Παρασκευάς Ν. Παρασκευόπουλος

 

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου: Βασικές Έννοιες με Εφαρμογές


Βιβλιο [10]

 

[10] Π.Ν. Παρασκευόπουλος, Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου: Βασικές Έννοιες με Εφαρμογές, Αθήνα, 2002, σελ. 562, Εκδόσεις Π.Ν. Παρασκευόπουλου

Το βιβλίο αυτό είναι εισαγωγικού επιπέδου στα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου (ΣΑΕ), όπου τα μεν μαθηματικά είναι περιορισμένα στο χαμηλότερο δυνατό επίπεδο, ενώ το κέντρο βάρους δίνεται στις εφαρμογές. Πιο συγκεκριμένα, το βιβλίο [10] είναι πολύ πιο «εύκολο» βιβλίο σε σύγκριση με το επίσης εισαγωγικού επιπέδου βιβλίο [1].

Γι’ αυτό, το βιβλίο [10] το συνιστούμε για Τμήματα που διδάσκουν μόνο ένα ή και δύο εξάμηνα ΣΑΕ, αλλά με όσο γίνεται λιγότερα μαθηματικά (για παράδειγμα, τα Τμήματα Μηχανολόγων, Ναυπηγών, Οχημάτων, Γεωργικών Μηχανημάτων και άλλων Τμημάτων των ΤΕΙ).

 

 

 

 

 

 

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ

ΠΡΟΛΟΓΟΣ                                                                                                                          1

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ                                                                                            5

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1  ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ              17

1.1             Γενικά περί συστημάτων αυτομάτου ελέγχου

1.2     Σύντομη ιστορική ανασκόπηση των συστημάτων

αυτομάτου ελέγχου                                                                                                  18

1.3     Η βασική δομή ενός συστήματος αυτομάτου ελέγχου                                21

1.4     Παραδείγματα συστημάτων αυτομάτου ελέγχου                                          26

Παράδειγμα 1. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου θέσης                                                   26

Παράδειγμα 2. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου πάχους λαμαρίνας                              27

Παράδειγμα 3. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου θερμοκρασίας θαλάμου                      28

Παράδειγμα 4. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου στάθμης υγρού                                    29
Παράδειγμα 5. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου θέσης πτερυγίων αεροσκάφους    30

Παράδειγμα 6. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου κατεύθυνσης πυραύλου                      30

Παράδειγμα 7. Ηλεκτρονικός ρυθμιστής τάσης                                                           31

Παράδειγμα 8. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου πυρηνικού αντιδραστήρα                    32

Παράδειγμα 9. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου ατμοστροβιλογεννήτριας                     33

Παράδειγμα 10. Ελεγχος ρομπότ                                                                               33

Παράδειγμα 11. Αριθμητικός έλεγχος                                                                         34

Παράδειγμα 12. Αναπηρική καρέκλα                                                                         35

Παράδειγμα 13. Οικονομικά συστήματα                                                                    35

Παράδειγμα 14. Διδασκαλία                                                                                      35

Παράδειγμα 15. Βιολογικά συστήματα                                                                       36

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2    ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΛΕΤΗ

ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ                                38

2.1      Εισαγωγή                                                                                                                     38

2.2   Τα βασικά σήματα συστημάτων αυτομάτου ελέγχου                                  38

2.2.1              Η μοναδιαία Ρηματική συνάρτηση                                                                  38

2.2.2     Η μοναδιαία κρουστική συνάρτηση                                                                 39

2.2.3     Η συνάρτηση αναρρίχησης                                                                             41

2.3  Ο μετασχηματισμός Laplace                                                                                     41

2.3.1              Γενικά περί μετασχηματισμού Laplace                                                           41

2.3.2     Ιδιότητες και θεωρήματα του μετασχηματισμού Laplace                                42

2.4   Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace                                                             46

2.5   Παραδείγματα μετασχηματισμού Laplace                                                               50

2.5.1    Αριθμητικά παραδείγματα υπολογισμού του

μετασχηματισμού Laplace                                                                             50

Παράδειγμα 1. Laplace των συναρτήσεων υ (t), υ(t-Τ), t και eat                                50

Παράδειγμα 2. Laplace ημίτονου και συνημίτονου                                              51

