončení všech (časově závislých
a v čase probíhajících) přechodných dějů.
Statickou charakteristiku získáme zpravidla měřením a vynesením
do grafu, protože grafická podoba je průkazná a reprezentativní.
T- MaRKYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
ŘÍZENÍ
Dynamické vlastnosti = dynamické charakteristiky
Dynamické vlastnosti vyjadřují chování prvku nebo obvodu
při změnách – probíhají v čase – určují rychlost i kvalitu reakce
na časově probíhající změny.
- operátorový přenos (přenosová funkce) – nejčastěji použí-
vaný způsob – diferenciální rovnice se transformuje vy-
tvořením poměru obrazu výstupní veličiny k obrazu
vstupní veličiny
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
* 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
Základy teorie řízení
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
V teorii řízení jde o systémy reagující v časové závislosti na
podněty – buď podněty vyžádané (zadání nového stavu nebo reakce
na změny výstupu) nebo podněty přicházející z okolí (většinou
formou poruch).
Matematicky je to oblast popisovaná diferenčními a diferenciálními
rovnicemi.
Přitom nelze pominout oblasti statické (na čase nezávislé) popisující
základní charakteristiky a vlastnosti sledovaných systémů.
Tam je matematika na úrovni soustavy lineárních a nelineárních
rovnic a nerovnic.
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Základy teorie řízení
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
Základní struktura systému automatického řízení
regulátor R regulovaná soustava S
XW
Y
jedná se o časově závislé systémy a tedy i časově závislé proměnné,
správně w(t), x(t) a y(t)
Základní struktura systému automatického řízení
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Základy teorie řízení
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
w(t) ... žádaná hodnota vstupní veličiny
x(t) ... řídicí veličina na výstupu regulátoru a zároveň na vstupu
regulované soustavy
y(t) ... výstupní veličina regulované soustavy (objektu řízení).
Základní struktura systému automatického řízení
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Základy teorie řízení
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
Základní schema zpětnovazebního regulačního obvodu.
-
wx ye
Regulátor
člen zpětné vazby
soustava
u
uy
regulovaná veličina
signál zpětné vazby
žádaná
hodnota
regulační odchylkaporucha
Základní schema zpětnovazebního systému
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Základy teorie řízení
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
Pokud je regulátor informován o výsledcích své regulační činnosti
zpětnou vazbou, vznikne regulační obvod, jehož blokové schema je
Základní struktura systému automatického řízení
-
w PR
x
yuw
ue
ŮČR VZ
MČ - ZPV
RS
u1 u2 u3
uy
AO
u4
regulovaná
veličina
signál zpětné
vazby
žádaná
hodnota
regulační odchylka
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Základy teorie řízení
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
Zpětnovazební regulační obvod má tyto úkoly:
zabezpečit, aby regulovaná veličina co nejlépe sledovala časový
průběh řídicí veličiny – splnění tohoto požadavku charakterizují
vlastnosti obvodu z hlediska řízení
kompenzovat účinky poruchových signálů tak, aby se jejich pů-
sobení neprojevilo (pokud možno vůbec) v časovém chování
výstupní regulované veličiny.
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Základy teorie řízení
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
… a to by bylo
vše
7......
T- MaRKYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
ŘÍZENÍ
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY