INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE

Transcript

1 1 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE Disciplina Teoria sisemelor auomae consiuie o pune de legăura înre eapa pregăirii ehnice fundamenale şi eapa pregăirii de specialiae, inroducănd o serie de cunoşine, principii, proceduri, precum şi un mod de gândire sisemic, care să permiă înţelegerea şi aprofundarea problemelor specifice domeniului auomaizării şi informaizării proceselor Teoria sisemelor reprezină un ansamblu de meode, principii şi cunoşine, în general independene de aplicaţii, necesare inerpreării şi explicării srucurii, caracerisicilor şi comporamenului dinamic al sisemelor de orice fel, dar în mod special al sisemelor auomae 11 DEFINIREA ŞI CARACTERIZAREA SISTEMELOR Concepul de sisem a apăru şi s-a dezvola de-a lungul impului ca rezula al evidenţierii unor răsăuri şi comporamene comune penru o serie de procese şi fenomene din diferie domenii, fap ce a permis raarea acesora, din punc de vedere srucural-funcţional, înr-un mod uniar, sisemic Noţiunea de sisem are o sferă de cuprindere foare largă şi, în consecinţă, ese frecven înâlniă în şiină şi ehnică, în general în oae domeniile gândirii şi acţiunii umane, însă aproape înodeauna în asociaţie cu un aribu de specificare; de exemplu, sisem auoma, sisem de ransmisie, sisem informaţional, sisem de semnalizare, sisem de producţie, sisem filozofic, sisem social ec In lieraura de specialiae exisă diverse definiţii ale concepului de sisem, unele reflecând endinţa definirii concepului în înreaga sa generaliae, alele endinţa de paricularizare la un anumi domeniu al cunoaşerii

2 2 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE In cele ce urmează, prin sisem vom înţelege un ansamblu de eniăţi (elemene) ce ineracţionează înre ele şi cu exeriorul, în vederea aingerii unei finaliăţi (sens, obieciv, scop) Un sisem ese o conexiune de elemene, fiecare elemen consiuind la rândul său un sisem (subsisem) Ineracţiunea dinre elemene poae conferi sisemului proprieăţi şi comporamene noi, diferie de cele ale fiecărui elemen componen In cazul sisemelor fizice (reale), ineracţiunea se realizează prin inermediul fluxurilor de masă şi energie, purăoare de informaţie Teoria sisemelor operează cu concepul de sisem absrac, care ese în fap un model maemaic ce permie descrierea caracerisicilor şi comporamenului dinamic al unei clase de siseme reale (fizice) Sisemele auomae sun siseme ehnice de supraveghere, comanda şi conrol al proceselor şi insalaţiilor ehnologice, fără inervenţia direcă a omului Un sisem auoma (SA) ese alcăui din două părţi principale: procesul de auomaiza (P) şi dispoziivul de auomaizare (DA) Să subliniem în coninuare câeva răsăuri fundamenale ale sisemelor: caracerul srucural-uniar, care reflecă proprieaea unui sisem de a fi reprezena ca o conexiune de subsiseme a căror acţiune ese orienaă spre un anumi scop (sens); caracerul cauzal-dinamic, care reflecă proprieaea unui sisem de a evolua în imp sub acţiunea facorilor inerni şi exerni, cu respecarea principiului cauzaliăţii (conform căruia, orice efec ese rezulaul unei cauze, efecul ese înârzia faţă de cauză şi, în plus, două cauze idenice generează în aceleaşi condiţii efece idenice); caracerul informaţional, care reflecă proprieaea unui sisem de a primi, prelucra, memora şi ransmie informaţie In sensul eoriei sisemelor, prin informaţie se înţelege orice facor caliaiv şi caniaiv care serveşe la descrierea comporamenului sisemului La sisemele ehnice, mărimile fizice consiuie ca supor penru informaţie se numesc semnale Mărimile (variabilele) asociae unui sisem sun de rei feluri: mărimi de inrare, mărimi de sare şi mărimi de ieşire Mărimile de inrare sun independene de sisem (deci sun de ip cauză) şi influenţează din exerior sarea şi evoluţia sisemului Mărimile de sare sun dependene de mărimile de inrare (deci sun de ip efec) şi au rolul de a caraceriza comple sarea curenă a sisemului