Παράδειγμα 3. Laplace ημ(ωt+θ)                                                                        52

Παράδειγμα 4. Laplace ακολουθίας τετραγωνικού παλμού                               52

2.5.2  Αριθμητικά παραδείγματα υπολογισμού αντίστροφου

μετασχηματισμού Laplace                                                                             54
Παράδειγμα 1. Αντίστροφος Laplace με διακεκριμένους

πραγματικούς πόλους                                                               54

Παράδειγμα 2. Αντίστροφος Laplace με μιγαδικούς πόλους                               55
Παράδειγμα 3. Αντίστροφος Laplace με μιγαδικούς και

φανταστικούς πόλους                                                                56
Παράδειγμα 4. Αντίστροφος Laplace με φανταστικούς

και πραγματικούς πόλους                                                         58
Παράδειγμα 5. Αντίστροφος Laplace με επαναλαμβανόμενους

και μιγαδικούς πόλους                                                              59

2.6  Ορισμοί και πράξεις πινάκων                                                                            61

2.6.1              Ορισμοί πινάκων                                                                                            61

2.6.2     Πράξεις πινάκων                                                                                            64

2.7   Η ορίζουσα ενός πίνακα                                                                                      65

2.8   Ο αντίστροφος ενός πίνακα                                                                              66

2.9   Ιδιοτιμές και ιδιοδιανύσματα πινάκων                                                                    66

2.9.1              Βασικές έννοιες και ορισμοί                                                                            66

2.9.2     Αριθμητικά παραδείγματα                                                                               68
Παράδειγμα 1. Ιδιοτιμές και ιδιοδιανύσματα πίνακα διαστάσεων 2x2        68

2.10  Ασκήσεις για λύση                                                                                               69

 

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ                72

3.1      Εισαγωγή                                                                                                                      72

3.2   Γενικά περί μαθηματικού μοντέλου                                                                   73

3.3   Είδη μαθηματικών μοντέλων                                                                                    73

3.4   Ολοκληρωδιαφορικές εξισώσεις                                                                              76

 

3.4.1              Βασικές έννοιες                                                                                                76

3.4.2     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                                78
Παράδειγμα 1. Ηλεκτρικό δίκτυο ΠΙΟ                                                                    78
Παράδειγμα 2. Ηλεκτρικό δίκτυο δύο βρόχων                                                      78
Παράδειγμα 3. Μάζα κρεμασμένη από ελατήριο                                                  79

3.5  Συνάρτηση μεταφοράς                                                                                           80

3.5.1              Βασικές έννοιες                                                                                                80

3.5.2     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                                80
Παράδειγμα 1. Ηλεκτρικό δίκτυο RLC                                                          80
Παράδειγμα 2. Ηλεκτρικό δίκτυο δύο βρόχων                                                       81
Παράδειγμα 3. Μάζα κρεμασμένη από ελατήριο                                                  82

3.6   Κρουστική απόκριση                                                                                                   83

3.7   Εξισώσεις κατάστασης                                                                                          84

3.7.1              Γενικά περί εξισώσεων κατάστασης                                                                84

3.7.2     Περιγραφή γραμμικών συστημάτων με εξισώσεις κατάστασης                       87

3.7.3     Πίνακες συνάρτησης μεταφοράς και κρουστικής απόκρισης                          89

3.7.4     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                                91
Παράδειγμα 1. Ηλεκτρικό δίκτυο RL                                                                     91
Παράδειγμα 2. Ηλεκτρικό δίκτυο RLC                                                          92
Παράδειγμα 3. Μάζα κρεμασμένη από ελατήριο                                                  94

3.8  Διαγράμματα βαθμίδων                                                                                              95

3.8.1              Κανόνες διαγραμμάτων βαθμίδων                                                                   95

3.8.2     Παραδείγματα απλοποίησης διαγραμμάτων βαθμίδων                                  101
Παράδειγμα 1. Διάγραμμα βαθμίδων συστήματος διπλού βρόχου                     101
Παράδειγμα 2. Διάγραμμα βαθμίδων δυο βρόχων                                             105
Παράδειγμα 3. Διάγραμμα βαθμίδων τριών βρόχων                                          107
Παράδειγμα 4. Διάγραμμα βαθμίδων συστήματος δύο εισόδων                        109

