Automatika

Automatika (grč. "automatos", "koji se sam od sebe događa") jest naučno-tehnička disciplina koja proučava teoriju i konstrukciju sistema koji funkcionišu bez neposrednog ljudskog sudjelovanja.

To je grana elektrotehnike koja se najviše zasniva na principima upravljanja odnosno regulacije, sve s ciljem dobijanja jednostavnih ili visokosofisticiranih sistema koji bi obavljali neku određenu funkciju.

Historija automatike

U praktičnom smislu principi automatike korišteni su još u antičko doba. Od antičkog doba do industrijske revolucije, automatika kao disciplina se koristila najčešće u mehanizmima za razonodu više klase. Prvi teoretski rad vezan za automatiku je objavio James Clerk Maxwell 1868. godine pod nazivom "O regulatorima".

Primjer automatskog sistema (3. vijek p.n.e.): podizanjem ili spuštanjem nivoa vode odgovara određenom vremenu.

Bitniji razvoj teorije počeo je sa konstrukcijom parne mašine. U to vrijeme teorija je dosta kasnila za praktičnim razvojem jer su isti teoretski principi bili teško objašnjivi. Zato se principi funkcionisanja sistema automatskog upravljanja predstavljaju diferencijalnim jednačinama. Intenzivniji razvoj automatike kao zasebne discipline kibernetike počinje u 20. stoljeću razvojem elektrotehnike odnosno elektronike.

Discipline u okviru automatike

Automatizacija predstavlja nauku koja predstavlja sve mjere poduzete za prenos rada čovjeka na mašine, obično kroz tehnički napredak, pri čemu se smanjuje potreba za ljudskom prisutnošću pri radu tih mašina. Automatika se bavi automatizacijom svih tehnoloških procesa.

Automacija predstavlja disciplinu prenosa rada čovjeka na automate. Jedan od oblika visokoautomatizovanih sistema su roboti, pa unutar ove susreće se i poddisciplina robotika.

Osnovni pojmovi automatike

Sistem predstavlja skup elemenata (komponenata) koji su međusobno povezani sa zajedničkim djelovanjem u cilju izvršavanja neke funkcije koja se ne bi mogla ostvariti pojedinačno. Svakom sistemu je svojstveno da ima određeni oblik kretanja (promjenu u vremenu). Posebni oblik kretanja čija je zajednička mjera energija naziva se fizička forma kretanja. Objekti koji se bitno ispoljavaju po fizičkom obliku kretanja (energetskom stanju) nazivaju se fizičkim sistemima.

U automatici najpodesnija slika objektnog fizičkog sistema je blok. Informacija o stvarnom fizičkom sistemu nije potpuna ako blok ne raspolaže sa određenim podacima odnosno parametrima. Da bi se u sistemu izazvale željene promjene potrebno je da se na njega djeluje određenim veličinama koje se u automatici nazivaju ulazne veličine odnosno pobude. Djelovanje pobude na fizički sistem dovodi do promjene energetskog stanja u njemu zbog čega on djeluje na okolinu. Veličine preko kojih sistem djeluje na okolinu u automatici nazivaju se izlazne veličine ili odziv. Prikaz sistema pomoću bloka, pobude i odziva se naziva dinamičko modeliranje.

Upravljanje i regulacija

Za rad tehničkih sistema najvažnija je njihova funkcionalnost, te pored nje tačnost, sigurnost, pouzdanost, ekonimičnost i slično.

Usmjeravanje radnih operacije s ciljem istovremenog ispunjavanja svih zadataka naziva se upravljenje. Općenito ono može biti ručno, uz neprekidno angažovanje čovjeka, ili automatsko bez angažovanja čovjeka. Bez obzira na oblik upravljanja, potrebno je poznavati zakonitosti po kojima sistem funkcioniše. Te jednačine nazivaju se jednačine kretanja sistema i obično se radi o diferencijalnim jednačinama.

Upravljanje kojim se postiže regulisano stanje neke izlazne veličine naziva se regulacija. Najvažnija stvar kod reguliranih sistema je postojanje povratne veze sa izlaza sistema na ulaz. Zbog toga se odvija manipulacija, koja predstavlja način i sredstvo prenošenja informacija sa operatora odnosno upravljačkog uređaja na objekt upravljanja odnosno upravljani uređaj.

Analiza i sinteza sistema automatskog upravljanja

Za svaki sistem automatske regulacije potrebno je izvršiti analizu ukoliko sistem ima projektovane korektivne članove, odnosno sintezu ukoliko se tek treba pristupiti projektovanju sistema automatske regulacije.

Analiza sistema podrazumijeva određivanje nepoznatog odziva sistema na osnovu poznate pobude i parametara sistema (zakonitosti energetskih promjena). U automatici postoji više vrsta analiza:

Analiza u vremenskom domenu
Analiza na osnovu prenosnih funkcija
Frekventna analiza
Analiza stabilnosti

Sinteza sistema automatske regulacije podrazumijeva izbor i proračun parametara korektivnih članova koji osiguravaju odgovarajuće karakteristike sistema.

Korektivni članovi su tipski, standardizovani i vrši se njihov izbor jer su lakše zamjenljivi i jeftiniji od izmjena samog sistema (elementi sistema su obično komplikovaniji i znatno skuplji).

Vrste automatske regulacije

Automatska stabilizacija - izvršena je tako da odziv održava na stalnoj vrijednosti
Programirana regulacija - ako je odziv promjenljiv u vremenu po unaprijed poznatom zakonu
Servo upravljanje - ako je odziv promjenljiv u vremenu po unaprijed nepoznatom zakonu, te zavisi od upravljačkih elemenata