Książki naukowe

ISBN: 978-83-7880-675-2
liczba stron: 307
format: B5
oprawa: miękka
rok wydania: 2019
wydanie: II

ISBN 978-83-7160-998-5

• Wydanie I

• Liczba stron: 484

• 2022

Podręcznik skierowany jest do studentów kierunku informatyka studiów
I stopnia oraz osób zainteresowanych wykorzystaniem środowisk symulacyjnych do przyswajania elementarnej wiedzy z zakresu podstaw automatyki. Stanowi zbiór ćwiczeń laboratoryjnych realizowanych z wykorzystaniem ogólnodostępnego darmowego środowiska symulacyjnego Scilab 6.1.1 (stan na wrzesień 2023 r.) w wersji desktopowej (https://www.scilab.org). Od października 2023 r. dostępna jest najnowsza wersja środowiska –
Scilab 2024.0.0.

Spis treści
Wykaz symboli 8
Wprowadzenie 12
Główne pojęcia z zakresu podstaw automatyki 14
1. Środowisko symulacyjne Scilab 16
1.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego 16
1.2. Podstawowe wiadomości 16
1.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego 17
1.3.1. Pierwsze uruchomienie środowiska 17
1.3.2. Edytor skryptów 18
1.3.3. Edytor schematów 20
2. Modelowanie i analiza właściwości dynamicznych obiektów automatyki 24
2.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego 24
2.2. Podstawowe wiadomości 24
2.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego 25
2.3.1. Model matematyczny elementu automatyki 25
2.3.2. Model matematyczny układu elektrycznego – czwórnik RC 26
2.3.3. Model czwórnika RC w środowisku Scilab/Xcos 27
2.3.4. Model matematyczny układu hydraulicznego – zbiornik ze swobodnym wypływem 33
2.3.5. Model zbiornika ze swobodnym wypływem w środowisku Scilab/Xcos 34
2.3.6. Zadania do samodzielnego wykonania 36
2.3.7. Sprawozdanie 36
3. Charakterystyki czasowe 37
3.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego 37
3.2. Podstawowe wiadomości 37
3.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego 37
3.3.1. Transmitancja operatorowa 38
3.3.2. Wyznaczenie transmitancji operatorowej G(s) czwórnika RC 39
3.3.3. Charakterystyka czasowa 39
3.3.4. Charakterystyka skokowa 40
3.3.5. Charakterystyka impulsowa 41
3.3.6. Charakterystyki czasowe czwórnika RC 42
3.3.7. Modelowanie czwórnika RC w Xcos z wykorzystaniem bloków CLR – mo-del transmitancyjny 45
3.3.8. Porównanie modelu różniczkowego czwórnika RC z modelem transmi¬tan-cyj¬nym czwórnika RC 45
3.3.9. Analityczne wyznaczenie odpowiedzi skokowej i impulsowej czwórnika RC 47
3.3.10. Zadania do samodzielnego wykonania 49
3.3.11. Sprawozdanie 50
4. Charakterystyki częstotliwościowe 52
4.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego 52
4.2. Podstawowe wiadomości 52
4.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego 53
4.3.1. Analityczna metoda wyznaczania transmitancji widmowej z transmitancji operatorowej 54
4.3.2. Wykreślanie charakterystyki częstotliwościowej 54
4.3.3. Charakterystyki częstotliwościowe członów automatyki 61
4.3.4. Zadania do samodzielnego wykonania 62
4.3.5. Sprawozdanie 62
5. Wprowadzenie do układów regulacji automatycznej 63
5.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego 63
5.2. Podstawowe wiadomości 63
5.2.1. Sterowanie w strukturze otwartej 63
5.2.2. Sterowanie w strukturze zamkniętej 64
5.2.3. Regulator typu P 66
5.2.4. Regulator typu I 67
5.2.5. Regulator typu D 68
5.2.6. Regulator typu PI 68
5.2.7. Regulator typu PD 69
5.2.8. Regulator typu PID 70
5.2.9. Dobór regulatorów i ich nastaw 70
5.2.10. Jakość regulacji 73
5.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego 77
5.3.1. Badanie odpowiedzi skokowej wybranego obiektu 77
5.3.2. URA z regulatorem typu P 79
5.3.3. URA z regulatorem typu PI 82
5.3.4. URA z regulatorem typu PID 83
5.3.5. Jakość regulacji i koszty regulacji dla URA z regulatorem typu PID 85
5.3.6. Zadania do samodzielnego wykonania 86
5.3.7. Sprawozdanie 86
6. Układ regulacji automatycznej poziomu cieczy w zbiorniku 88
6.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego 88
6.2. Podstawowe wiadomości 88
6.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego 89
6.3.1. URA z regulatorem typu P 89
6.3.2. URA z regulatorem typu PID 90
6.3.3. Jakość i koszty regulacji dla URA z regulatorem typu PID 91
6.3.4. URA z regulatorem typu PID, ograniczeniami i zakłóceniami sygnału re-gu¬lującego 92
6.3.5. URA z regulatorem dwupołożeniowym 94
6.3.6. Zadania do samodzielnego wykonania 97
6.3.7. Sprawozdanie 97
7. Badanie stabilności 99
7.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego 99
7.2. Podstawowe wiadomości 99
7.2.1. Badanie stabilności z wykorzystaniem analizy równania charakte¬rys-tycznego 100
7.2.2. Kryterium Hurwitza 101
7.2.3. Kryterium Routha 102
7.2.4. Kryterium Nyquista 105
7.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego 105
7.3.1. Badanie reakcji wybranych obiektów na sygnał impulsowy 105
7.3.2. Badanie stabilności układów zamkniętych z wykorzystaniem analizy rów-nania charakterystycznego 107
7.3.3. Badanie stabilności układów zamkniętych z wykorzystaniem kryterium Hurwitza 112
7.3.4. Badanie stabilności układów zamkniętych z wykorzystaniem kryterium Routha 116
7.3.5. Badanie stabilności układów zamkniętych z wykorzystaniem kryterium Nyquista 120
7.3.6. Zadania do samodzielnego wykonania 122
7.3.7. Sprawozdanie 124
8. Analiza wybranych URA 125
8.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego 125
8.2. Podstawowe wiadomości 125
8.2.1. Silnik prądu stałego 126
8.2.2. Pomieszczenie zamknięte 128
8.3. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego 132
8.3.1. Zadania do samodzielnego wykonania 132
8.3.2. Sprawozdanie 133
Bibliografia 134
Aneks 137
Transformata Laplace’a 137
Przekształcenie Laplace’a 137
Właściwości przekształcenia Laplace’a 138
Odwrotne przekształcenie Laplace’a 138
Transformaty wybranych funkcji 139

