Аутоматика

Примјер система аутоматског управљања (САУ), или контролног система. Приказани служи за одржавање бродског кормила у подешеном положају. Одступање се мјери, и преко пропорционалног појачавача приводи мотору који врши корекцију положаја кормила. Ово је једноставан систем са повратном спрегом.

Аутоматика (контролно инжењерство) је грана науке и технике која се бави принципима и теоријом аутоматских контролних система и уређаја, који извршавају задатке без непосредног учешћа човјека.^[1]

Обухвата више примијењених дисциплина, као што су теорија оптималних система, теорија коначних аутомата,^[2] теорија поузданости и друге. Ово је све потребно за успјешно пројектовање, прорачун и реализацију разних аутоматских система. Теорија елемената аутоматике и теорија аутоматског управљања су чврсто повезане и само као цјелина служе за практично остварење аутоматских система.^[1]

За разлику од кибернетике,^[3]^[4] која проучава само информационе^[5]^[6]^[7] или ацикличке аутоматске системе, аутоматика проучава и цикличке и детерминисане аутоматске системе (види Аутоматско управљање).

Елементи аутоматике

Систем аутоматског управљања (САУ) се састоји од разних елемената који врше самосталне функције. Према основним функцијама, могу се сврстати у сензоре, међуелементе и извршне органе.

Сензор (давач, детектор, осјетило) је основни елемент сваког САУ. Он непрекидно мјери стварну вриједност управљаног параметра. Затим даје вриједност компаратору (упоређивачу) који упоређује измјерену и референтну (жељену) вриједност величине и даје сигнал грешке, пропорционалан разлици истих. У примјеру на слици, потенциометар је сензор позиције кормила. Компаратор је операциони појачавач спојен као компаратор (излаз је разлика напона на инвертујућем и неинвертујућем улазу).

Међуелемент је систем којим се информације од сензора појачавају или доводе у подесан облик за управљање извршним органом. Може бити дио канала везе (пријемник, предајник, кодер, декодер), појачавач, трансформатор и тако даље. На слици, међуелемент је појачавач снаге.

Извршни орган дјелује на процес којим се управља на основу сигнала од међуелемента. Може бити мотор, електрични, хидраулични, пнеуматски, комбиновани, електромагнет, цилиндар с клипом и тако даље. На слици, извршни орган је електромотор са зупчаничким преносом, који покреће кормило.

Теорија елемената аутоматике и аутоматског управљања

Теорија елемената аутоматике бави се проучавањем рада, метода прорачуна и метода реализације елемената а. који улазе у састав САУ. Теорија аутоматског управљања се бави изучавањем принципа пројектовања, прорачуна и извођења САУ као цјелине.

При раду САУ његови елементи су нормално у временски промјењивим режимима. Због тога понашање САУ зависи од динамичких карактеристика. С аспекта теорије није важно какви се физички процеси одвијају у елементима, већ су важне њихове динамичке особине.

Сваки аутоматски систем се може представити структурном шемом система, у којој су стварни елементи замијењени основним динамичким, са означеним везама и смјером тока сигнала. Са шемама се може извршити анализа понашања реалног система прије стварне конструкције. За аналитичко испитивање понашања САУ потребно је поставити његову диференцијалну једначину и ријешити је налажењем општег интеграла. Затим се одређују почетни услови и наћи зависност излазне величине од улазне преко прелазне карактеристике (енгл. transfer characteristic). То је често тежак проблем, посебно за сложене системе. Ово се може знатно олакшати кориштењем Лапласових трансформација, којима се диференцијалне једначине претварају у алгебарске, преко таблице честих случајева. Лапласове трансформације и преносне (преносне) функције (transfer function) омогућују знатно поједностављен начин налажења карактеристика аутоматског система, за случајеве који се често срећу у пракси.

Пријеносна (преносна) функција

Пријеносна функција система^[8]^[9]^[10] или елемента система представља однос Лапласове трансформације излазне величине наспрам Лапласове трансформације улазне величине при нултим почетним условима. Она у потпуности одређује динамичке промјене излазне величине у односу на улазну. С тиме, оне се користе за тестирање карактеристика система и прије стварне конструкције.