3.9  Διαγράμματα ροής σημάτων                                                                              110

3.9.1              Γενικά περί διαγραμμάτων ροής σημάτων                                                      110

3.9.2     Κατασκευή διαγραμμάτων ροής σημάτων                                                      112

3.9.3     Ο τύπος του Mason                                                                                         113

3.9.4     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                               113

Παράδειγμα 1. Ωμικό δίκτυο δύο βρόχων                                                           113

Παράδειγμα 2. Ωμικό δίκτυο δύο βρόχων                                                           114

Παράδειγμα 3. Τρία απλά διαγράμματα ροής σημάτων                                     115
Παράδειγμα 4. Διάγραμμα ροής σημάτων συστήματος ελέγχου

ταχύτητας                                                                                   117

3.10 Ασκήσεις για λύση                                                                                                     121

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4    ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ, ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΚΑΙ

  ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ                                       126

4.1   Περιγραφή αισθητηρίων οργάνων                                                                       126

4.1.1             Μανόμετρο (μετρητής πίεσης)                                                                         126

4.1.2    Ταχύμετρο εναλλασσομένου                                                                           127

4.1.3    Μηχανικό επιταχυνσιόμετρο                                                                            129

4.1.4    Θερμόμετρο υδραργύρου                                                                                130

4.2  Περιγραφή διατάξεων ελέγχου                                                                         133

4.2.1             Διατάξεις γραναζιών                                                                                       133

4.2.2    Διατάξεις ανάδειξης διαφοράς δύο σημάτων                                                 135

4.2.3    Κινητήρες συνεχούς ρεύματος                                                                       137

4.2.4    Κινητήρες εναλλασσομένου ρεύματος                                                            142

4.3  Περιγραφή ηλεκτρικών συστημάτων                                                                     142

4.3.1              Ηλεκτρικό κύκλωμα RC (δύο αντιστάτες και ένας πυκνωτής)                       142

4.3.2     Ηλεκτρικό κύκλωμα RC (δύο αντιστάτες και δύο πυκνωτές)                         144

4.3.3     Σύστημα αυτομάτου ελέγχου τάσης                                                                145

4.4  Περιγραφή ηλεκτρονικών συστημάτων                                                                 147

4.4.1    Κύκλωμα   καθυστέρησης πρώτης τάξης   με τελεστικό

ενισχυτή                                                                                                          147

4.4.2     Κύκλωμα τελεστικού ενισχυτή με διαιρέτη τάσης                                           148

4.4.3     Κύκλωμα τελεστικού ενισχυτή με αντίσταση παράλληλα                               149

4.4.4     Κύκλωμα σειριακής αλληλουχίας

τελεστικών ενισχυτών                                                                                    150

4.5  Περιγραφή μηχανικών συστημάτων                                                                      152

4.5.1              Μηχανικό σύστημα με ελατήριο και αποσβεστήρα παράλληλα                     152

4.5.2     Μηχανικό σύστημα με ελατήριο και αποσβεστήρα σε σειρά                          153

4.5.3     Μηχανικό σύστημα ελατηρίου - μάζας - αποσβεστήρα,
αναρτημένου σε κινούμενο όχημα                                                                  156

4.5.4     Μηχανικό σύστημα με ελατήρια και αποσβεστήρες

σε σειρά και παράλληλα                                                                                159

4.5.5 Μηχανικό σύστημα με δύο ελατήρια και αποσβεστήρα

σε σειρά                                                                                                        161

4.5.6   Περιστροφικό μηχανικό σύστημα                                                                     162

4.5.7   Σύστημα αναστραμμένου εκκρεμούς αναρτημένου

σε κινούμενο όχημα                                                                                       166

4.6. Περιγραφή υδραυλικών συστημάτων                                                                     170

4.6.1             Υδραυλικός ενισχυτής                                                                                      170

4.6.2    Υδραυλικός σερβοκινητήρας                                                                           172

4.6.3    Υδραυλικό σύστημα αντλίας - κινητήρα                                                           174

4.7  Περιγραφή πνευματικών συστημάτων                                                                  179

4.7.1              Ενισχυτής πεπιεσμένου αέρα                                                                         179