Spis treści
Wykaz ważniejszych oznaczeń .................................................................... 11
1. WPROWADZENIE .......................................................................... 15
1.1. Geneza pracy ...................................................................................... 15
1.2. Zakres pracy ....................................................................................... 16
2. MODELOWANIE PROCESÓW DECYZYJNYCH ................... 19
2.1. Analiza znanych metod i modeli procesów decyzyjnych .................. 19
2.2. Matematyczne modelowanie dokładności procesu
technologicznego ............................................................................... 22
2.2.1. Metody modelowania .............................................................. 22
2.2.2. Skutki zakłóceń losowych i zmian warunków
w procesie szlifowania ............................................................ 26
2.3. Modele decyzyjne w systemach ekspertowych
w warunkach niespójności stanów wiedzy ........................................ 31
2.3.1. Problem wyboru consensusu ................................................... 31
2.3.2. Jakościowa analiza informacji ekspertowej ............................ 38
2.4. Wybrane problemy modelowania procesów decyzyjnych
w procesach technologicznych .......................................................... 46
2.4.1. Główne zagadnienia modelowania procesów
decyzyjnych w procesach technologicznych
obrabianych elementów maszyn .............................................. 46
2.4.2. Problematyka modelowania procesów decyzyjnych
w aspekcie jakości procesu z zastosowaniem
probabilistycznych sieci neuronowych .................................... 49
3. PODSTAWY INTERAKCJI URZĄDZEŃ TECHNICZNYCH
I ICH OPERATORÓW ............................................................ 55
3.1. Klasyfikacja modeli działalności człowieka ...................................... 55
3.2. Matematyczny model pozyskiwania informacji przez operatora ...... 63
4 Spis treści
3.3. Model percepcji informacji przez człowieka i oceny
jego obciążenia informacyjnego ........................................................ 68
3.4. Formalizacja procesu decyzyjnego .................................................... 74
3.5. Ogólne modele działalności operatora w układach sterowania ......... 80
3.6. Model realizacji przez człowieka zadań diagnostycznych
w systemach człowiek-technika ......................................................... 86
4. INTELIGENTNE SYSTEMY WSPOMAGANIA DECYZJI
W PROCESACH TECHNOLOGICZNYCH ............................. 93
4.1. Podstawy doboru narzędzi, warunków i parametrów obróbki
z zastosowaniem metod sztucznej inteligencji .................................. 93
4.2. Zautomatyzowany proces szlifowania
małych elementów ceramicznych ...................................................... 98
4.2.1. Polecenia operatora i komunikaty urządzeń
technologicznych ..................................................................... 105
4.2.2. Przykład zastosowania metody obróbki .................................. 110
4.3. Analiza procesu szlifowania małych elementów ceramicznych
w aspekcie nadzorowania procesu przez operatora ........................... 111
4.4. Metodyka doboru narzędzi w procesie szlifowania
z zastosowaniem metod sztucznej inteligencji .................................. 117
4.5. Metodyka doboru parametrów obróbki z zastosowaniem
metod sztucznej inteligencji w procesach szlifowania
małych elementów ceramicznych ...................................................... 122
4.6. Problemy oceny jakości procesów ..................................................... 124
4.7. Decyzje dotyczące narzędzi i parametrów procesu ........................... 127
5. METODY IDENTYFIKACJI OPERATORÓW ......................... 133
5.1. Analiza przydatności różnych metod identyfikacji ........................... 133
5.2. Identyfikacja operatorów z wykorzystaniem
metod polegających na wpisywaniu hasła ......................................... 134
5.3. Biometryczne metody identyfikacji operatorów ................................ 138
Spis treści 5
6. WYBRANE PROBLEMY PRZETWARZANIA INFORMACJI
PRZEZ CZŁOWIEKA .............................................................. 149