У зависности од тога да ли излазне величине преко повратне спреге дјелују на улазну величину, разликујемо затворено коло (дјелује повратна спрега) и отворено коло САУ.

На основи система преносних функција развијене су практичне теоријске и експерименталне методе за испитивање карактеристика система као што су стабилност. За одређивање стабилности користе се Никвистов критеријум стабилности^[11]^[12]^[13]^[14] и Бодеов критеријум стабилности, критеријум геометријског мјеста корјенова и слично.

Види још

Референце

^ ^а ^б „Systems & Control Engineering FAQ | Electrical Engineering and Computer Science”. engineering.case.edu (на језику: енглески). Case Western Reserve University. 20. 11. 2015. Приступљено 27. 6. 2017.
^ „Finite State Machines - Brilliant Math & Science Wiki”. brilliant.org. Приступљено 14. 4. 2018.
^ Gage, Stephen (2007). „The boat/Helmsman”. Technoetic Arts. 5: 15—24. doi:10.1386/tear.5.1.15_1.
^ „What is cybernetics - NTNU”. www.ntnu.edu. Приступљено 2023-04-27.
^ „What is Computer Science? – Computer Science. The University of York”. www.cs.york.ac.uk (на језику: енглески). Архивирано из оригинала 11. 6. 2020. г. Приступљено 2020-06-11.
^ The MIT Press (1980). What Can Be Automated? Computer Science and Engineering Research Study | The MIT Press. mitpress.mit.edu. Computer Science Series (на језику: енглески). MIT Press. ISBN 978-0262010603. Архивирано из оригинала 9. 1. 2021. г.
^ Denning, P.J.; Comer, D.E.; Gries, D.; Mulder, M.C.; Tucker, A.; Turner, A.J.; Young, P.R. (фебруар 1989). „Computing as a discipline”. Computer. 22 (2): 63—70. ISSN 1558-0814. doi:10.1109/2.19833.
^ M. A. Laughton; D.F. Warne (27. 9. 2002). Electrical Engineer's Reference Book (16 изд.). Newnes. стр. 14/9—14/10. ISBN 978-0-08-052354-5.
^ E. A. Parr (1993). Logic Designer's Handbook: Circuits and Systems (2nd изд.). Newness. стр. 65–66. ISBN 978-1-4832-9280-9.
^ Ian Sinclair; John Dunton (2007). Electronic and Electrical Servicing: Consumer and Commercial Electronics. Routledge. стр. 172. ISBN 978-0-7506-6988-7.
^ Reinschke, Kurt (2014). „Chapter 4.3. Das Stabilitätskriterium von Strecker-Nyquist”. Lineare Regelungs- und Steuerungstheorie (на језику: немачки) (2 изд.). Springer-Verlag. стр. 184. ISBN 978-3-64240960-8. Приступљено 2019-06-14.
^ Bissell, Christopher C. (2001). „Inventing the 'black box': mathematics as a neglected enabling technology in the history of communications engineering” (PDF). Архивирано (PDF) из оригинала 14. 6. 2019. г. Приступљено 14. 6. 2019.
^ Strecker, Felix (1947). Die elektrische Selbsterregung mit einer Theorie der aktiven Netzwerke (на језику: немачки). Stuttgart, Germany: de. (NB. Earlier works can be found in the literature section.)
^ Nyquist, Harry (јануар 1932). „Regeneration Theory”. Bell System Technical Journal. USA: American Telephone and Telegraph Company (AT&T). 11 (1): 126—147. S2CID 115002788. doi:10.1002/j.1538-7305.1932.tb02344.x.