3 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE 3 Mărimile de ieşire sun dependene de mărimile de sare, uneori şi direc de mărimile de inrare (deci sun de ip efec), şi au rolul de-a ransmie în exerior (sisemelor învecinae) informaţie referioare la sarea curenă a sisemului Unele mărimi de ieşire po fi în acelaşi imp mărimi de sare In imp ce ransferul inrare-sare (I S) are loc cu înârziere srică, după o dinamică proprie sisemului, ransferul sare-ieşire (S E) şi ransferul direc inrare-ieşire se realizează insananeu (fig 1) Fig 11 Transferuri cauzale înre mărimile unui sisem Transferul direc inrare-ieşire exisă numai în cazul sisemelor fizice idealizae, la care ieşirea are o componenă care urmăreşe insananeu variaţiile inrării Un sisem ineracţionează cu sisemele învecinae numai prin inermediul mărimilor de inrare şi de ieşire Mărimile de ieşire ale unui sisem sun deci mărimi de inrare penru sisemele învecinae Mărimile de ieşire ale sisemelor ehnice sun măsurabile, în imp ce mărimile de sare nu sun în oaliae accesibile măsurării In figura 12 ese arăa modul de reprezenare a unui sisem Σ ; T U = u u L u ese vecorul coloană m-dimensional al mărimilor de inrare, [ 1 2 m] T [ y1 y2l yp ] Y = - vecorul coloană p-dimensional al mărimilor de ieşire, iar T [ x1 x2l xn ] X = - vecorul coloană n-dimensional al mărimilor de sare Numărul n al variabilelor de sare ale unui sisem reprezină dimensiunea sau ordinul sisemului Aunci când variabilele unui sisem sun separae în variabile cauză şi variabile efec, sisemul se numeşe oriena La sisemele absrace, orienarea ese formală, în imp ce la sisemele reale, orienarea rezulă din aplicarea legilor fizico-chimice specifice, prin respecarea necondiţionă a principiului cauzaliăţii Fig 12 Reprezenarea unui sisem

4 4 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE Mărimile de sare ale unui sisem au două proprieăţi esenţiale: - de mediere a ransferului inrare-ieşire (I-E), care devine asfel ransfer inrare-sare-ieşire (I-S-E); - de acumulare înr-o formă concenraă (sineică) a înregii informaţii privind evoluţia anerioară a sisemului, adică a isoriei recue a sisemului Ulima proprieae poae fi exprimaă maemaic asfel: Sarea X la momenul iniţial şi inrarea U pe inervalul de imp [, ], adică U [, ], deermină în mod univoc sarea X la momenul, adică X() De aici reiese exisenţa unei funcţii de ranziţie a sării ϕ, care exprimă evoluţia în imp a sării X dinr-o sare iniţială X sub acţiunea inrării U(), adică X ) = ϕ( ;, X, ()), (1) ( U unde prin U() am noa funcţia de inrare U pe inervalul [, ], adică U [, ] La sisemele coninue, funcţia de ranziţie a sării ese de ip inegral Axiomaica funcţiei de ranziţie include urmăoarele proprieăţi: a) direciviaea, adică ϕ ( ;, X, U()) ese definiă şi are sens penru ; b) consisenţa, adică ϕ ( = X,, X ; (2) ;, X, U()) c) ranziiviaea, adică dacă < 1 <, aunci ϕ ;, X, U ) = ϕ( ;, X, U ), (3) ( [, ] 1 1 [ 1, ] unde X1 = ϕ( 1;, X, U[, ]) 1 Penru o sare iniţială X şi o inrare daă U [, ), curba de evoluţie a sării T 1 ( ) x2( ) L xn( )] X( ) = [ x în spaţiul sărilor (n-dimensional) se numeşe raiecorie de sare Penru o inrare daă U(), mulţimea raiecoriilor de sare formează porreul sărilor Penru n = 2, porreul poae fi reprezena grafic în planul sărilor O raiecorie de sare definiă penru X şi U [, ) = se numeşe liberă Dacă însă X = şi U, aunci raiecoria ese forţaă (fig 13) [, ) Fig 13 Traiecorii de sare

