Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 42

 Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 42

 Służby Geologiczne Finlandii wiarygodnie stwierdzają o ile więcej energii elektrycznej będzie potrzebne do docelowego wycofania się ze spalania gazu ziemnego i węgla. Bardzo dużo !

Europa chce swój przemysł hutniczy dekarbonizować. Po pierwsze to tu i ówdzie niewiele go już zostało. Będzie on potrzebował 400 terawatów energii elektrycznej rocznie. To 7- krotnie więcej niż zużywa obecnie. 

 Rezultaty głębokiego ingerowania urzędników w systemy gospodarcze są z reguły marne. Centralne zarządzanie gospodarką przez niekompetentnych urzędników kończy się pustymi półkami sklepów a czasem i stanem wojennym lub rozlewem krwi na ulicach. Państwo ma ważną role do wypełnienia w gospodarce ale gdy urzędnicy próbuje wchodzić w buty przedsiębiorców jest tragedia.

Dane pochodzące ze Statystyk BP za rok 2020 dowodzą że mająca ciągoty centralistyczne UE ma znacznie gorsze przyrostowe wskaźniki w dziedzinie OZE  od reszty świata !
Produkcja „zielonej” energii w świecie w 2020 roku wzrosła o 12.5% a w EU tylko o 7.6%.
„Zielonym” liderem produkcji stały się Chiny, które przegoniły Zachód  ! Są też obiektywne powody tego stanu rzeczy. W Europie nie ma miejsca na zbudowanie elektrowni wodnej Trzech Przełomów o mocy 24 GW. Co więcej Chiny zbudują kolejne potężne elektrownie wodne ! Energetyka jądrowa ma w części  Europy przeciwników a Chiny budują rekordową ilość reaktorów jądrowych.

Według nowych wyliczeń opracowanych na zamówienie ONZ z października 2021, aby osiągnąć neutralność klimatyczną do 2050 roku, największe kraje świata będą musiały wydać ponad 125 000 mld  Euro !
Generacja energii elektrycznej w Polsce jest mało „zielona” na tle innych krajów. Jesteśmy w ogonie zmian. 

Urzędnicy jak to leniwi urzędnicy. Czy się leży czy się stoi... Kawa, ciastka, plotki...
Cytaty z raportu Najwyższej Izby Kontroli z grudnia 2021 roku „SYSTEM KONTROLI BEZPIECZEŃSTWA ŻYWNOŚCI W POLSCE – STAN OBECNY I POŻĄDANE KIERUNKI ZMIAN”  
„W Polsce obowiązują normy dla kontroli higieny żywności i produktów żywnościowych, zdrowia i dobrobytu zwierząt oraz zapobiegania zagrożeniu zanieczyszczenia substancjami zewnętrznymi”.
Jakość żywności oraz proces jej wytwarzania, z roku na rok odbiegają od norm. Jest pod tym względem coraz gorzej. Raport wykazuje rażące nieprawidłowości  w:
1. Brak koordynacji i współpracy pomiędzy organami kontrolującymi.
2. Niedostateczny nadzór nad ubojem zwierząt.
3. Brak skutecznych mechanizmów służących ujawnianiu nielegalnej działalności prowadzonej przez podmioty zajmujące się produkcją żywności.
4. Problemy kadrowe i niewłaściwa organizacja pracy w organach urzędowej kontroli żywności.
5. Braki w wyposażeniu organów kontroli i ograniczona zdolność do sprawnego przeprowadzenia badań żywności.
6. Niesprawny system kontroli sprzedaży internetowej.
7. Niewystarczające działania edukacyjne i informacyjne dotyczące bezpieczeństwa żywności.
8. Niebezpieczna żywność z Polski w systemie RASFF
9. Niedostatek regulacji prawnych dotyczących wprowadzenia na rynek nowych produktów oraz nadzoru nad stosowaniem dodatków do żywności.
10. Brak obowiązku stosowania systemu „inteligentnego” etykietowania żywności.

Jak urzędnicy będą się zajmować energią tak jak żywnością to będą wyłączenia prądu !

 Chiny produkują ponad 70% metali ziem rzadkich w świecie. Są one bardzo ważne w nowych technologiach. Największym ich odbiorca jest Japonia a po niej USA, Korea Poludniowa, Holandia i Włochy co pokazano na rysunku. Jednak nawet metale ziem rzadkich wydobywane i produkowane za granicą są wysyłane do Chin w celu ostatecznego przetworzenia i rafinacji. Może będą  budowane są nowe zakłady rafinacji w USA, ale wyzwaniem jest wpływ na środowisko naturalne bowiem procesy są uciążliwe środowiskowo. Chiny są liderem (!) w tej ważnej  technologii i nie eksportują jej. 