Литература

Војна енциклопедија, Београд, 1970, књига прва, стране 340-342.
Kilian, Christopher (2005). Modern Control Technology. Thompson Delmar Learning. ISBN 978-1-4018-5806-3.
Bennett, Stuart (јун 1986). A history of control engineering, 1800-1930. IET. ISBN 978-0-86341-047-5.
Bennett, Stuart (1993). A history of control engineering, 1930-1955. IET. ISBN 978-0-86341-299-8.
Zankl, Arnold (2006). Milestones in Automation: From the Transistor to the Digital Factory. Wiley-VCH. ISBN 978-3-89578-259-6.
Franklin, Gene F.; Powell, J. David; Emami-Naeini, Abbas (2014). Feedback control of dynamic systems (на језику: енглески) (7th изд.). Stanford Cali. U.S.: Pearson. стр. 880. ISBN 9780133496598.
Blanke, M.; Kinnaert, M.; Lunze, J.; Staroswiecki, M. (2006), Diagnosis and Fault-Tolerant Control (2nd изд.), Springer
Steffen, T. (2005), Control Reconfiguration of Dynamical Systems, Springer
Staroswiecki, M. (2005), „Fault Tolerant Control: The Pseudo-Inverse Method Revisited”, Proceedings of the 16th IFAC World Congress, Prague, Czech Republic: IFAC
Lunze, J.; Rowe-Serrano, D.; Steffen, T. (2003), „Control Reconfiguration Demonstrated at a Two-Degrees-of-Freedom Helicopter Model”, Proceedings of European Control Conference (ECC), Cambridge, UK.
Maciejowski, J.; Jones, C. (2003), „MPC Fault-Tolerant Flight Control Case Study: Flight 1862”, Proceedings of the SAFEPROCESS 2003: 5th Symposium on Detection and Safety for Technical Processes, Washington D.C., USA: IFAC, стр. 265—276
Mahmoud, M.; Jiang, J.; Zhang, Y. (2003), Active Fault Tolerant Control Systems - Stochastic Analysis and Synthesis, Springer
Zhang, Y.; Jiang, J. (2003), „Bibliographical review on reconfigurable fault-tolerant control systems”, Proceedings of the SAFEPROCESS 2003: 5th Symposium on Detection and Safety for Technical Processes, Washington D.C., USA: IFAC, стр. 265—276
Patton, R. J. (1997), „Fault-tolerant control: the 1997 situation”, Preprints of IFAC Symposium on Fault Detection Supervision and Safety for Technical Processes, Kingston upon Hull, UK, стр. 1033—1055
Rauch, H. E. (1995), „Autonomous control reconfiguration”, IEEE Control Systems Magazine, 15 (6): 37—48, doi:10.1109/37.476385
Rauch, H. E. (1994), „Intelligent fault diagnosis and control reconfiguration”, IEEE Control Systems Magazine, 14 (3): 6—12, S2CID 39931526, doi:10.1109/37.291462
Gao, Z.; Antsaklis, P.J. (1991), „Stability of the pseudo-inverse method for reconfigurable control systems”, International Journal of Control, 53 (3): 717—729, doi:10.1080/00207179108953643
Looze, D.; Weiss, J.L.; Eterno, J.S.; Barrett, N.M. (1985), „An Automatic Redesign Approach for Restructurable Control Systems”, IEEE Control Systems Magazine, 5 (2): 16—22, S2CID 12684489, doi:10.1109/mcs.1985.1104940 .
Esna Ashari, A.; Khaki Sedigh, A.; Yazdanpanah, M. J. (2005), „Reconfigurable control system design using eigenstructure assignment: static, dynamic and robust approaches”, International Journal of Control, 78 (13): 1005—1016, S2CID 121350006, doi:10.1080/00207170500241817 .
Faulkner, E. A. (1969): Introduction to the Theory of Linear Systems; Chapman & Hall. ISBN 0-412-09400-2.
Pippard, A. B. (1985): Response & Stability; Cambridge University Press. ISBN 0-521-31994-3.
Gessing, R. (2004): Control fundamentals; Silesian University of Technology. ISBN 83-7335-176-0.
Franklin, G. (2002): Feedback Control of Dynamic Systems; Prentice Hall. ISBN 0-13-032393-4.
Chaffey, Thomas; Forni, Fulvio; Sepulchre, Rodolphe (2023). „Graphical Nonlinear System Analysis”. IEEE Transactions on Automatic Control: 1—16. ISSN 0018-9286. S2CID 236318576. arXiv:2107.11272 . doi:10.1109/TAC.2023.3234016.
Gordon E. Carlson Signal and Linear Systems Analysis with Matlab second edition, Wiley. 1998. ISBN 0-471-12465-6.
John G. Proakis and Dimitris G. Manolakis Digital Signal Processing Principals, Algorithms and Applications third edition, Prentice Hall. 1996. ISBN 0-13-373762-4.
D. Ronald Fannin, William H. Tranter, and Rodger E. Ziemer Signals & Systems Continuous and Discrete fourth edition, Prentice Hall. 1998. ISBN 0-13-496456-X.
Proof of the necessary conditions for BIBO stability.
Christophe Basso Designing Control Loops for Linear and Switching Power Supplies: A Tutorial Guide first edition, Artech House, 2012, 978-1608075577