4.7.2     Πνευματικό σύστημα πίεσης με δύο φυσητήρες                                             179

4.7.3     Πνευματική διαφραγματική βαλβίδα                                                               182

4.7.4     Πνευματικός ελεγκτής                                                                                      183

4.8  Περιγραφή θερμικών συστημάτων                                                                         186

4.8.1             Απλό θερμικό σύστημα                                                                                    186

4.8.2    Σύστημα αυτομάτου ελέγχου θερμοκρασίας θαλάμου                                    188

4.8.3    θερμικό σύστημα με διαταραχή                                                                190

4.9  Περιγραφή συστημάτων ελέγχου στάθμης υγρού                                      193

4.9.1              Σύστημα στάθμης υγρού απλής παροχής                                                       193

4.9.2     Σύστημα αυτομάτου ελέγχου στάθμης υγρού                                                  196

4.9.3     Σύστημα στάθμης υγρού ελεγχόμενου από υδραυλικό

ολοκληρωτικό ελεγκτή                                                                                    198

4.10  Αλλα πρακτικά συστήματα αυτομάτου ελέγχου                                         200

4.10.1                Σύστημα σερβομηχανισμού θέσης                                                               200

4.10.2     Σύστημα σερβομηχανισμού ταχύτητας

(διάταξη Ward-Leonard)                                                                                   203

4.11   Ασκήσεις για λύση                                                                                               205

ΚΕΦ 5 ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΤΟ ΠΕΔΙΟ

ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ                                                                                                      213

5.1      Εισαγωγή                                                                                                                    213

5.2   Ολική χρονική απόκριση συστημάτων                                                                   213

5.2.1    Προσδιορισμός της αναλυτικής έκφρασης της

χρονικής απόκρισης                                                                                       213

5.2.2  Χαρακτηριστικά της γραφικής παράστασης της

χρονικής απόκρισης                                                                                       216

5.3   Χρονική απόκριση συστημάτων πρώτης και δεύτερης τάξης               218

5.3.1              Συστήματα πρώτης τάξης                                                                               218

5.3.2     Συστήματα δεύτερης τάξης                                                                             219

5.3.3     Ειδικά θέματα συστημάτων δεύτερης τάξης                                                   222

5.3.4     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                              225
Παράδειγμα 1. Ηλεκτρικό δίκτυο RL                                                           225
Παράδειγμα 2. Ηλεκτρικό δίκτυο RC                                                                  226
Παράδειγμα 3. Ηλεκτρικό δίκτυο RL δύο βρόχων                                 227
Παράδειγμα 4. Μάζα κρεμασμένη από ελατήριο χωρίς τριβές                          228
Παράδειγμα 5. Μάζα κρεμασμένη από ελατήριο με τριβές                                230
Παράδειγμα 6. Σύστημα ελέγχου στάθμης υγρού                                               231

5.4   Σύγκριση συμπεριφοράς ανοικτών και κλειστών συστημάτων                         233

5.5     Σφάλματα κλειστών συστημάτων στη μόνιμη κατάσταση                                   236

5.5.1              Είδη συστημάτων και σταθερών σφαλμάτων                                                 236

5.5.2     Σφάλματα συστημάτων με διεγέρσεις ειδικών μορφών                                 237

5.5.3     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                              239
Παράδειγμα 1. Ελεγχος συστήματος ενεργητικής ανάρτησης

αυτοκινήτου                                                                             239
Παράδειγμα 2. Ελεγχος συστήματος βραχίονα απορριματοφόρου

οχήματος                                                                                   242

Παράδειγμα 3. Σύστημα σερβομηχανισμού θέσης                                           243

Παράδειγμα 4. Σύστημα καταγραφικού x-y                                                      245

5.6  Ασκήσεις για λύση                                                                                               246

ΚΕΦ 6 ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ                                                                         251

6.1      Εισαγωγή                                                                                                                  251

6.2   Ορισμοί της ευστάθειας                                                                                     252

6.2.1             Βασικές έννοιες                                                                                             252

6.2.2    Αριθμητικά παραδείγματα                                                                             255
Παράδειγμα 1. Ευσταθές σύστημα δεύτερης τάξης                              255
Παράδειγμα 2. Ασταθές σύστημα δεύτερης τάξης                                 256

