Teoria sistemelor Conf dr ing. Cornel turcu

Teoria sistemelor

• Conf.dr.ing. Cornel TURCU

Organizarea cursului

• Curs 3h/saptamana

• Laborator 1 sau 2h/saptamana

Sistem automatizare: continut, categorii, scopuri

• Termenii sistem, automat si automatizare fac parte din categoria celor mai utilizati atat in limbajul ingineresc, cat si in limbajul curent.

Automatizarea

• = actiunea de concepere, de realizare de automate si de echipare a sistemelor fizico-tehnice cu automate pentru efectuarea in mod automat a unor operatii, miscari, actiuni etc.

Scopuri generale ale utilizarii sistemelor si automatizarii

De la mecanizare la automatizare

Structura cu reactie

• In general, pentru realizarea functiilor sale in cadrul structurii cu reactie, dispozitivul de automatizare este construit din:

• Traductor, cu ajutorul caruia se masoara valoarea curenta a unei marimi;

• Regulator, care elaboreaza comanda, pe baza unui algoritm, astfel incat evolutia sistemului sa aiba loc in scopul anularii abaterii dintre valoarea prescrisa si cea curenta;

• Element de executie, care reproduce comanda elaborata de regulator la un nivel energetic adecvat si care actioneaza organul de reglare asupra fluxurilor de energie si/sau de substanta implicate in proces.

Repere istorice

• Primele automatizari au fost identificate in reglarea automata a nivelului apei cu ajutorul flotorului in ceasul cu apa (Ktesibios, Grecia antica, secolele IV-III i. Hr.)

• In sec. I, Heron din alexandria a scris o carte intitulata “Pneumatica” in care a descris numeroase mecanisme bazate pe reglarea automata a nivelului apei

• In Europa, prima automatizare a fost realizata de olandezul Cornelis Drebbel (1572-1633)care a inventat un regulator de temperatura pentru incubatoare;

• James Watt in 1769 este realizat regulatorul centrifugal utilizat pentru reglarea automata a turatiei masinii cu vapori

Un concept fundamental in cadrul teoriei sistemelor, care se refera la o forma speciala de comunicatie in cadrul sistemelor automate, este cel de reactie (in limba engleza feedback = retroactiune).

In 1869 apare primul studiu matematic privind stabilitatea unor sisteme automate (J.C. Maxwell)

• In 1869 apare primul studiu matematic privind stabilitatea unor sisteme automate (J.C. Maxwell)

• In cel de-al doilea razboi mondial, teoria si practica sistemelor automate s-au dezvoltat diferit in Occident si in fosta URSS.

• In SUA – telecomunicatii bazate pe amplificatoare electronice cu reactie (Bode, Nyquist, Black);
• URSS – metoda domeniului timpului, bazata pe teoria ecuatiilor diferentiale

• Tot in al doilea razboi mondial a inceput constructia pilotilor automati pentru avioane, sisteme de pozitionare automata a pieselor de artilerie, sisteme de urmarire automata cu echipamente radar

Teoria sistemelor automate si cibernetica

• Teoria sistemelor este stiinta care se ocupa cu cercetarea teoretica a sistemelor automate si cu studiul, conceperea si realizarea mijloacelor tehnice pentru automatizarea aparatelor, masinilor si instalatiilor tehnologice sau de alta natura.

• Cibernetica este stiinta care se ocupa cu studiul analitic al izomorfismului intre structura comunicatiilor in mecanisme, in organisme si societati.

Cibernetica (ca si automatica – stiinta care apartine ciberneticii) are in vedere caracteristicile sistemelor induse de comunicatiile existente in structura lor, ca si de mediul ambiant. Aceste aspecte se concretizeaza astfel:

• Cibernetica (ca si automatica – stiinta care apartine ciberneticii) are in vedere caracteristicile sistemelor induse de comunicatiile existente in structura lor, ca si de mediul ambiant. Aceste aspecte se concretizeaza astfel:

• Aparatele si operatorul uman sau dispozitivul de automatizare si instalatia tehnologica formeaza o unitate relativ delimitata de mediu – adica un sistem;

• Fiecare element component are o functie precisa si ocupa o anumita pozitie in cadrul sistemului. Sistemul are o structura.

• Intre elementele sistemului, conform structurii, exista comunicatii prin care se transmit informatii (concret semnale) intr-o singura directie si anume in sensul de la cauza la efect. Marimea cauza se numeste marime de intrare, iar marimea efect se numeste marime de iesire.

• Conexiunea cauzala, conform principiului cauzalitatii, este legatura intre doua evenimente (marimi) u si y, in care aparitia lui u genereaza, in anumite conditii, in mod necesar aparitia lui y. Totodata, absenta lui u este legata in mod necesar de absenta lui y. Conexiunea cauzala poate fi reprezentata ca o relatie complexa:

Actiunea comuna a elementelor componente asigura realizarea scopului. In cazul sistemelor cu reactie negativa evolutia are loc in sensul anularii abaterii si respectiv al compensarii efectului perturbatiilor. Sistemul in ansamblu are aceasta proprietate. Nedecelabila in elementele sistemului, aceasta proprietate este un rezultat al structurii in care sunt asamblate elementele componente si comunicatiile dintre elemente.

• Actiunea comuna a elementelor componente asigura realizarea scopului. In cazul sistemelor cu reactie negativa evolutia are loc in sensul anularii abaterii si respectiv al compensarii efectului perturbatiilor. Sistemul in ansamblu are aceasta proprietate. Nedecelabila in elementele sistemului, aceasta proprietate este un rezultat al structurii in care sunt asamblate elementele componente si comunicatiile dintre elemente.

Sistem

• Un sistem este un complex de elemente de interactiune. Proprietatile sale nu depind numai de proprietatile elementelor componente ci, mai ales, de interactiunile dintre elementele sistemului.

Semnale

• Transmiterea unei informatii are intotdeauna un suport material.

Clasificarea semnalelor

• Dupa natura fizica a semnalelor:

• Semnale mecanice (deplasare, forta)
• Semnale electrice (tensiune, curent)
• Semnale optice (intensitate, culoare)

• Dupa multimea de valori ale parametrului informational:

• Semnale discrete: parametrul informational este definit pe o multime finita sau numarabila; semnalele discrete pot fi digitale, adica valoarea parametrului informational este multiplu al unei cuante; daca parametrul informational ia numai 2 valori, semnalul se numeste binar;
• Semnale analogice: parametrul informational este definit pe un interval al multimii numerelor reale.

• Dupa multimea de valori ale parametrului timp:

• Semnale continue: pentru fiecare valoare a timpului se defineste o valoare a parametrului informational;
• Semnale esantionate: parametrul informational este definit numai pentru anumite valori ale timpului; daca valorile timpului sunt echidistante, semnalul se numeste esantionat uniform;

• Dupa previzibilitatea evolutiei in viitor:

• Semnale deterministe: evolutia in viitor este complet cunoscuta;
• Semnale stohastice (aleatoare): evolutia in viitor este previzibila cu o anumita probabilitate

Transformarea LAPLACE

• Daca O este multimea functiilor original si F este multimea functiilor complexe, atunci se poate defini o aplicatie care duce o functie din O in F si aceasta este transformarea LAPLACE

Proprietatile transformatei LAPLACE

Proprietatile transformatei LAPLACE

Proprietatile transformatei LAPLACE