W Stanach Zjednoczonych ( i w świecie ) nakład energii na pozyskanie jednostki nowej energii jest coraz większy.
Produkcja Biodiesla z oleju roślinnego i alkoholu etylowego z kukurydzy lub trzciny cukrowej są bliskie nonsensu lub są skandalicznym nonsensem. Także przetwarzanie łupków bitumicznych ( Tar Sands czyli smoły piaskowe ) i produkcja ogniw fotowoltaicznych są bardzo energożerne.
Stąd słuszny pomysł aby kompletne procesowo zakłady produkujące panele fotowoltaiczne miały własne elektrownie słoneczne i wiatrowe co m.in. pozwoli uniknąć krążenia energii po sieciach energetycznych i stwarzania fałszywego wrażenia ze energia elektryczna z paneli jest Ekologiczna. 

W dziedzinie surowców naturalnych sprawy zmieniają się bardzo powoli lub wręcz wszystko z grubsza wiadomo od dekad. Fragment tekstu autora z lat osiemdziesiątych:
„W katastroficznej ksiazce "Granice wzrostu" ( okreslanej jako raport Klubu Rzymskiego z 1972 roku ) na podstawie statycznej teorii zasobow Malthusa rozszerzonej ponad zywnosc zawarto pesymistyczne prognozy szybkiego wyczerpania zasobow naturalnych przez rozwijajaca sie eksponencjalnie gospodarke swiatowa. Statyczna teoria jest w sposob oczywisty nieprawdziwa bowiem ciagle odkrywane sa nowe poklady zasobow naturalnych. Bledne jest stosowanie binarnej zmiennej 1/0 "wyczerpanie" w sytuacji gdy tylko nowo ekspoatowane  zloza sa trudniejsze i kosztowniejsze w ekspoloatacji, takze wegla kamienengo w Polsce. Definitywne wyczerpanie moze kiedys nastapic ale wczesniej dekadami surowce beda po prostu drozec w miare wzrostu geologicznych trudnosci eksplotacji wyczerpywanych zloz i udostepniania nowych.  N.B. Pionierzy technologii ponoszacy potezne koszty opracowania i wprowadzenia nowych technologii maja premie z eksploatacji najtanszych w pozyskaniu zloz zasobow natury.  
Troche racji jest natomiast w ostrzezeniach przed zatruwaniem srodowiska naturalnego a zwlaszcza atmosfery i wody.
Wniosek z "raportu" jest bardzo prosty i jak zawsze z Zachodem z podtekstem rasistowskim. Podly neokolonializm zastapil kolonializm. Skoro uprzywilejowana garsta mieszkancow Ziemi czyli Zachod ( USA + Europa Zachodnia i Japonia ) i troche z bloku socjalistycznego juz mocno nadwyrezaja zasoby naturalne Ziemi to nie wolno dopuscic do wzrostu gospodarczego miliardow biedakow.  W tym kontekscie Polska  zredukowana do proponowanych 15 mln mieszkancow jest "wlasciwa".  Mieszkaniec Indii konsumuje pojedynczy procent ropy, gazu i elektrycznosci tego co Amerykanin.
System neokolonialny prawie za darmo eksploatuje zasoby naturalne III Swiata. Za wiekszosc dolarow z duzego eksportu ropy naftowej ksiazeta Arabi Saudyskiej kupuja amerykanskie obligacje czyli troche "papieru" i bezuzyteczna ale bardzo droga bron. Za to zolnierze  USA w Arabi zapewniaja bezpieczentwo rzadzacej "dynasti" i strzega przed zamachem stanu. Jednak taka sama legitymacje do rzadow czyli kradziezy ma wiele innych tamtejszych "dynastii" Oczywiscie udana okupacja Afganistanu i dalsza ekspansja ZSRR w regionie wykluczaja rzady USA na Bliskim Wschodzie. Zwiazek Radziecki nie moze sobie tam poczynac militarnie za swobodnie bo dojdzie do otwartej wojny z Zachodem. Bledem byla i jest  inwazja na Afganistan niewielkimi srodkami w sytuacji gdy USA dostarczaja walczacym analfabetom broni przeciwpancernej i rakiet przeciwlotniczych aby jawnie nie walczyc z ZSRR a przez posrednika. 
W jaki sposob Zachod blokuje rozwoj gopodarczy i spoleczny III Swiata ? Korumpowanie rzadow dla prawie darmowej eksploatacji zasobow naturalnych pozbawia kraje srodkow. Po rabunkowej eksploatacji pozostaje zniszczone srodowisko. W kopalniach eksploatowane sa nawet dzieci. Przewroty palacowe czyli zamachy stanu dla obsadzenia poslusznych marionetek. Prowokowanie niepokojow i wojen etnicznych oraz religijnych. Korupcyjne "zadluzanie" krajow i marnowanie pozyczek - ten dywersyjny sposob zastosowano tez w stosunku do Polski i Rumunii.  Bardzo droga sprzedaz broni za lapowki. I tak dalej. ”