6.3   Κριτήρια της ευστάθειας                                                                                    258

6.4   Αλγεβρικά κριτήρια της ευστάθειας                                                               259

6.4.1             Γενικά περί αλγεβρικών κριτηρίων                                                               259

6.4.2    Το κριτήριο Routh                                                                                     260

6.4.3    Το κριτήριο του Hurwitz                                                                                 262

6.4.4    Το κριτήριο των συνεχών κλασμάτων                                                          263

6.4.5  Αριθμητικά παραδείγματα                                                                             263
Παράδειγμα 1. Σύστημα τρίτης τάξης (Routh)                                                   263
Παράδειγμα 2. Σύστημα τετάρτης τάξης (Routh)                                               264
Παράδειγμα 3. Σύστημα με μηδενικό στοιχείο στην πρώτη

στήλη του πίνακα Routh                                                          264

Παράδειγμα 4. Σύστημα με μηδενική γραμμή στον πίνακα Routh                    265

Παράδειγμα 5. Σύστημα με ελεύθερη παράμετρο (Routh)                                266

Παράδειγμα 6. Σύστημα τρίτης τάξης (Hurwitz)                                                 266

Παράδειγμα 7. Σύστημα τρίτης τάξης (συνεχή κλάσματα)                                266

6.4.6  Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                             267
Παράδειγμα 1. Σύστημα σερβομηχανισμού θέσης                                            267
Παράδειγμα 2. Σύστημα ελέγχου ταχύτητας                                                      267
Παράδειγμα 3. Ρομπότ ηλεκτροσυγκόλλησης                                                   268
Παράδειγμα 4. Σύστημα ελέγχου ταχύτητας μαγνητικής ταινίας

αποθήκευσης δεδομένων                                                        269

Παράδειγμα 5. Σύστημα ελέγχου ευστάθειας πλοίου                                        270

Παράδειγμα 6. Σύστημα μηχανής αυτοκινήτου                                                  272

Παράδειγμα 7. Σύστημα ελέγχου πάχους λαμαρίνας                                       274

Παράδειγμα 8. Σύστημα ελέγχου πλοήγησης ταχύπλοων σκαφών                 276

6.5 Το κριτήριο ευστάθειας Nyquist                                                                       278

6.5.1              Εισαγωγή                                                                                                      278

6.5.2     Ειδικά θέματα μιγαδικών συναρτήσεων για τη διατύπωση

του κριτηρίου Nyquist                                                                                    280

6.5.3     Το κριτήριο ευστάθειας Nyquist                                                                     282

6.5.4     Κατασκευή διαγραμμάτων Nyquist                                                               287

6.5.5     Περιθώριο ενίσχυσης και περιθώριο φάσης                                                 291

6.5.6     Αριθμητικά παραδείγματα                                                                             296
Παράδειγμα 1. Σύστημα δεύτερης τάξης με απλό πόλο

στην αρχή των αξόνων                                                            296
Παράδειγμα 2. Σύστημα τρίτης τάξης με διπλό πόλο

στην αρχή των αξόνων                                                            298
Παράδειγμα 3. Σύστημα πρώτης τάξης με πόλο στο δεξιό

μιγαδικό ημιεπίπεδο                                                                298

6.5.7  Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                             301
Παράδειγμα 1. Ελεγχος συστήματος παραγωγής χάρτου                                301
Παράδειγμα 2. Ελεγχος ακτίνας συσκευής laser                                              303
Παράδειγμα 3. Σύστημα ελέγχου βενζινοκίνητης μηχανής                               306

Παράδειγμα 4. Σύστημα κοπής μετάλλων                                                          309

Παράδειγμα 5. Σύστημα ελέγχου βραχίονα διαστημικού ρομπότ                       311
6.5.8 Σύγκριση μεταξύ των αλγεβρικών κριτηρίων και του

κριτηρίου Nyquist                                                                                           315

6.6 Ασκήσεις για λύση                                                                                                 315

ΚΕΦ 7 ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΟΣ ΤΟΠΟΣ ΤΩΝ ΡΙΖΩΝ                                                         320

7.1      Εισαγωγή                                                                                                                    320

7.2   Εισαγωγικό παράδειγμα κατασκευής του γ.τ.ρ.                                         320

