Noțiuni Privind Sistemele Automate

GENERALITĂŢI

Sistemele sunt omniprezente în natură, în societate şi în gândirea logică. Cu toate acestea, teoria generală a sistemelor în forma sa modernă a fost elaborată doar în ultimele decenii ale secolului nostru. A trebuit să se dezvolte matematica, electronica, tehnica de calcul, ştiinţele economice şi sociale, să fie creată cibernetica pentru ca printr-un proces de profundă abstractizare să se elaboreze o teorie comună care să se aplice , atât la conducerea unei maşini, cât şi la conducerea unei uzine, atât la baterea unui cui, cât şi la dirijarea unui satelit al pământului, atât la scara atomului, cât şi la scara întregului univers, atât la scara celulei, cât şi la scara unui organism viu, etc.

Ce este un sistem- Sunt numeroase definiţii date noţiunii de sistem şi acest fapt se explică tocmai prin generalitatea acestei noţiuni.

Un sistem este un ansamblu de elemente care se intercondiţionează şi care formează un tot organizat în vederea atingerii unui scop, unui obiectiv. De exemplu, automobil este un sistem format din componente legate între ele care acţionează pentru a asigura transportul. O acumulare de apă pe un râu este un sistem, şi anume un sistem hidrotehnic, care are mai multe componente (lacul de acumulare, barajul, digurile etc) şi care are drept scop deservirea unor folosinţe.

Un sistem automat este format din instalaţia tehnologică şi din dispozitivele de automatizare. Sistemele automate se împart în două mari categorii:

- sisteme automate cu circuit deschis sau de comandă;

- sisteme automate cu circuit închis sau de reglare.

Mărimea care acţionează sistemul automat se numeşte mărire de intrare, iar mărirea reglată se numeşte mărime de ieşire. Natura fizică a mărimii de intrare poate fi diversă.

ANALIZA SISTEMELOR AUTOMATE

Pentru studiul sistemelor automate se folosesc diferite metode care pot fi grupate în următoarele categorii:

- metoda de descriere şi analiză globală, cum sunt schemele funcţionale, schemele bloc,

metoda grafurilor;

- metode analitice de studiu şi de simulare numerică (modelarea matematică);

- metode de modelare analogică;

- metode de cercetare experimentală.

Scheme bloc pentru descrierea sistemelor automate

În general, schemele bloc descriu în mare sistemul şi permit formarea unei imagini globale asupra funcţionării lui. Cu ajutorul schemelor bloc se pun în evidenţă funcţiile de comandă ale sistemului, fără a arăta cum sunt îndeplinite aceste funcţii.

Schemele bloc ale sistemelor automate sunt de două feluri:

- scheme bloc care operează cu elemente fizice şi mărimi fizice în general dependente

de timp;

- scheme bloc care operează cu funcţii de transfer.

Legătura care se stabileşte între mărimea de ieşire şi mărimea de intrare a unui sistem automat cu reacţie se numeşte reacţie principală.

Elementul de comparaţie Ec are rolul să compare valoarea mărimii de ieşire xe cu valoarea mărimii de intrare xi şi să facă diferenţa (abaterea) xi – xe pe care o trimite ca semnal la regulatorul automat RA. Se consideră că semnalele se transmit într-un se transmit într-un singur sens (semnale unidirecţionale).

Perturbaţiile P1, P2, P3 influenţează mărimea de ieşire xe. În sistemele automate cu reacţie orice abatere a mărimii x, de la valoarea prescrisă x, se corectează în sensul apropierii valorii xe de xi.

Pe linia directă operaţiile pe care le execută un sistem automat cu reacţie se realizează în succesiunea ACE: Acţionare (de la elementul de comparaţie); Comandă (de la regulatorul automat) şi Execuţie ( de la elementul de execuţie).

Pe linia inversă (pe reacţie) operaţia care se realizează este unică, operaţia E1 (mărimea de ieşire, x1 este comparată cu mărimea de intrare , x1).

Schemele bloc care operează cu funcţii de transfer se bazează pe relaţiile care există între mărimea de ieşire şi mărimea de intrare într-un sistem automat.

Metode analitice pentru studiul funcţionării sistemelor automate

Studiul teoretic al sistemelor automate este posibil în cazul în care se stabilesc ecuaţiile care leagă mărimea de ieşire de mărimea de intrare, respectiv ecuaţiile care descriu procesul de funcţionare a sistemului în întregime.

Cele mai simple procese de funcţionare sunt procesele care se descriu cu ecuaţii liniare. Astfel de sisteme se numesc sisteme liniare şi studiul lor a cunoscut o largă dezvoltare datorită posibilităţilor de aplicare a teoriei operatorilor lineari din matematica modernă.

Un operator L este linear daca putem scrie:

L(f1 + f2) = Lf1 + Ff2

şi

L(α, f) = αLf

unde: α este o constantă, iar f1 şi f2 – funcţii oarecare.

De exemplu:

L(y) = + a + by;

În general, ecuaţiile care descriu funcţionarea unui sistem nu sunt lineare. Pentru linearizarea acestor ecuaţii se fac unele ipoteze care, evident introduc unele aproximaţii.

În prezent, datorită dezvoltării tehnicii de calcul automat, există posibilitatea să se analizeze funcţionarea sistemelor automate nelineare, rezolvând cu metode numerice ecuaţii diferenţiale şi integrale nelineare (metoda simulării numerice).

Pentru exemplificarea metodelor analitice de studiu al sistemelor automate să considerăm o stavilă de nivel aval constant, care este un dispozitiv automat, respectiv un sistem automat. Stavila este pusă în mişcare de rotaţie de variaţia nivelului apei din aval, din zona flotorului. Să presupunem că stavila realizează o cădere de nivel între două rezervoare, unul în amonte, de volum foarte mare, practic cu nivel constant, şi al doilea în aval, de volum redus, din care se consumă un debit Q.