Polska ma bardzo poważny problem z zanieczyszczeniem powietrza. Rejestrujemy najwyższe stężenia pyłu PM2,5 i benzopirenu spośród wszystkich krajów UE a czasem świata.
Według międzynarodowego rankingu IQair 11 stycznia 2022 roku o godz. 21 Wrocław znalazł się na pierwszym miejscu najbardziej zanieczyszczonych miast świata, wyprzedzając miasto Lahore w Pakistanie oraz Wuhan w Chinach. Pomiary jakości powietrza w stolicy Dolnego Śląska pokazywały, że skażenie pyłem PM2.5 wyniosło 86 µg/m3 (344 % normy), natomiast skażenie PM10 - 186 µg/m3 (465 % normy). Kolejnego dnia pakistańskie miasto Lahore znalazło się na szczycie tego niechlubnego rankingu, ale Wrocław zajmuje drugie miejsce i ponownie wyprzedza takie miasta jak Dhaka w Bangladeszu, czy Wuhan w Chinach. PM 2,5 to pył zawieszony o średnicy nie większej niż 2,5 µg, który przez Światową Organizację Zdrowia jest uznawany za najbardziej szkodliwe dla człowieka zanieczyszczenie atmosferyczne. Długotrwałe narażenie na jego działanie skutkuje wzrostem zgonów na choroby układu oddechowego i krążenia.
Za niebezpieczny uznawany jest także między innymi PM10, czyli mieszanina zawieszonych w powietrzu cząsteczek o średnicy nie większej niż 10 µg. W jego skład mogą wchodzić toksyczne substancje jak benzopireny, dioksyny i furany

Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska Politechniki Warszawskiej
w 2021 roku przeprowadził kontrolne spalania Ekogroszku w nowoczesnym, drogim, automatycznym  ( rynkowym) piecu najwyższej 5 klasy. Bardzo wysokie było stężenia pyłu całkowitego w spalinach,  znaczna emisja tlenku węgla i tlenków azotu, a w niektórych przypadkach również rakotwórczego benzopirenu, którego w ogóle miało nie być. Sytuacja ze starszym kotłem jest gorsza a co dopiero z kopciuchem ! Zawartość popiołu wynosiła niemal 15% zamiast 7%, a wartość opałowa węgla była niższa o prawie 2 MJ/kg niż powinna.
Rząd chce podnieść normy jakościowe węgla, którym pali się w domach, ale branża górnicza zareagowała groźbami i wściekłością. Nowelizacja rozporządzenia ma zwiększyć jakość ekogroszku i pozbawić go fałszywego przedrostka "eko".    

Chiny otwierają lub "odmrażają" 70 przymkniętych kopalni węgla ( głownie odkrywki ), "zwolniły" z "cła" australijskie węglowce i podpisały duże kontrakty na dostawę węgla. Australia uruchamia 3 nowe, przeogromne odkrywki.
Indie budują nowe kopalnie węgla o wydobyciu ponad miliard ton rocznie ( dla porównania najwięcej wydobywają Chiny około 3.5 mld ton, a największy eksporter Australia teraz wydobywa około 450 mln z czego 300 eksportuje). Indie "zajęły się" również Nigeryjskimi szybami naftowymi Chcą doprowadzić do trzykrotnego zwiększenia wydobycia ropy.

Co do modernizacji energetyki i w ogóle modernizacji. Trzeba serfować na fali a nie na nią krzyczeć, obrażać się, wygrażać jej i modlić się nie wiadomo o co i po co.