7.3   Συστηματικός τρόπος κατασκευής του γ.τ.ρ.                                               323

 

7.3.1              Ορισμός του γ.τ.ρ.                                                                                           323

7.3.2     Θεωρήματα του γ.τ.ρ.                                                                                     324

7.3.3     Συμπληρωματικά στοιχεία κατασκευής του γ.τ.ρ.                                          325

7.3.4     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                              327
Παράδειγμα 1. Ελεγχος ανύψωσης ηλεκτρομαγνητικού τρένου                        327
Παράδειγμα 2. Σύστημα ελέγχου χορήγησης ινσουλίνης στον

ανθρώπινο οργανισμό                                                               331

Παράδειγμα 3. Ελεγχος συστήματος αυτοκινήτου - οδηγού                               335

Παράδειγμα 4. Σύστημα ελέγχου κλίσης πλοίου                                                337

Παράδειγμα 5. Ελεγχος εκπομπής καυσαερίων αυτοκινήτου                            341

7.4  Επίδραση στο γ.τ.ρ. από την προσθήκη πόλων και μηδενικών                        346

7.4.1              Επίδραση στο γ.τ.ρ. από την προσθήκη πόλων                                             346

7.4.2     Επίδραση στο γ.τ.ρ. από την προσθήκη μηδενικών                                       347

7.4.3     Αριθμητικά παραδείγματα                                                                               347
Παράδειγμα 1. Προσθήκη ενός πόλου                                                               347
Παράδειγμα 2. Προσθήκη δύο πόλων                                                                348
Παράδειγμα 3. Προσθήκη ενός μηδενικού                                                         349

7.5  Ασκήσεις για λύση                                                                                                 350

ΚΕΦ 8 ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΠΕΔΙΟ ΤΗΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ              356

8.1      Εισαγωγή                                                                                                                   356

8.2   Αρμονική απόκριση συστημάτων                                                                           356

8.3   Συσχέτιση αρμονικής και χρονικής απόκρισης                                         358

8.3.1              Χαρακτηριστικά αρμονικής απόκρισης                                                          358

8.3.2     Συσχέτιση σε συστήματα πρώτης τάξης                                                        359

8.3.3     Συσχέτιση σε συστήματα δεύτερης τάξης                                             360

8.3.4     Συσχέτιση σε συστήματα ανώτερης τάξης                                                     364

8.4  Διαγράμματα Bode                                                                                               365

8.4.1              Γενικά περί διαγραμμάτων Bode                                                                  365

8.4.2     Εισαγωγικό αριθμητικό παράδειγμα κατασκευής

διαγραμμάτων Bode                                                                                    368

8.4.3     Ολικά διαγράμματα Bode μιας συνάρτησης μεταφοράς                              372

8.4.4     Περιθώριο ενίσχυσης και περιθώριο φάσης                                                 373

8.4.5     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                            374
Παράδειγμα 1. Σύστημα ηλεκτρονικού ελέγχου                                                374
Παράδειγμα 2. Σχεδίαση διαγραμμάτων Bode για υδροπτέρυγα                     376
Παράδειγμα 3. Σχεδίαση διαγραμμάτων Bode σε συσκευή μαγνητικής

ανύψωσης (σύστημα μη ελάχιστης φάσης)                            381

8.5  Διαγράμματα Νichols                                                                                               385

8.5.1              Γεωμετρικός τόπος σταθερού πλάτους                                                         385

8.5.2     Γεωμετρικός τόπος σταθερής φάσης                                                            387

8.5.3     Γεωμετρικός τόπος σταθερού πλάτους και φάσης                                       389

8.5.4     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                            395
Παράδειγμα 1. Ρύθμιση κέρδους με το διάγραμμα Νichols για

επίτευξη επιθυμητής υπερύψωσης σε ρομπότ

                          καθαρισμού τοξικών αποβλήτων                                            395
Παράδειγμα 2. Σχεδίαση συστήματος ενεργητικής ανάρτησης
                     
αυτοκινήτων ώστε το μέγιστο πλάτος να μην

ξεπερνά την επιθυμητή τιμή                                                     398

8.6  Ασκήσεις για λύση                                                                                               402

ΚΕΦ 9 ΚΛΑΣΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ                                                                                  405