6.1. Entropia informacji ............................................................................ 149
6.2. Przekazywanie informacji pomiędzy operatorem
i urządzeniami technicznymi ............................................................. 153
6.3. Problemy oceny sprawności operatorów ........................................... 157
6.4. Przetwarzanie informacji niepewnej przez operatora ........................ 162
6.5. Modelowanie interakcji operatorów i urządzeń technicznych .......... 163
6.6. Rozpoznawanie odręcznego pisma operatora .................................... 165
7. INTELIGENTNE SYSTEMY
OBUSTRONNEJ GŁOSOWEJ KOMUNIKACJI
LUDZI I URZĄDZEŃ TECHNICZNYCH ................................. 173
7.1. Aspekty głosowej komunikacji ludzi i urządzeń technicznych
w języku naturalnym .......................................................................... 173
7.2. Analiza stanu wiedzy i zastosowań
w zakresie głosowej komunikacji ...................................................... 175
7.3. Koncepcja nowoczesnych systemów
nadzorowania urządzeń technologicznych
i zautomatyzowanych procesów produkcyjnych ............................... 177
7.3.1. Koncepcja inteligentnej warstwy obustronnej głosowej
komunikacji urządzeń technologicznych
i ich operatorów ....................................................................... 177
7.3.2. Koncepcja nowoczesnych systemów nadzorowania
zautomatyzowanych procesów produkcyjnych ....................... 179
7.4. Budowa inteligentnych systemów
obustronnej głosowej komunikacji .................................................... 184
7.4.1. Podstawy budowy inteligentnego systemu
obustronnej głosowej komunikacji
urządzeń technologicznych z operatorem ................................ 184
7.4.2. Inteligentny system oceny predyspozycji operatora
do wydajnego przetwarzania strumieni informacji
z wielu źródeł .......................................................................... 188
6 Spis treści
7.5. Komunikacja głosowa operatora i urządzeń technologicznych ......... 193
7.5.1. Rozpoznawanie poleceń wydawanych głosowo ...................... 193
7.5.2. Generowanie komunikatów głosowych do operatora .............. 196
7.6. Rozpoznawanie znaczenia poleceń operatora .................................... 199
7.7. Analiza skutków i ocena bezpieczeństwa poleceń operatora ............ 213
7.8. Ocena bezpieczeństwa poleceń w procesie szlifowania
małych elementów ceramicznych ...................................................... 228
7.8.1. Analiza statystyczna parametrów do oceny
bezpieczeństwa poleceń ........................................................... 228
7.8.2. Analiza bezpieczeństwa wybranych poleceń
z uwzględnieniem cech realnego procesu szlifowania ............ 233
7.9. Realizacja poleceń operatora ............................................................. 235
7.10. Symulacyjne badania systemu ........................................................... 238
7.10.1. Badania rozpoznawania mowy naturalnej operatora ............... 238
7.10.2. Badania rozpoznawania poleceń głosowych operatora ........... 240
7.10.3. Badania systemu z mikrofonem słuchawkowym
i kierunkowym ......................................................................... 243
7.10.4. Badania systemu z hałasem otoczenia ..................................... 244
7.10.5. Rozpoznawanie znaczenia poleceń operatora ......................... 245
7.10.6. Opracowany inteligentny system obustronnej głosowej
komunikacji urządzeń technologicznych z operatorem ........... 247
8. PODSUMOWANIE .................................................................. 261
8.1. Naukowe znaczenie pracy ................................................................. 261
8.2. Aplikacyjne znaczenie pracy ............................................................. 262
8.3. Kierunki rozwoju systemów interakcji ludzi i urządzeń
technicznych ...................................................................................... 265
LITERATURA ............................................................................................ 267
Streszczenie w języku polskim .................................................................... 289
Streszczenie w języku angielskim ……………………………………....... 291