Základné pojmy automatizácie, kybernetiky a teórie riadenia

01.02 – Základné pojmy

Proces: postupné zmeny (vŕtanie, zohrievanie, otváranie dverí).
Mechanizácia: stroje nahrádzajú silu človeka.
Automatizácia: stroje nahrádzajú riadenie človeka.
Výhody automatizácie: menej pracovníkov, vyššie výrobné kapacity, vyššia kvalita, nižšia spotreba energie, vyššia bezpečnosť. Nevýhoda – berie prácu.

Typy automatizácie

• blokovania – proces sa nespustí bez splnených podmienok (výťah s otvorenými dverami)
• signalizácie – upozornenie (alarm SBS)
• kontroly – kontrola kvality (snímače vyraďujú chybné výrobky)
• riadenia – riadené časom alebo podmienkami (termostat)

Automat: stroj, ktorý sa riadi sám.
Mechatronika: mechanika + elektronika + IT.

01.03 – Systém

Systém: prvky + vzťahy + cieľ.
Zápis systému: slovne, grafom, vzorcom.
Lineárny systém: spĺňa homogenitu (k·x → k·y) a aditívnosť (x1 + x2 → y1 + y2), platí superpozícia.
Nelineárny systém: nespĺňa podmienky linearity (napr. dióda, termistor).
Časová nezávislosť: posun vstupu spôsobí rovnaký posun výstupu.
Príklady: časovo nezávislý – kalkulačka; časovo závislý – hodiny.
LTI systém: lineárny a časovo nezávislý systém. RC člen je LTI systém.
Statická charakteristika: výstup od vstupu po ustálení.
Dynamická charakteristika: výstup od času.

01.04 – Signál

Správa: jednotka komunikácie.
Informácia: správa, ktorá znižuje neurčitosť.
Signál: funkcia nesúca informáciu.

Typy signálov

• spojitý – spojitý v čase aj amplitúde (analógový)
• impulzný lineárny – nespojitý v čase, spojitý v amplitúde (PWM, PAM, PDM)
• impulzný nelineárny – spojitý v čase, nespojitá amplitúda (relé)
• digitálny – nespojitý v čase aj amplitúde (PCM)

01.05 – Základy kybernetiky

Kybernetika: veda o získavaní, prenose, spracovaní, uchovaní a využívaní informácií pre riadenie.
Kybernetický systém: riadiaci prvok + riadený prvok + výmena informácií cez vstupy a výstupy + spätná väzba.
Priama väzba: riadiaci → riadený.
Spätná väzba: riadený → riadiaci.

01.06 – Teórie kybernetiky

• Teória systémov: opis a riadenie systémov.
• Teória riadenia: riadiace procesy v čase a priestore.
• Teória informácií: meranie, kódovanie, prenos a spracovanie informácií.
• Teória algoritmov: matematické modely algoritmov.
• Teória hier: správanie účastníkov, optimálne stratégie.

01.07 – Metódy kybernetiky

• Metóda analógie: porovnanie so známym systémom.
• Metóda modelovania: tvorba modelov, simulácie (Matlab).
• Metóda čiernej skrinky: skúmanie vstupov a výstupov bez znalosti vnútra.
• Metóda blokových schém: delenie systému na bloky.
• Metóda pokusu a omylu: skúšanie a vyvodzovanie záverov.

01.08 – Základné pojmy teórie riadenia

Riadený objekt: to, čo riadime.
Riadiaci objekt: to, čím riadime.
Riadenie: dosahovanie požadovaného stavu.
Ovládanie: riadenie bez spätnej väzby (otvorený obvod).
Regulácia: riadenie so spätnou väzbou (uzavretý obvod).

Spätná väzba

• kladná – zvyšuje chybu a zosilnenie
• záporná – znižuje chybu a stabilizuje (najbežnejšia)

Typy riadenia

• ručné
• automatické
• kybernetické – riadenie s optimalizáciou, riadiaci člen ovplyvnený optimalizačným článkom.

01.09 – Robotika

Robot: zariadenie riadené počítačom, schopné manipulácie podľa programu.
Stupeň voľnosti: počet osí pohybu.

Riadenie pohybu

• bodové – ide len z bodu A do B (trať nie je určená)
• spojité – pohyb po presnej trajektórii

Súradnicové systémy

• karteziánske – x, y, z
• polárne – r, φ
• cylindrické – ρ, φ, z
• sférické – r, θ, φ

01.10 – Technický význam derivácie a integrácie

Derivácia: smernica dotyčnice, rýchlosť zmeny, k = Δy / Δx.
Integrácia: výpočet plochy pod krivkou alebo objemu pomocou rozkladu na úzke obdĺžniky; v automatizácii sčítavanie spojitého signálu (náhrada sumy Σ).