5 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE 5 La rândul ei, ieşirea Y poae fi exprimaă în funcţie de sarea curenă X şi de inrarea curenă U prin inermediul funcţiei de ieşire Y( ) = η( ; X ( ), U( )) (4) Funcţia de ieşire ese de ip algebric Un exemplu de sisem îl consiuie circuiul elecric RLC din figura 14 Dacă ensiunea variabilă u 1 ese generaă din exerior (având forma de variaţie în imp arbirară, independenă de circui) şi dorim să cunoaşem modul de variaţie în imp a ensiunii u L de la bornele induciviăţii L, aunci circuiul RLC poae fi considera un sisem oriena, în care u 1 ese mărime de inrare, u L mărime de ieşire, iar ensiunile u R şi u C de la bornele rezisorului R şi condensaorului C sun mărimi de sare Fig 14 Exemplu de sisem fizic Sisemul are două variabile de sare, deoarece conţine 2 elemene capabile să înmagazineze şi să ransfere cu vieză finiă energie (capaciaea C şi induciviaea L) Aşa cum se va arăa ulerior, dinre cele rei ensiuni de ip efec ( u R, u C şi u L ), numai u R şi u C po fi alese variabile de sare In condiţiile în care unul dinre paramerii R, L, C ese variabil în imp, acesa rebuie considera mărime paramerică Dacă, pe lângă u L, ne ineresează şi modul de variaţie în imp a ensiunii u R, aunci avem două mărimi de ieşire ( u L şi u R ), iar u R ese aâ variabilă de ieşire, câ şi variabilă de sare La sisemele care respecă sric principiul cauzaliăţii, variabilele de ip efec au o evoluţie în imp înârziaă faţă de cea a variabilelor de ip cauză Dacă, de exemplu, înre o variabilă cauză u şi o variabilă efec y exisă o corelaţie de forma y& ( ) + y( ) = u( + 3), R (5) sau de forma y ( ) + y( 1) = u( + 3), Z (6)

6 6 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE care exprimă fapul că efecul la momenul ese influenţa de cauza la momenul +3, aunci sisemul respeciv nu respecă principiul cauzaliăţii, deci nu ese fizic realizabil Un sisem rivial fără variabile de inrare se numese sisem sursă, iar un sisem rivial fără variabile de ieşire se numeşe sisem izola La sisemele neriviale (care fac obiecul eoriei sisemelor), clasa funcţiilor de inrare admise U saisface urmăoarele două proprieăţi (axiome): nerivialiaea, adică U ; concaenariaea, adică dacă U' () şi U () sun inrări admise pe inervalul, ], iar, ), aunci inrarea [ 2 1 ( 2 U = U ( ), U"(), ese, de asemenea, admisă [, ) [, ) (7) Aplicaţia 11 Transferul inrare-sare al unui sisem coninuu cu inrarea u şi sarea x ese descris de ecuaţia diferenţială d x = ax+ bu, R d Să se arae că sisemul are funcţia de ranziţie a sării a( ) a( ) u τ ϕ( ;, x, u()) = e x + b e ( τ) dτ Soluţie Inmulţind ambii membrii ai ecuaţiei diferenţiale cu exponenţiala obţinem succesiv e a a e ( x& ax) = be u, a = a (e x) be u, a τ (e ) a x d = b e ( τ)dτ u, a a = aτ x ( ) e x( ) b e u( τ) dτ, a( ) a( τ ) x( ) = e x + b e u( τ) dτ a e, Se poae verifica uşor că funcţia de ranziţie verifică proprieăţile de direciviae, consisenţă şi ranziiviae In cazul paricular a =, funcţia de ranziţie are forma ϕ ( ;, x, u()) = x + b u( τ)dτ

