Automatika

Automatika (kontrolno inženjerstvo) je grana nauke i tehnike koja se bavi principima i teorijom automatskih kontrolnih sistema i uređaja, koji izvršavaju zadatke bez neposrednog učešća čovjeka.^[1]

Kontrolni sistemi igraju ključnu ulogu svemirskim letovima

Primjer sistema automatskog upravljanja (SAU), ili kontrolnog sistema. Prikazani služi za održavanje brodskog kormila u podešenom položaju. Odstupanje se mjeri, i preko proporcionalnog pojačavača privodi motoru koji vrši korekciju položaja kormila. Ovo je jednostavan sistem sa povratnom spregom.

Obuhvata više primijenjenih disciplina, kao što su teorija optimalnih sistema, teorija konačnih automata,^[2] teorija pouzdanosti i druge. Ovo je sve potrebno za uspješno projektovanje, proračun i realizaciju raznih automatskih sistema. Teorija elemenata automatike i teorija automatskog upravljanja su čvrsto povezane i samo kao cjelina služe za praktično ostvarenje automatskih sistema.^[1]

Za razliku od kibernetike, koja proučava samo informacione ili acikličke automatske sisteme, automatika proučava i cikličke i determinisane automatske sisteme (vidi Automatsko upravljanje).

Elementi automatike

Sistem automatskog upravljanja (SAU) se sastoji od raznih elemenata koji vrše samostalne funkcije. Prema osnovnim funkcijama, mogu se svrstati u senzore, međuelemente i izvršne organe.

Senzor (davač, detektor, osjetilo) je osnovni element svakog SAU. On neprekidno mjeri stvarnu vrijednost upravljanog parametra. Zatim daje vrijednost komparatoru (upoređivaču) koji upoređuje izmjerenu i referentnu (željenu) vrijednost veličine i daje signal greške, proporcionalan razlici istih. U primjeru na slici, potenciometar je senzor pozicije kormila. Komparator je operacioni pojačavač spojen kao komparator (izlaz je razlika napona na invertujućem i neinvertujućem ulazu).

Međuelement je sistem kojim se informacije od senzora pojačavaju ili dovode u podesan oblik za upravljanje izvršnim organom. Može biti dio kanala veze (prijemnik, predajnik, koder, dekoder), pojačavač, transformator i tako dalje. Na slici, međuelement je pojačavač snage.

Izvršni organ djeluje na proces kojim se upravlja na osnovu signala od međuelementa. Može biti motor, električni, hidraulični, pneumatski, kombinovani, elektromagnet, cilindar s klipom i tako dalje. Na slici, izvršni organ je elektromotor sa zupčaničkim prenosom, koji pokreće kormilo.

Teorija elemenata automatike i automatskog upravljanja

Teorija elemenata automatike bavi se proučavanjem rada, metoda proračuna i metoda realizacije elemenata a. koji ulaze u sastav SAU. Teorija automatskog upravljanja se bavi izučavanjem principa projektovanja, proračuna i izvođenja SAU kao cjeline.

Pri radu SAU njegovi elementi su normalno u vremenski promjenjivim režimima. Zbog toga ponašanje SAU zavisi od dinamičkih karakteristika. S aspekta teorije nije važno kakvi se fizički procesi odvijaju u elementima, već su važne njihove dinamičke osobine.

Svaki automatski sistem se može predstaviti strukturnom šemom sistema, u kojoj su stvarni elementi zamijenjeni osnovnim dinamičkim, sa označenim vezama i smjerom toka signala. Sa šemama se može izvršiti analiza ponašanja realnog sistema prije stvarne konstrukcije. Za analitičko ispitivanje ponašanja SAU potrebno je postaviti njegovu diferencijalnu jednačinu i riješiti je nalaženjem opšteg integrala. Zatim se određuju početni uslovi i naći zavisnost izlazne veličine od ulazne preko prelazne karakteristike (engleski: ). To je često težak problem, posebno za složene sisteme. Ovo se može znatno olakšati korištenjem Laplasovih transformacija, kojima se diferencijalne jednačine pretvaraju u algebarske, preko tablice čestih slučajeva. Laplasove transformacije i prenosne (prenosne) funkcije (transfer function) omogućuju znatno pojednostavljen način nalaženja karakteristika automatskog sistema, za slučajeve koji se često sreću u praksi.

Prijenosna (prenosna) funkcija

Prijenosna funkcija sistema ili elementa sistema predstavlja odnos Laplasove transformacije izlazne veličine naspram Laplasove transformacije ulazne veličine pri nultim početnim uslovima. Ona u potpunosti određuje dinamičke promjene izlazne veličine u odnosu na ulaznu. S time, one se koriste za testiranje karakteristika sistema i prije stvarne konstrukcije.

U zavisnosti od toga da li izlazne veličine preko povratne sprege djeluju na ulaznu veličinu, razlikujemo zatvoreno kolo (djeluje povratna sprega) i otvoreno kolo SAU.

Na osnovi sistema prenosnih funkcija razvijene su praktične teorijske i eksperimentalne metode za ispitivanje karakteristika sistema kao što su stabilnost. Za određivanje stabilnosti koriste se Nikvistov kriterijum stabilnosti i Bodeov kriterijum stabilnosti, kriterijum geometrijskog mjesta korjenova i slično.

Povezano

• Povratna sprega
• Kibernetika