9.1   Γενικά περί σχεδίασης κλειστών συστημάτων αυτομάτου

ελέγχου                                                                                                                    405

Παράδειγμα 1. Εισαγωγικό παράδειγμα βέλτιστου ελέγχου                            407

9.2   Γενικά περί κλασικών μεθόδων σχεδίασης                                                        409

9.3   Προδιαγραφές κλειστών συστημάτων                                                                 409

9.4   Δίκτυα αντιστάθμισης                                                                                         412

9.4.1              Δίκτυο προήγησης φάσης                                                                             412

9.4.2     Δίκτυο καθυστέρησης φάσης                                                                        415

9.4.3     Δίκτυο καθυστέρησης - προήγησης φάσης                                                  417

9.4.4     Δίκτυο γεφυρωμένου Τ                                                                                 419

9.4.5     Αλλα δίκτυα                                                                                                   419

9.5   Σχεδίαση με ενισχυτές                                                                                         424

9.6   Σχεδίαση με ελεγκτές ΡΙD                                                                                   424

9.6.1              Βασικές έννοιες                                                                                              424

9.6.2     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                              429
Παράδειγμα 1. Τοποθέτηση πόλων σε σύστημα πρώτης τάξης με

χρήση ελεγκτή PI                                                                      429
Παράδειγμα 2. Τοποθέτηση πόλων σε σύστημα δεύτερης τάξης

με χρήση ελεγκτή PID                                                                431
Παράδειγμα 3. Ελεγχος κατεύθυνσης πλοίου με χρήση ελεγκτή PID      433

9.7  Σχεδίαση με δίκτυα προήγησης φάσης                                                         436

9.7.1              Βασικές έννοιες                                                                                              436

9.7.2     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                               438
Παράδειγμα 1. Σύστημα ελέγχου προσανατολισμού τηλεσκοπίου                     438

9.8  Σχεδίαση με δίκτυα καθυστέρησης φάσης                                                   444

9.8.1              Βασικές έννοιες                                                                                              444

9.8.2     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                              448
Παράδειγμα 1. Ελεγχος τόρνου                                                                           448

9.9  Σχεδίαση με δίκτυα καθυστέρησης - προήγησης φάσης                        452

9.9.1              Βασικές έννοιες                                                                                              452

9.9.2     Εφαρμογές σε πρακτικά συστήματα                                                              453
Παράδειγμα 1. Ελεγχος συστήματος χειρουργικού laser                                   453

9.10  Ασκήσεις για λύση                                                                                               456

ΚΕΦ 10 ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ ΜΕ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΖΟΜΕΝΟΥΣ

ΛΟΓΙΚΟΥΣ ΕΛΕΓΚΤΕΣ (PLC)                                                                        460

10.1   Εισαγωγή                                                                                                                 460

10.1.1             Γενικά χαρακτηριστικά                                                                                  460

10.1.2    Λογική                                                                                                            461

10.1.3    Λογική και προγραμματιζόμενοι ελεγκτές                                                    463

10.1.4    Προγραμματισμός                                                                                         463
Παράδειγμα 1. Ελεγχος λαμπτήρων με ΡLC                                                  464

10.1.5    Μέθοδοι προγραμματισμού                                                                           465

10.1.6    Εισαγωγή στη γλώσσα προγραμματισμού SΤΕΡ 5                                     466

10.2   Εντολές για δυαδικές πράξεις                                                                        466

10.2.1              Δυαδικές λογικές πράξεις                                                                            467

10.2.2    Πράξεις ενεργοποίησης/απενερνοποίησης(SΕΤ,RESΕΤ)                           469

10.2.3    Χειρισμός μνήμης (FLAGS)                                                                           470

Παράδειγμα 1. Ελεγχος αντλιοστασίου με ΡΙD                                               470

10.2.4    Εφαρμογή (Εντολές SΕΤ/RΕSΕΤ, FLAGS, =, ΟR, ΑΝD)                            472

10.2.5    Χρονικά (ΤΙΜΕRS)                                                                                        474

10.2.6    Καταμετρητές                                                                                                479

10.2.7    Ελεγχος μέσω bit operation                                                                          480

10.2.8    Δημιουργία παλμών                                                                                       481

10.3   Ψηφιακές εντολές                                                                                                482