7 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE 7 Aplicaţia 12 Transferul inrare-sare al unui sisem discre cu inrarea u şi sarea x ese descrisă de ecuaţia cu diferenţe x ( + 1) = ax( ) + bu( ), Z Să se arae că sisemul are funcţia de ranziţie a sării Soluţie Avem 1 i= i 1 ϕ ( ;, x, u()) = a x + b a u( i) x ( + 1) = ax( ) + bu( ), 2 ( + 2) = a x( ) + abu( ) + bu( + x 1), k k 1 k 2 x( + k) = a x( ) + a bu( ) + a bu( + 1) + L + bu( + k 1) In ulima relaţie, înlocuind pe k cu ) 1 2 ( ) = + ( ) + x a x a bu a bu( + 1) + L + bu( 1) ( In cazul paricular a = 1, funcţia de ranziţie are forma 1 i= ϕ ( ;, x, u()) = x + b u( i) 12 CLASIFICAREA SISTEMELOR Pe baza unor proprieăţi derivae din caracerul srucural-uniar, cauzaldinamic şi informaţional al sisemelor, acesea po fi împărţie în clase şi caegorii de siseme cu răsăuri şi comporamene asemănăoare 121 Siseme coninue şi discree Sisemele cu imp coninuu (numie, pe scur, coninue) sun acele siseme la care mărimile de inrare, de sare şi de ieşire iau valori la orice momen de imp aparţinând mulţimii numerelor reale R Sisemele cu imp coninuu po fi siseme neede (analogice) sau semineede Sisemele neede saisfac urmăoarea proprieae: Oricare ar fi sarea iniţială X şi funcţia de inrare U () coninuă (în sens maemaic) pe inervalul [, ], funcţia de sare X () şi funcţia de ieşire Y () sun, de asemenea, coninue Sisemele cu imp coninuu care nu saisfac aceasă proprieaea (cel puţin una dinre funcţiile X () şi Y () nu ese coninuă penru orice sare iniţială X şi orice inrare U () coninuă) se numesc semineede Circuiele elecronice formae din elemene analogice, dar care conţin şi un releu elecromagneic având cel puţin un conac coneca în circui, sun siseme coninue semineede

8 8 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE Sisemelor cu imp discre (numie, pe scur, discree) sun acele siseme la care mărimile de inrare, de sare şi de ieşire iau valori numai la anumie momene discree de imp k = kt, k Z Alegând, prin convenţie, perioada (acul) T=1, rezulă k = k şi deci impul ese o variabilă de ip înreg ( Z ) Sisemele discree la care mărimile de inrare, de sare şi de ieşire sun cuanificae, adică iau un număr fini de valori, se numesc siseme finie sau auomae finie Sisemele finie la care variabilele iau numai două valori disince ( şi 1 ) se numesc siseme logice, iar sisemele finie la care variabilele iau un număr mare de valori se numesc siseme numerice (digiale) Dispoziivele de semnalizare opică şi acusică (penru alarmare la ieşirea unei mărimi fizice în afara limielor admise) sun siseme logice, iar calculaoarele sun siseme numerice Semnalele numerice obţinue prin eşanionarea (discreizarea) semnalelor de imp coninuu se numesc semnale eşanionae, iar sisemele cu semnale eşanionae se numesc siseme cu eşanionare sau siseme eşanionae 122 Siseme liniare şi neliniare Sisemele liniare sun acelea care, în orice condiţii, verifică principiul superpoziţiei (suprapunerii efecelor): suma efecelor cauzelor ese egală cu efecul sumei cauzelor, adică E c ) + E( c ) + L + E( c ) = E( c + c + L + c ), (8) ( 1 2 k 1 2 k unde prin E c ) am noa efecul cauzei c i ( i In cazul unui sisem liniar afla iniţial în regim saţionar, dacă inrării u = f 1( ) îi corespunde ieşirea y = g 1 ( ), iar inrării u = f 2 ( ) îi corespunde ieşirea y = g 2( ), aunci inrării u = α f ) + α f ( ), îi va corespunde ieşirea 1 1( 2 2 y ) = α g ( ) + α g ( ) (9) ( Sisemul obţinu prin inerconecarea a două sau mai mulor subsiseme liniare ese, de asemenea, liniar Reciproca acesei afirmaţii nu ese odeauna adevăraă, adică liniariaea unui sisem nu implică în mod necesar liniariaea subsisemelor componene

