Automatică

1. Introducere în automatică şi reglarea automată

1.1. Obiectul automaticii

Funcţie de gradul de dezvoltare şi de nivelul de cunoaştere al fenomenelor, omul creează mijloace tehnice cauzale destinate reducerii eforturilor sale fizice în procesul de dirijare a evoluţiei unor fenomene naturale, a uşurării existenţei sale.

Mecanizarea îl eliberează pe om de eforturile fizice mari şi consumurile mari de energie, dar omul rămâne nemijlocit legat de procesul de producţie.

Automatizarea urmăreşte eliminarea intervenţiei directe a omului în procesul de producţie.

Etapa conducerii complexe a proceselor tehnologice a permis realizarea unor mijloace tehnice (tehnica de calcul) care asigură conducerea complexă a proceselor, fără intervenţia directă operatorului uman, după strategii elaborate chiar de asemenea mijloace tehnice (cibernetizarea).

Ansamblul de obiecte materiale care asigură controlul desfăşurării proceselor tehnice sau altor categorii de procese, fără intervenţia directă a operatorului uman, se numeşte echipament de automatizare.

Ramura ştiinţei care se ocupă cu studiul metodelor şi mijloacelor prin intermediul cărora se asigură conducerea proceselor tehnice, fără intervenţia directă a operatorului uman, poartă denumirea de automatică.

Implementarea practică a acestor principii, metode şi mijloace poartă denumirea de automatizare.

1.2. Noţiunea de sistem

Sistemul este o colecţie de obiecte convenabil aranjate şi interconectate funcţional. Acesta are ca legături cu exteriorul doar mărimile cauză şi mărimile efect.

Considerând că u1, u2,..., un sunt mărimile cauză (sau variabile de intrare) şi că y1, y2,..., ym sunt mărimile de efect (sau variabile de ieşire), schema bloc a unui sistem S se poate reprezenta ca în figura 1.1.

Fig.1.1. Schema bloc a unui sistem.

Pentru conceptul de sistem se pot da mai multe definiţii:

1. Concept informaţional: Sistemul este un model fizic realizabil al dependenţei lui y de u, dacă există o relaţie de cauzalitate u y şi nu există cauzalitate y u.

Un asemenea concept permite construirea unui sistem, dar nu se poate demonstra că aceasta reflectă realitatea.

2. Concept structural: Sistemul este un model fizic realizabil al unei structuri de elemente fizice a căror funcţionalitate poate fi caracterizată prin legi deja evidenţiate.

Principial, un astfel de concept poate defini un sistem, dar este imposibil a cunoaşte complet structura sistemului, datorită complexităţii acestuia şi numărului de legi evidenţiate care nu permit o caracterizare completă.

3. Concept structural–funcţional: Se numeşte sistem modelul fizic realizabil al dependenţei lui y de u, dacă se cunoaşte parţial structura S însă suficient pentru a demonstra cauzabilitatea.

Un sistem este dinamic dacă variabila independentă este timpul, putând fi definit pe baza unui concept mixt structural–funcţional.

Pornind de la definiţia structurală a sistemelor, se pot alcătui structurile a două sisteme cunoscute: sistemul deschis şi sistemul închis.

1.2.1. Sistemul deschis

Un sistem deschis are structura din fig.1.2, unde:

- u este mărimea de intrare;

- m este mărimea de comandă;

- y este mărimea de ieşire;

- p1 şi p2 sunt mărimi perturbatoare;

- S1 este procesul tehnologic (relaţie de cauzalitate m y);

- S2 este echipamentul de automatizare, (sistem conceput pentru realizarea relaţiei de cauzalitate u m).

Cele două sisteme sunt astfel interconectate astfel încât sistemul conductor S2 asigură comanda necesară pentru controlul evoluţiei sistemului condus S1.

Fig.1.2. Schema bloc a unui sistem deschis.

Relaţia de cauzalitate a întregului sistem este u y. Modificări ale mărimii u determină modificări ale mărimii y fără intervenţia operatorului uman.

Observaţie: În realitate asupra sistemului condus S1 pot acţiona pe lângă mărimea m şi alte variabile sau mărimi perturbatoare (de exemplu p1 şi p2). Din această cauză, structura deschisă a sistemului asigură o precizie scăzută, în realizarea relaţiei u y.

O desensibilizare a sistemului, la acţiunea perturbaţiilor externe asupra procesului condus, se obţine prin realizarea unei structuri închise.