Zmniejszenie konsumpcji energii wymaga sektorowego obniżenie poziomu życia. Rzecz w tym aby ten poziom obniżyć jak najmniej czyli optymalnie a całościowo w ogóle nie obniżać a podwyższyć.
Uwzględniając zużycia paliw kopalnych do produkcji energii elektrycznej, szybkie pociągi emitują średnio około jednej czwartej mniej gazów cieplarnianych na pasażerokilometr liczony w linii prostej do celu niż samoloty przy założeniu pełnego wypełnienia samolotu i pociągu.  Różnica jest mała a dodatkowo przeciętnie samoloty są mocniej wypełnione niż pociągi !  Dodatkowo to wyliczenie nie bierze pod uwagę emisji związanych z budową i utrzymaniem kolejowej  infrastruktury, które są ogromne. Niskie emisje szybkiego transportu kolejowego są głupim mitem. Optymalnie kolej powinna sprawnie obsługiwać aglomeracje i trasy między nimi. Na długi dystans całościowo zawsze lepszy jest samolot.
Krótko mówiąc trzeba ograniczyć lotnicze podróże wakacyjne na dystansach wielu tysięcy ( nawet 15 tysięcy w jedną stronę ) kilometrów. Wystarczy sensownie opodatkować paliwa lotnicze.
Wiele dalekich podróży służbowych jest po prosto zbędnych w epoce internetu gdy rutynowo przesyła się skany, fotografie i filmy oraz on – line dyskutuje godzinami. 

Dobre drogi oszczędzają czas kierowców i pasażerów, paliwo i samochody. Toteż optymalizacja inwestycji drogowych w ramach zintegrowanego systemu transportowego państwa i całej UE  jest bardzo ważna. 
Generalny pomiar ruchu drogowego w Polsce odbywa się mniej więcej co pięć lat. GDDKiA w listopadzie 2021 opublikowała wyniki generalnego pomiaru ruchu.  Pomiary prowadzone są w Polsce już od ponad 20 lat. Kolejne pomiary ruchu wskazują, że drogi ekspresowe generują ruch, a nie tylko przejmują ruch istniejący. Jest to zjawisko znane w świecie od bardzo dawna.
Na trasach S8 i S2 przez Warszawę, autostradą A4 oraz trasą S86 koło Katowic  jeździ najwięcej samochodów w Polsce. W ostatnich pięciu latach ruch w niektórych miejscach wzrósł kilkukrotnie
Drogi krajowe w Warszawie są najbardziej obciążone w całej Polsce z ruchem do 200 tysięcy pojazdów na dobę lokalnym i tranzytowym razem.
Ale GDDKiA bez sensu topi cenne, deficytowe  miliardy w mało uczęszczane odcinki ViaCarpatia na wschodzie. W imię politycznych mrzonek.  Drogą nr 16 w stronę przejścia z Litwą dziennie jedzie zaledwie około 1,8 tysiąca aut.

Państwo zawodzi całkowicie w swoich zadaniach.
Nadal generalnie brak jest sensownej komunikacji miejskiej.
Obwodnica Warszawy przebiega przez środek miasta i nie jest domknięta.
Astronomiczne ceny mieszkań i najmu w miastach wypychają pracujących w dużych miastach na dalekie przedmieścia.

W Polsce wszystko co nowoczesne i rentowne należy do zagranicy. Organ NBP www.obserwatorfinansowy.pl zachwyca się napływem obcego kapitału do Polski. Tymczasem wszystko wskazuje na to że działa on destabilizująco (m.in. nadmierny wzrost akcji kredytowej oraz powstawanie nierównowag makroekonomicznych i finansowych ) na systemy a jego wpływ na modernizacje jest kontrowersyjny.
Bliższe przyjrzenie się danym wskazuje że po prostu reinwestowane są zyski z wcześniejszych inwestycji i odbywa się to kosztem lokalnej akumulacji wszelkiego kapitału.
Chora gospodarka daje chorą politykę bowiem tylko WŁASNA gospodarka jest fundamentem siły politycznej i militarnej. To wyjaśnia dlaczego Polska bez własnej gospodarki będąc rozmiarem średnim krajem jest tak pomiatana w stosunkach międzynarodowych.

Media informują że koncern koreański, włoski, niemiecki … zbudują polskiej firmie nową fabrykę lub linie produkcyjną. Realnie informacje takie powinny być podawane w tonie żałobnym świadcząc o braku własnej nauki i technologi oraz sponsorowaniu obcych inżynierów, techników i robotników. 