9 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE 9 Sisemele neliniare sun acele siseme care nu saisfac în oae cazurile principiul superpoziţiei (adică acele siseme care nu sun liniare) Modul neconsruciv de definire a sisemelor neliniare (prin negarea unei proprieăţi) şi muliudinea modurilor de manifesare a neliniariăţilor conduc la ideea imposibiliăţii consruirii unei eorii uniare, aplicabile la oae sisemele neliniare In consecinţă, sisemele neliniare sun sudiae pe clase de siseme, definie pe baza unor proprieăţi comune 123 Siseme cu şi fără memorie Sisemele fără memorie (numie şi saice) sun siseme de ordinul zero (fără variabile de sare), având valoarea ieşirii Y la momenul comple deerminaă de valoarea inrarii U la momenul La acese siseme, ieşirea urmăreşe insananeu (fără înârziere) variaţiile în imp ale inrării Sisemele fără memorie nu au capaciaea de memorare a isoriei recue şi nu conţin în componenţa lor elemene capabile să înmagazineze şi să ransfere caniăţi semnificaive de masă şi energie Sisemele cu memorie (numie şi dinamice) se caracerizează prin prezenţa regimurilor ranziorii, ca o consecinţă a fapului că includ în componenţa lor elemene capabile să acumuleze şi să ransfere, cu vieză finiă, caniăţi semnificaive de masă şi energie Sisemul reprezena de circuiul elecric RLC din figura 14 ese, eviden, un sisem cu memorie Un circui simplu forma numai dinr-o rezisenţă R, având ca inrare ensiunea şi ca ieşire curenul (sau invers), ese un sisem fără memorie 124 Siseme saţionare şi nesaţionare Sisemele saţionare (invariane sau cu parameri consanţi) au srucura şi paramerii inerni consanţi în imp, iar sisemele nesaţionare (cu parameri variabili) au srucura variabilă în imp, sau cel puţin un parameru inern variabil în imp Sarea unui sisem saţionar afla iniţial în regim saţionar (caraceriza prin consanţa în imp a uuror variabilelor de inrare, sare, ieşire) se poae modifica numai din exerior, prin acţiunea variabilelor de inrare Un exemplu de sisem cu parameri variabili ese cuporul ubular cu flacără direcă la care, în imp, se produc fenomene de depunere şi de cocsare a maerialului ubular prin care circulă produsul încălzi, ceea ce are ca efec modificarea paramerilor de ransfer ermic Circuiul elecric din figura 15, având înrerupăorul I acţiona la momene arbirare de imp, ese un sisem cu srucură variabilă

10 1 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE 125 Siseme monovariabile şi mulivariabile Sisemele monovariabile au o singură inrare şi o singură ieşire Sisemele mulivariable au cel puţin două inrări şi două ieşiri In plus, cel puţin o ieşire ese influenţaă de minimum două inrări Sisemele cu o singură inrare ( m = 1) şi mai mule ieşiri ( p > 1), precum şi sisemele cu mai mule inrări ( m > 1) şi o singură ieşire ( p = 1), po fi reduse la p, respeciv m siseme monovariabile Sisemele monovariabile se mai numesc siseme SISO (single inpu-single oupu), iar sisemele mulivariabile se mai numesc siseme MIMO (muli inpu-muli oupu) Fig 15 Sisem cu srucură variabilă Fig 16 Sisem mulivariabil Circuiul elecric de ip RC din figura 16, având ca inrări ensiunile u 1 şi u 2, iar ca ieşiri ensiunile v 1 şi v 2, consiuie un sisem mulivariabil 126 Siseme cu parameri concenraţi şi disribuiţi Sisemele cu parameri concenraţi sun acelea la care se poae considera, cu suficienă precizie, că mărimile fizice asociae oricărui elemen al sisemului au aceeaşi valoare în oae puncele elemenului Sisemele cu parameri disribuiţi sun acelea la care cel puţin o mărime fizică asociaă unui elemen dimensional al sisemului are valori care diferă sensibil de la un punc la alul, adică are valori disribuie de-a lungul unei linii, în plan sau în spaţiu Deoarece oae obiecele fizice sun de ip spaţial, penru deerminarea caracerului concenra sau disribui al unui obiec se ţine seama de impul de propagare a masei (energiei) pe direcţiile spaţiale ale obiecului, care depinde de dimensiunile acesuia şi de vieza de propagare Mai exac, se are în vedere impul

