*MehatronikaUpravljanje sistemimaMehatronika

*Sistemi upravljanjaJednokonturni regulacioni sistemKaskadna regulacijaOsnovna svojstva kaskadne regulacijeSadraj predavanja

*ta je sistem? Sistem ima ulaze, izlaze i ogranienja.U sistemima upravljanja je vaan odziv sistema na ulaze.Sistemi upravljanja

*Istorijski razvoj sistema automatskog upravljanja 1769 James Watt - regulator za reguliranje centrifugalne brzine. Laplace (1749-1827) i Fourier (1758-1830) - postavili vane matematike osnove za analizu sistema upravljanja. 1868 Maxwell - razvio diferencijalne jednaine za regulator, linearizirao ih oko ravnotene take i pokazao kako stabilnost sistema zavisi od korena karakteristine jednaine koji imaju negativne realne delove. 1875 Hurwitz i 1905 Routh - stabilnost linearnih sistema upravljanja. 1893 Lyapunov - analiza stabilnosti nelinearnih sistema upravljanja. Nyquist (1932), Bode (1945) i Nichols (u periodu od 1945 do 1960) opisali kako se obavlja analiza stabilnosti sistema u frekventnom podruju.1948 (Evans) - postupak analize stabilnosti pomou geometrijskog mesta korena.Sistemi upravljanja

*1949 (Wiener) uvodi koncept optimalnog upravljanja, 1957 Bellman razvija postupak dinamikog programiranja, a 1962 Pontryagin metod principa maksimuma. Kalman 1960 uvodi LQ, a 1961 zajedno s Bucy-om uvodi LQG metod optimalnog upravljanja. 1971 Athans uvodi koncept robusnog upravljanja (HM), Grimble 1988 metod |j-sinteze. Teoriju neuronskih mrea u sisteme automatskog upravljanja prvi uvodi Hebb 1949, a dalje je razvijaju Widrow-Hoff (1960), Rosenblatt (1961), Kohonen (1987),.... 1965 Zadeh definie neizrazitu logiku. 1976 Mamdani razvija prvi neizraziti regulator, a kasnije slede radovi u polju neizrazitog upravljanja Sugeno (1985), Sutton (1991),....Sistemi upravljanja

*Sistemi upravljanjaPodela u odnosu na postojanje povratne veze:Otvoreni sistemi upravljanja (bez povratne veze),Zatvoreni sistemi upravljanja (sa povratnom vezom).Podela u odnosu na linearnost regulatora (procesa):Linearni sistemi,Nelinearni sistemi.Podela u odnosu na broj upravljakih kontura (petlji):Jednokonturni sistemi,Viekonturni (kaskadna regulacija).Podela u odnosu na broj ulaza, odnosno izlaza regulatora:SISO (single input single output),SIMO (single input multi output),MIMO (multi input multi output),MISO (multi input single output).

*Sistemi upravljanjaPodela u odnosu na karakter upravljake varijable:Kontinuirani sistemi upravljanja,Diskretni (digitalni) sistemi upravljanja.Podela u odnosu na domen upravljanja:Sistemi projektovani u vremenskoj domeni,Sistemi projektovani u frekvencijskoj domeni.Podela u odnosu na distribuiranost upravljanja:Centralizirani sistemi upravljanja,Distribuirani sistemi upravljanja.Podela u odnosu na nain odupiranja delovanju smetnji:Adaptivni sistemi upravljanja,Prediktivni sistemi upravljanja,Robusni sistemi upravljanja,Optimalni sistemi upravljanja,Inteligentni sistemi upravljanja.

*Otvoreni sistemi upravljanja Otvoreni sistemi upravljanja koriste se za jednostavne operacije.- Glavni problem otvorenog sistema upravljanja je osetljivost upravljane varijable na promene ulazne smetnje.Primer: otvoreni sistem upravljanja temperaturom prostorije. Ako je plin ukljuen i temperatura prelazi 20 C (referentna temperatura), tada je potrebno otvoriti vrata da temperatura ne bi prela referentnu (nema povratne veze). Drugi nain je menjanje spoljne temperature.Sistemi upravljanja

*Zatvoreni sistemi upravljanja (Feedback Control Systems)Kod regulacije temperature prostorije prvi zahtev je detekcija ili oseanje promene temperature.Drugi zahtev se odnosi na upravljanje ili menjanje izlazne energije iz plamena gasa.Da bi se sistem mogao dizajnirati za regulaciju, mora imati minimalno jedan senzor i jedan regulator.U direktnoj grani se nalazi regulator i proces, a u grani povratne veze senzor.Sistemi upravljanja

*Sistemi upravljanjaZatvoreni sistemi upravljanjaGlavni princip u inenjeringu upravljanja.Tipino upravljanje zasnovano na modelu

Generiu se upravljaki signali nakon pojave greke.Moe se kompenzirati uticaj svih smetnji, odnosno poremeajnih veliina (negativna povratna veza).Smanjuju efekat promene parametara procesa (smanjena osetljivost na promenu parametara).Moe dovesti do pojave nestabilnosti ako sistem nije dobro projektovan (regulisana veliina moe oscilovati preko svih granica).um merenja (sa senzora) moe dovesti do degradacije performansi.