Mimo upływu lat regulator PI a rzadziej PID dalej jest wołem roboczym automatyki. „Szum procesu” często wyklucza stosowanie regulatora PID i trzeba poprzestać na stosowaniu PI. Oczywiście każdy kto realnie używa w nowym projekcie regulatora PID wielokrotnie zetknie się z nieprzyjemnym „szumem procesu”. Autor był wielokrotnie nieprzyjemnie zaskoczony tym że ten temat w Polsce jest kompletnie nieznany ale w Chinach jest znany doskonale.
Wyszukiwarki Google, Yahoo..na frazę ("process noise" PID) dają dziesiątki tysięcy linków ale na ( „szum procesu” PID) otrzymujemy nieliczne linki tylko w kontekście filtru Kalmana.
Słabnące Yahoo dając 26 100 rezultatów od razu daje cytat z pierwszego linku:
„Noise is a major stumbling block for Derivative and PID Control as production data is routinely replete with process noise and other sources of variability. The use of PID Control in such an environment can drive frenetic changes in a loop’s Controller Output (CO) and unnecessarily wear out the associated Final Control Element (FCE). ”

Tekst archiwalny z lat osiemdziesiątych zachował aktualność:
„Badania pokazuja, ze znaczna czesc regulatorów PID w wielu zastosowaniach "pracuje" tylko w modzie Manual  a duza czesc jest niewlasciwie nastrojona lub pracuje z  nastawami fabrycznymi czyli jest nienastrojona w ogole i nie podjeto nawet proby strojenia. Tylko czesc ukladow regulacji ciaglej pracuje wiec satysfakcjonujaco.
Wedlug szacunkow ponad 95% obiektow regulacji jest wzglednie "latwych" i nadaje sie do stosowania regulacji PI - PID.
Typowymi trywialnymi powodami niepowodzenia ciaglej automatyzacji sa:
-Zle ustawienie regulatorow lub nieprawidlowa konfiguracja lub typ
-Zly dobor rozmiaru serwozaworu i jego charakterystyki czy innego organu wykonawczego i ich aktuatorow
-Duze zaklocenia sygnalow z sensorow ( nie mylic z zakloceniami procesu ) szczegolnie przy stosowaniu  kontrolerow cyfrowych i generalnie szumy procesu

Nie trywialnymi powodami niepowodzen automatyzacji ciaglej sa:
-Zbyt duze interakcje w obiekcie wielowymiarowym MIMO miedzy sterowaniami i wyjsciami bez zastosowania odpowiedniej konfiguracji systemu regulacji .
-Nie zastosowanie regulacji kaskadowej tam gdzie moze ona zredukowac zaklocenia i nieliniowosci
-Brak eliminacji zaklocen. Czesto mozliwej i latwej do wykonania
-Wadliwa konstrukcja urzadzenia procesowego ktore daje duze szumy w mierzonej wartosci i za duze opoznienia.
-Zlekcewazenie nieliniowosci obiektu. Polskie bloki energetyczne cechuje silnie oscylacyjna odpowiedz na zadana moc. Glownym powodem tego jest zleckewazenie silnej nieliniowosci procesow w przegrzewaczu
-Zla koordynacja regulatorow pracujacych w kaskadzie
-Nie zastosowanie prostej, oczywistej regulacji adaptacyjnej gdy parametry dynamiczne obiektu a zwlaszcza wzmocnienie mocno sie zmieniaja w znany sposob
-Stosowanie petli regulacji tam gdzie lepsza jest praca w petli otwartej ale z kompensacja lub eliminacja zaklocen
-Stosowanie do obiektow calkujacych zwyklej regulacji PI - PID co skutkuje poteznymi przeregulowaniami gdy trzeba zastosowac omowiona specjalna konfiguracje regulatora PI
-Wadliwa konstrukcja obiektu regulacji nie bioraca pod uwage wymogow regulacji. Koncerny projektujace obiekty od razu biora pod uwage ich regulacje w swojej kompletnej instalacji
-Wadliwa sekwencja startowa z wadliwa zmiana konfiguracji pracy.

Praktyczni Niemcy ( pionierska rakieta V2 juz miala elektromechaniczo - elektroniczny system sterowania z niewieloma  lampami elektronowymi ! ) stworzyli proste metody optimum modulu / symetrii wraz z aparatem pojeciowym. Ale nadaja sie one scisle "tylko"  do serwomechanizmow. Ale wnioski maja szerokie zastosowanie. Nowoczesna optymalizacja regulatora PI do obiektu calkujacego prowadzi do filtru wygladzajacego wartosc zadana lub do rownowazanego specyficznego regulatora gdzie w sygnale bledu do czesci proporcjonalnej jest wzieta tylko czesc ( 0.4-0.5, w regulatorach jest tez spotykane 0 ) sygnalu zadanego.
Prostackie podrecznikowe analizy regulacji  PID zajmuja sie swiatem absurdalnie uproszczonym i realnie nieistniejacym.