Спољашње везе

[Case_Western_Reserve_University-1] а ^б „Systems & Control Engineering FAQ | Electrical Engineering and Computer Science”. engineering.case.edu (на језику: енглески). Case Western Reserve University. 20. 11. 2015. Приступљено 27. 6. 2017.

[2] „Finite State Machines - Brilliant Math & Science Wiki”. brilliant.org. Приступљено 14. 4. 2018.

[doi.org-3] Gage, Stephen (2007). „The boat/Helmsman”. Technoetic Arts. 5: 15—24. doi:10.1386/tear.5.1.15_1.

[4] „What is cybernetics - NTNU”. www.ntnu.edu. Приступљено 2023-04-27.

[YorkDefinition-5] „What is Computer Science? – Computer Science. The University of York”. www.cs.york.ac.uk (на језику: енглески). Архивирано из оригинала 11. 6. 2020. г. Приступљено 2020-06-11.

[MITAutomated-6] The MIT Press (1980). What Can Be Automated? Computer Science and Engineering Research Study | The MIT Press. mitpress.mit.edu. Computer Science Series (на језику: енглески). MIT Press. ISBN 978-0262010603. Архивирано из оригинала 9. 1. 2021. г.

[DenningAutomated-7] Denning, P.J.; Comer, D.E.; Gries, D.; Mulder, M.C.; Tucker, A.; Turner, A.J.; Young, P.R. (фебруар 1989). „Computing as a discipline”. Computer. 22 (2): 63—70. ISSN 1558-0814. doi:10.1109/2.19833.

[LaughtonWarne2002-8] M. A. Laughton; D.F. Warne (27. 9. 2002). Electrical Engineer's Reference Book (16 изд.). Newnes. стр. 14/9—14/10. ISBN 978-0-08-052354-5.

[Parr1993-9] E. A. Parr (1993). Logic Designer's Handbook: Circuits and Systems (2nd изд.). Newness. стр. 65–66. ISBN 978-1-4832-9280-9.

[SinclairDunton2007-10] Ian Sinclair; John Dunton (2007). Electronic and Electrical Servicing: Consumer and Commercial Electronics. Routledge. стр. 172. ISBN 978-0-7506-6988-7.

[Reinschke_2014-11] Reinschke, Kurt (2014). „Chapter 4.3. Das Stabilitätskriterium von Strecker-Nyquist”. Lineare Regelungs- und Steuerungstheorie (на језику: немачки) (2 изд.). Springer-Verlag. стр. 184. ISBN 978-3-64240960-8. Приступљено 2019-06-14.

[Bissel_2001-12] Bissell, Christopher C. (2001). „Inventing the 'black box': mathematics as a neglected enabling technology in the history of communications engineering” (PDF). Архивирано (PDF) из оригинала 14. 6. 2019. г. Приступљено 14. 6. 2019.

[Strecker_1947-13] Strecker, Felix (1947). Die elektrische Selbsterregung mit einer Theorie der aktiven Netzwerke (на језику: немачки). Stuttgart, Germany: de. (NB. Earlier works can be found in the literature section.)

[Nyquist_1932-14] Nyquist, Harry (јануар 1932). „Regeneration Theory”. Bell System Technical Journal. USA: American Telephone and Telegraph Company (AT&T). 11 (1): 126—147. S2CID 115002788. doi:10.1002/j.1538-7305.1932.tb02344.x.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]