10.3.1              Εντολή LOAD                                                                                             482

10.3.2    Εντολή ΤRANSFER                                                                                      486

10.3.3    Εντολές σύγκρισης                                                                                        487

10.3.4    Αριθμητικές πράξεις                                                                                       488
Παράδειγμα 1. Ελεγχος θερμοκρασίας θαλάμου με ΡLC                              490

10.3.5    Λογικές πράξεις ψηφίων                                                                              493

10.3.6    Συνδυασμοί λογικών πράξεων                                                                      496
Παράδειγμα 1. Ελεγχος θερμοκρασίας θαλάμου με

τεχνική υστέρησης χρησιμοποιώντας ΡLC                            496

10.4   Εντολές ελέγχου ροής προγράμματος                                                         498

10.4.1              Είδη ΒLOCKS                                                                                               498

10.4.2    Εντολές λήξης                                                                                               500

10.4.3    Δεδομένα (DΑΤΑ ΒLOCKS)                                                                   500

10.4.4    Εντολές μεταβίβασης ελέγχου                                                                      501

10.4.5    Βοηθητικές εντολές                                                                                       504

10.4.6    Εντολές μετατόπισης (SΗΙFΤ ΒΙΤS)                                                              505

10.4.7    Προγραμματισμός συναρτήσεων                                                                  505

10.4.8    Ενέργειες λειτουργικού συστήματος                                                             507

10.4.9    FIRMWARE για ΡΙD-CONTROL                                                                   507
Παράδειγμα 1. PID έλεγχος θερμοκρασίας με ΡLC                             509

10.5   Αυτοματισμός σύνθετων πρακτικών συστημάτων με ΡLC                              510

Παράδειγμα 1. Φωτεινός σηματοδότης πεζών                                               510

Παράδειγμα 2. Εκκίνηση τριφασικού κινητήρα                                                512

Παράδειγμα 3. Παρακολούθηση λειτουργίας τριών αντλιών                           516

10.6   Ασκήσεις για λύση                                                                                               518

ΚΕΦ 11  ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ ΜΕ ΥΠΟΛΟΠΣΤΕΣ (ΨΗΦΙΑΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ)         521

11.1 Γενικά περί αυτοματισμών με υπολογιστές                                               521

11.1.1              Εισαγωγή                                                                                                      521

11.1.2    Χρήσιμες διατάξεις στον αυτοματισμό με υπολογιστές                                 521

11.1.3 Η βασική δομή ενός συστήματος ελέγχου με υπολογιστή                            522

11.2   Εισαγωγή στην υλοποίηση αυτοματισμών με μικροϋπολογιστές                   526

11.2.1              Εισαγωγικές γνώσεις                                                                                   526

11.2.2    Εισαγωγικό παράδειγμα υλοποίησης ψηφιακού ρυθμιστή                          528

11.3      Κβαντοποίηση σημάτων                                                                                       529

11.4   Η3Γάνν3Γβ και αλγόριθμοι λειτουργίας                                                                531

11.4.1              Πληροφορίες για το hardware                                                                       531

11.4.2    Η αρχιτεκτονική του μικροελεγκτή                                                                 531

11.5   Προγραμματιστική υλοποίηση σε μικροεπεξεργαστή                                        532

11.5.1              Προγραμματισμός μικροεπεξεργαστών                                                       532

11.5.2    Πρόγραμμα υλοποίησης ρυθμιστή του παραδείγματος της § 11.2.1  533

11.6      Μεταβαλλόμενη αρχιτεκτονική (Switching)                                                         537

11.7      Ασκήσεις για λύση                                                                                              540

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: ΑΛΓΕΒΡΑ ΒΟΟLΕ ΚΑΙ ΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ                   541

Α1: Αλγεβρα Βοοle                                                                                                  541

Α2: Λογικές συναρτήσεις - Πίνακες αληθείας                                              542

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β: ΠΙΝΑΚΕΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ LAPLACE                                        545
Β.1 Πίνακας ιδιοτήτων και θεωρημάτων μετασχηματισμού

Laplace                                                                                                                545

        Β.2 Πίνακας ζευγών μετασχηματισμού Laplace                                        548

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ                                                                                                                   552

ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ  555

 

 

Copyright 2008. George Koufoudakis