Akcja aktuatora ma czesto swoja cene. Na przyklad przestawiany zawor stopniowo sie zuzywa razem z kompletnym serwo napedem i koszt moze byc znaczny w przypadku duzego silnie obciazonego zaworu z silnym aktuatorem. Gdy sterujemy grzalke elektryczna pieca kosztem sa cykle termiczne ograniczajace zywotnosci i male mruganie zarowek bedace skutkiem zmian poboru mocy.
Totez w  teorii regulacji wskaznik jakosci regulacji powinien zawierac dodany koszt akcji sterujacej.

Przy spadku jakosci regulacji, bez uwzgledniania kosztu akcji sterujacej, o 2% typowy czas probkowania dla programowych ( cyfrowych ) ukladow regulacji ( Process Control Sampling Times ) cisnienia wynosi 1-5 sekund, przeplywu 1-3, poziomu 5-10, a temperatury 10-20 sekund. Im czas probkowania jest dluzszy tym rzadziej dziala aktuator ale spada jakosc regulacji. Stad wymienione kompromisowe "2%" nie jest przypadkowe. Dodatkowo przy malych interwalach czasu  trudniejsze jest poprawne programowe wyliczenie akcji rozniczkujacej. Tak dlugie czasy probkowania sygnalow przy czestotliwosci zaklocen sieciowych 50/ 60 Hz sygnalu sensorow, sprawiaja ze sa one bardzo szkodliwe. Totez gdy procesor ma duzo wolnego czasu filtruje - usrednia sie wiele szybkich probek z przetwornika A/D. Zaleta przetwornikow z podwojnym calkowaniem jest bardzo wysokie tlumienie zaklocen sieciowych przy odpowiednim wyborze czasu calkowania czyli  przetwarzania. Innymi zaletami jest niska cena i wysoka dokladnosc przetwarzania A/D. Ich powolne na tle innych przetwornikow dzialanie ( do 20 SPS ) nie jest w typowych ukladach automatyki zadna wada.  Realizacja czesci analogowej przetwornika calkujacego w technologii CMOS jest prosta. Rozdzielczosc 15-16 bitowa bez trudu uzyskuje sie w metodzie potrojnego ( takze poczwornego ) calkowania niewiele bardziej skomplikowanej od podwojnego calkowania. Metoda ta pozwala zmniejszyc wymagania na pasmo wzmacniacza operacyjnego integratora i czas odpowiedzi komparatora. Od lat jest stosowana w woltomierzach cyfrowych rozdzielczosci 5 1/2 i 6 1/2 cyfry. 
Sensory maja czasem  filtry dolnoprzepustowe, o wybieranej czestotliwosci, do oslabienia szumow z obiektu.    