11 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE 11 relaiv de propagare, defini prin raporarea impului de propagare la consana de imp dominană ce caracerizează dinamica obiecului considera Penru exemplificare, în imp ce presiunea unui gaz înr-un vas are pracic aceeaşi valoare în oae puncele vasului, presiunea unui gaz înr-o conducă de ranspor cu lungimea mare are, eviden, valori diferie de-a lungul raseului Prin urmare, primul proces poae fi considera cu parameri concenraţi, iar al doilea rebuie considera cu parameri disribuiţi Având în vedere complexiaea formalismului maemaic la sisemele cu parameri disribuiţi, în condiţiile în care eroarea de modelare daoraă renunţării la ipoeza de disribuiviae se încadrează în limie accepabile (impul relaiv de propagare ese sub 1 %), se preferă considerarea sisemului analiza ca fiind cu parameri concenraţi In asemenea siuaţii, sisemele cu parameri disribuiţi po fi raae în maniera specifică sisemelor cu parameri concenraţi, alegând ca variabile de inrare-ieşire mărimi fizice locale asociae unor punce (de obicei exreme) ale obiecului fizic 127 Siseme cu imp mor In cazul sisemelor fizice cu parameri disribuiţi, la care vieza de propagare a fenomenului ese relaiv redusă (cazul proceselor cu ransfer de masă şi ransfer caloric), înre mărimile de ieşire şi mărimile de inrare poae fi evidenţiaă o înîrziere pură, de ip imp mor" Asfel, dacă mărimea de inrare suferă o variaţie la momenul = (fig 17), efecul devine observabil la ieşire începând de la un anumi momen =τ > Inervalul de imp τ în care efecul ese insesizabil la ieşire se numeşe imp mor Fig 17 Răspunsul la inrare reapă al unui sisem cu imp mor

12 12 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE Un cupor ubular penru încălzirea perolului, având ca mărime de inrare debiul de produs (sau emperaura de inrare a produsului) şi ca mărime de ieşire emperaura produsului încălzi (la ieşirea din cupor), consiuie un exemplu de sisem cu imp mor 128 Siseme deerminise şi sochasice La sisemele sochasice (probabilise), spre deosebire de cele deerminise, sarea iniţială X şi funcţia de inrare U [, ] nu mai deermină în mod univoc sarea X la momenul Sisemele sochasice au cel puţin un parameru inern (asocia srucurii sisemului) care variază aleaor şi imprimă asfel un caracer aleaor (sochasic) mărimilor de sare şi de ieşire Caracerul deerminis sau sochasic al unui sisem nu ese influenţa de ipul semnalelor aplicae la inrare (deerminise sau sochasice) Sisemele sochasice generează înodeauna semnal aleaor, iar sisemele deerminise generează semnal deerminis la inrări deerminise şi semnal aleaor la inrări sochasice Dacă anumie ipoeze asupra formei de variaţie a semnalelor sochasice po fi admise apriori, aunci ese posibilă caracerizarea acesora pe baza elemenelor de calcul probabilisic şi saisică maemaică Formalismul maemaic ese considerabil simplifica în cazul sisemelor sochasice cu caracer saţionar şi ergodic, care implică consanţa în imp a proprieăţilor saisice şi, respeciv, permie analiza sisemului pe baza unui singur semnal aleaor reprezenaiv Un ip special de sisem sochasic ese sisemul fuzzy, la care mulţimea sărilor şi mulţimea ieşirilor sun mulţimi fuzzy (definie în mod vag, în sensul că un elemen aparţine unei mulţimi de valori dae înr-o măsură mai mare sau mai mică, exprimaă prinr-o funcţie de aparenenţă) La un se de auomobile idenice, din aceeaşi serie, unghiurile de viraj penru un unghi da al volanului formează o mulţime fuzzy, iar sisemul de direcţie ese un sisem de ip fuzzy (la care jocul volanului are o valoare aleaoare, daoriă modului de consrucţie şi uzurii în imp) 129 Siseme deschise şi închise Sisemele deschise (cu srucură deschisă) sun caracerizae prinr-un flux de informaţie unidirecţional Sisemele închise (cu srucură închisă sau cu buclă închisă) sun siseme la care poae fi evidenţia un flux de informaţie bidirecţional Un sisem închis conţine cel puţin un subsisem a cărui inrare ese influenţaă de propria ieşire