*Sistemi upravljanjaZatvoreni sistemi upravljanja - primer sistema regulacije temperature prostorijeFizika realizacija sistema regulacije temperature prostorijeIzlazni signali (temperatura) mere se termolankom ili otpornim termometrom i usporeuje sa signalom eljene temperature.Odstupanje temperature od eljene vrednosti znai da regulator treba poslati signal ventilu za poveanje/smanjenje toka gasa.eljena temperatura se obino runo podeava pomou potenciometra.

*Sistemi upravljanjaSistem upravljanja sa regulatorom u direktnoj grani (Feedforward Control Systems) pre sumatoraUpravljaki signal se generie pre pojave greke.Neophodno je paljivo dizajnirati referentne signale kako bi se uinilo da proces tano sledi referentni signal.Kompenzira uticaj samo one smetnje u odnosu na koju se projektuje upravljaki ureaj (regulator).Ako je upravljani objekat sam po sebi stabilan, ostaje stabilan i uz delovanje ovakvog upravljanja.

*Jednokonturni regulacioni sistemSistem sa jednom regulacionom petljomRegulacija samo jedne promenljive - ukljuena samo jedna promenljiva u upravljaki algoritam.Oteana regulacija - poveana mogunost oscilacija, pogotovo kada deluju poremeaji. Izraen problem odravanja stabilnosti.

*Jednokonturni regulacioni sistemPrimer - PI regulacija nivoa tenosti u bazenuZadato: A=2m2, Rf=15 s/m2, H1=1 m/V, Kv=0.1 m3/sV, Ki=1Potrebno je: Nai Ti i kada je frekvencija nepriguenih oscilacije n=0.1 rad/s? Odrediti vremenski odziv na skokovitu pobudu (step), kada se ulaz menja od 0 do 4 m. Pretpostaviti nulte poetne uslove.Popreni presekbazena A

*Jednokonturni regulacioni sistemPrenosna funkcija PI regulatora je:Brzina protoka tenosti u bazen opisana je sledeim izrazom:Dinamika bazena je opisana jednainom:Linearizovani oblikom brzine isticanja tenosti iz bazena:

*Jednokonturni regulacioni sistemIzmerena vrednost nivoa tenosti u bazenu iznosi:Iz gornjih jednaina se dobija:Prenosna funkcija direktne grane sistema upravljanja glasi:

*Jednokonturni regulacioni sistemBlok dijagram sistema upravljanjaPrenosna funkcija zatvorenog sistema:

*Jednokonturni regulacioni sistemSreivanjem se dobija sledei izraz za prenosnu funkciju:Ako se uzme da je H1=1 (tj. hm=h), sledi:Budui da se radi o prenosnoj funkciji drugog reda, sledi da je:

*Jednokonturni regulacioni sistemIz poslednjih izraza se dobija:Zamenom dobijenih vrednosti u izraz za prenosnu funkciju dobija se:Uzimajui u obzir da je amplituda 4m, sledi:

*Jednokonturni regulacioni sistemPrema tome odziv sistema na skokovitu pobudu u s-domenu glasi:iz ega sledi:Postupak prevoenja u vremensku domenu se odvija na sledei nain:

*Jednokonturni regulacioni sistemGrafiki prikaz odziva sistema na skokovitu pobudu:Stvarna vrednostReferenta vrednostVreme (s)Nivo (m)

*Kaskadna regulacijaSistem sa vie regulacijskih petlji.Podreena (glavna) regulaciona kontura (petlja) unutranja reg. petlja (I).Nadreena (pomona) regulaciona kontura (petlja) spoljna reg. petlja (II)Ideja uvoenja kaskadne regulacije: prosmatrati proces kroz vie parcijalnih potprocesa.

*Kaskadna regulacijaPrimer sistem upravljanja dinamikim modelom mobilnog robotaDva regulacijska kruga:Regulacija pozicije,Regulacija brzine.

*Prednosti:Uticaji smetnji koje deluju na unutranje regulacione konture kompenziraju se u samim tim konturama i praktino su bez delovanja na nadreene konture; podreene konture su bre od nadreenih.

Svaka regulaciona veliina sistema (to je svaka veliina kojoj je pridruen vlastiti regulator) ograniava se na jednostavan nain ugradnjom ograniavaa vodee (referentne) vrednosti regulisane veliine; ovo je zatitno svojstvo.

Putanje u pogon i podeavanje parametara sistema obavlja se jednostavno, korak po korak, poev od unutranjih petlji prema spoljanim.

Delovanje nelinearnih i nestacionarnih lanova sistema znatno je ogranieno koritenjem kaskadne regulacije (unutarnja petlja sa jedininom povratnom vezom uz regulator koji ima integralnu komponentu ima pojaanje jedan, bez obzira na to da li su neki elementi konture nelinearni).Osnovna svojstva kaskadne regulacije

*Nedostaci:Za svaku regulisanu veliinu potreban je regulator sa pripadajuim mernim lanom (vaan parametar je cena).

Brzina sledovanja (tanost sledovanja) opada sa brojem kaskada to je posebno vano, na primer, za sledne sisteme (sistem ije je karakter ulazne i izlazne veliine isti).Osnovna svojstva kaskadne regulacije