Bardzo duze problemy stwarzaja z reguly szumy procesu silnie wzmacniane rozniczkowaniem D w regulatorze PID. Szum w petli regulacji oznacza sume szumu procesu, szumu sensora i jego kondycjonera oraz szumu samego regulatora.
Przed filtracja najlepiej jest zrozumiec istote i zrodla szumu oraz sens filitracji a nade wszystko minimalizacji szumu procesu.
Znanych jest  okolo 30 rodzajow sensorow  mierzacych wszelkie wartosci procesowe. Kazdemu procesowi z zastosowanym sensorem odpowiada specyficzny szum procesu i jego zrodla.
Najczestszymi w uzyciu sa sensory  Temperatury i Cisnienia.  Za zrownywanie sie temperatury sensora z temperatura jego otoczenia odpowiada przejmowanie ciepla na granicy osrodkow i przewodzenie meterialow. Gdy szybki sensor temperatury umiescimy we wlaczonym elektrycznym czajniku do wody zobaczymy calkiem spory szum procesu nagrzewania i pomiaru temperatury wynikajacy z cyrkulacji podgrzewanej wody. Szybki sensor (o malej filtrujacej pojemnosci cieplnej ) pokaze nam szum pomiaru temperatury powietrza w pomieszczeniu wynikajacy z cyrkulacji wymuszonej grzejnikami ale tez poruszaniem sie ludzi i ich emisja ciepla czy przeciagiem.
Totez gdy chcemy ustalic jakie sa szumy toru pomiarowego z sensorem RTD PT100 ( a jeszcze lepiej roznicowo kilkoma takimi lub innymi sensorami ) umieszczamy go / je  w izolujacym styropianie w zamknietym pudle, ktore zamykamy w szafie. Alternatywnie zamist sensorow PT100 mozna dac dla testu stabilne rezystory o wartosci odpowiadajacej wybranej temperaturze.
Kwadraturowy optyczny impulsowy sensor kata do maszyny CNC lub robota przemyslowego ma skwantowany pomiar kata wprowadzajac procesowy szum pomiaru kata. Mozna go zmniejszyc tylko zwiekszajac rozdzielczosc sensora. Oczywiscie trzeba wykorzystac informacje z kazdego zbocza obu sygnalow kwadratury majac 4 impulsy na okres. Im mniejsza jest szybkosc napedu tym relatywnie wiekszy jest szum tego procesu - pomiaru. Kazdy szum procesu ma swoje wlasne widmo i teoretycznie optymalny sposob filtracji.
Bardzo uzyteczne w wielu zastosowaniach sa wagi z mostkami tensometrycznymi z ktorych sygnal ma niestety szumy. Jesli umiescimy cztery elementarne sensory mostka tensometrycznego pod rogami platformy pomiarowej to pomiar jest malo czuly na miejsce przylozenia ciezaru na platformie  i jego zmiany. Gdy na wadze dla ludzi stoi czlowiek z mocno bijacym sercem po duzym wysilku fizycznym to puls serca czyli przypieszenie ( = sila ) masy tloczonej krwi widziany jest w sygnale ciezaru. Pulsacje osiagaja 1% ciezaru ciala ale normalnie bez wysilku sa 3 razy mniejsze. Pochodzace z Greki slowo  Ballistocardiograph jest od  “ballein” czyli wyrzut, wtrysk (chodzi o krew ) i “kardia” czyli serce. Chociaz w stabilnym niskoszumnym systemie wagi sygnal EKG za filtrem gornoprzepustowym jest dobrze widoczny to zdecydowanie lepszy jest jednak zwykly system EKG z elektrodami na ciele pacjenta. W dokladnej elektronicznej wadze dla ludzi szkodliwe dla pomiaru pulsacje musza byc odfiltrowane analogowo lub programowo. Oczywiscie postaje problem z szybkoscia ustalania sie filtru dolnoprzepustowego  i najlepsze - najszybsze  sa filtry o przelaczanych stalych czasowych, zarowno analogowe jak i programowe. 
Gdy dokladnie ( na przyklad z towarem handlowym, na oponach nie moze byc blota ! ) wazymy stojaca ciezarowke trzeba szumy odfiltrowac. Najlepiej gdy miejsce jest osloniete i wiatr nie popycha ciezarowki. Uzyteczny w tym zastosowaniu moze byc dokladny calkujacy przetwornik ADC z dlugim 1-2 sekundowym okresem calkowania sygnalu. Alternatywnie konieczna jest filtracja programowa i filtr antyaliasingowy przed przetwornikiem ADC.      
Roznicowe sensory cisnienia stosowane sa takze  w zastosowaniu do pomiaru przeplywu jako roznicy cisnien przed i za przewezka i do hydrostatycznego pomiaru poziomu z bezposrednim kontaktem z cisnieniem medium ze zbiornika i posrednim, pomocniczym  z rownowazaca "izolacja" powietrzem z instalacji  sprezonego powietrza, ktorego zuzycie jest znikome. Juz znaczne zmiany cisnienia ( spowodowane aktywnymi odbiornikami ) w instalacji sprezonego powietrza przekladaja sie na wzglednie male szumowe zmiany cisnienia sensora  w tym pomiarze poziomu.
W przypadku pomiaru cisnienia szum procesu powodowany jest  przede wszystkim przez  nielaminarny przeplywu cieczy. Szum wprowadza nawet za bliskie przed sensorem prostokatne zalamanie rury z ciecza. Pulsacje cisnienia i przeplywu wprowadzaja kompresory tlokowe.
Przy pomiarze cisnienia hydrostatycznego czyli poziomu cieczy w zbiorniku mieszadlo powoduje powstawanie fal ze szczytami i dolinami, ktore jednoczesnie sa zakloceniami dla sensorow poziomu radarowych, ultradzwiekowych i podczerwonych IR.  Silne turbulencje powstaja w czasie napelniania zbiornika a w czasie oprozniania zbiornika moze powstac zaklocajacy wir.
Poziom cieczy mierzony radarem, ultradzwiekowo i podczerwienia IR zakloca powstajaca przy mieszaniu w zbiorniku piana, mgla i opary oraz kondensacja. Szumy daja tez bable, rozbryzgi i  chlapania.
Problem z pomiarem hydrostaycznym powoduje gromadzacy sie mul i osady o innej gestosci niz homogeniczna ciecz procesowa w zbiorniku .
Poziom cial stalych mierzony radarem, ultradzwiekowo i podczerwienia IR zakloca usypany, uformowany ksztalt materialu inny od plaskiego.
Osadzanie sie materialu na elementach reaktora blisko sensora zakloca pomiary.
Slabe mieszanie w zbiorniku wprowadza szum pomiaru temperatury i opoznienie. Zmiany cyrkulacji w reaktorze czy w piecu tez wprowadzaja procesowy szum temperatury.
Generalnie wszystkie procesy z gazami i cieczami maja szumy zwlaszcza z oboma fazami jednoczesnie jak w duzej kolumnie destylacyjnej.
Sygnal z sensora przeplywu bardzo czesto ma za duze szumy do poprawnej pracy systemu.
Sygnal z sensora  pH jest wysokoimpedancyjny i bardzo delikatny czyli podatny na zaklocenie elektryczne. Sa w nim tez widoczne fluktuacje stezenia substancji. Uklad wspolpracujacy z sonda pH musi byc doskonale izolowany od wszystkiego ! Sygnal analogowy i binarny ( z przetwornika V/F lub V/T ) lub cyfrowy z ADC  tego ukladu mozna przeslac izolujacymi transoptorami lub transformatorkiem lub transformatorkami. Moc do izolowanego zasilania pochodzi z prostownika z miniaturowego transformatorka impulsowego. 
Zaklocenia pomiaru wprowadzaja tez rezonanse mechaniczne i wibracje.
Zatem o niskie szumy procesu nalezy dbac konstruujac automatyzowane urzadzenie ! W tej dziedzinie wielkie koncerny budujace cale obiekty maja miazdzaca przewage nad konkurencja produkujaca osobno elementy systemu produkcyjnego.
N.B. W stacji pogodowej trzeba odflitrowac na przyklad podmuchy wiatru i zmienne natezenie promieniowania  Slonca przeslanianego chmurami.