13 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE 13 Un sisem auoma ese forma din două mari subsiseme: procesul (insalaţia) de auomaiza P şi dispoziivul de auomaizare DA (fig 18) Sisemele auomae cu srucurile a) şi b) sun siseme deschise, iar cele cu srucura c) sun siseme închise Sisemul cu srucura a) ese un sisem de supraveghere auomaă (prin măsurare şi semnalizare), sisemul cu srucura b) ese un sisem de comandă auomaă (după un program presabili), iar sisemul cu srucura c) ese un sisem de reglare auomaă a procesului P Fig 18 Srucuri ale unui sisem auoma In cazul sisemului de reglare auomaă, dispoziivul de auomaizare DA primeşe informaţie despre sarea curenă a procesului regla P şi, pe baza acesei informaţii, generează comenzi convenabile asupra procesului, în vederea menţinerii sau aducerii acesuia înr-o anumiă sare doriă (de referinţă) Abaerea sării curene a procesului de la sarea de referinţă se daoreşe acţiunii perurbaţiilor şi/sau modificării sării de referinţă 121 Clasificări ale sisemelor auomae a) După naura elemenelor din componenţa dispoziivului de auomaizare şi a semnalelor de comunicaţie înre acese elemene, sisemele auomae po fi: elecronice, pneumaice, hidraulice, mecanice şi mixe Sisemele elecronice sun superioare celorlale în privinţa performanţelor ehnice şi a posibiliăţilor de cuplare la echipamenele de calcul numeric şi de ransmisie a semnalelor la disanţă In mediile cu pericol de explozie, sisemele elecronice po fi uilizae numai dacă au fos fabricae în consrucţie aniexplozivă Când sisemul auoma conţine elemene de naură diferiă, inerconecarea acesora se face prin inermediul elemenelor converoare (de inerfaţă) b) După gradul de universaliae a elemenelor din componenţa dispoziivului de auomaizare, sisemele auomae po fi unificae sau specializae Sisemele unificae conţin elemene universale care funcţionează cu semnal unifica (sandard)

14 14 INTRODUCERE IN TEORIA SISTEMELOR AUTOMATE Sisemele auomae elecronice de puere medie funcţionează cu semnal elecronic unifica 4 2 ma cc Prin inermediul unei rezisenţe de 25 Ω, aces semnal poae fi ransforma în ensiune în gama 1 5 V Semnalul de ip curen, spre deosebire de semnalul ip ensiune, poae fi ransmis fără pierderi la disanţe mari de până la 1 2 m Domeniul de variaţie al semnalului unifica ese deplasa faţă de zero, penru ca şi în cazul valorilor mici ale semnalului unifica, raporul semnal uil-zgomo să rămână la o valoare ridicaă In plus, fiind curenul de colecor al unui ranzisor de puere, semnalul unifica nu poae fi genera la valori apropiae de zero (care ar presupune aducerea puncului de funcţionare al ranzisorului din zona de amplificare în zona de blocare) Sisemele auomae pneumaice de presiune medie funcţionează cu semnal pneumaic unifica,2 1, bar Presiunea de 1 bar ese suficien de mică penru a nu avea consumuri energeice ridicae şi a nu crea probleme deosebie de eanşare; în acelaşi imp, ese suficien de mare, penru ca prin inermediul unor membrane circulare cu raza de 1 2 cm, să creeze forţe de ordinul suelor de kgf, necesare în acţionarea robineelor de reglare Sisemele auomae specializae sun uilizae în cazul unor auomaizări de mai mică amploare, când nu se pune problema ransmierii semnalelor la disanţă Acese siseme sun de obicei cu acţiune direcă (fără energie auxiliară), simple şi robuse c) In rapor cu funcţia îndepliniă, sisemele auomae se clasifică în: - siseme auomae de supraveghere (de măsurare şi/sau semnalizare); - siseme auomae de proecţie; - siseme auomae de comandă direcă (după un program presabili); - siseme auomae de reglare (de comandă după un algorim care ţine seama de sarea curenă a sisemului regla) ; - siseme auomae de conducere (prin supraveghere, proecţie, comandă, reglare) Proecţia auomaă presupune oprirea (blocarea) parţială sau oală a procesului (insalaţiei), aunci când un parameru iese în afara domeniului admisibil de funcţionare, afecând caliaea produsului fini şi/sau securiaea insalaţiei respecive Reglarea auomaă consă în aducerea şi menţinerea sării procesului în vecinăaea unei sări de referinţă, în condiţiile modificării în imp a sării de referinţă şi a acţiunii perurbaţiilor asupra procesului regla