Szum wprowadza tez uklad elektroniczny sensora. W zakresie malych czestotliwosci przy malym poziomie sygnalu dominuje szum rodzaju 1/f wspolpracujacych wzmacniaczy operacyjnych. W przypadku termopar o mniejszych czulosciach moze byc on juz uciazliwy. Starannie odflitrowane powinno byc napiecie zasilania. Czujniki indukcyjne  wzbudzane sa sygnalem o czestotliwosci 1-10 KHz. Sygnal ten i jego harmoniczne musza byc po przetwarzaniu usuniete co jest dosc latwe. Sensory pojemnosciowe wzbudzane sa sygnalem o czestotliwosci kilkuset  KHz do 1 MHz.
Sygnal z przeplywomierza turbinkowego jest skwantowany czyli zaszumiony. Moze byc cyfrowo zliczony w okresie pomiaru  lub zamieniony na sygnal analogowy przetwornikiem czestotliwosc / napiecie F/V i dolnoprzepustowo odfiltrowany.
Wymagania na filtr mozna zmniejszyc stosujac synchroniczne probkowanie odfiltrowanego dolnoprzpustowo wyprostowanego sygnalu quasi sieciowego.

W niedbale zaprojektowanym systemie okablowania ( kable, zlacza ) istnieje przydzwiek sieciowy  50 Hz i odebrane sygnaly radiostacji. ktore na nieliniowosciach sa zdemodulowane dajac zaklocenia.

Szumy w kontrolerze powstaja przy za malej czestotliwosci probkowania,  za malej rozdzielczosc przetwarzania ADC, niedokladnej arytmetyce, przesadnie szerokim zakres pomiaru w stosunku do wartosci istniejacych w procesie.   

Na schemacie z Data Sheet ( 1986) do ukladu wzmacniacza operacyjnego LT1008 ( jest  to ulepszony uklad LM108 ) pokazano filtracje sygnalu w wagach dla ludzi. Filtr dolnoprzepustowy o stalej czasowej circa 1.5 sekundy tworzy kondensator 1 uF wraz z szeregowymi rezystora 1 MOhm i 2 K przy czym aktywny klucz moze zewrzec rezystor 1 MOhm drastycznie skracajac ta stala czasowa. Przy narastaniu sygnalu do regulowanego potencjometrem poziomu 90-99% aktywny ( Stan Niski na wyjsciu ) jest komparator #1 a gdy sygnal wyjsciowy jest wiekszy od wejsciowego komparator #2. Polaczone wyjscia komparatorow  w ukladzie Wired-OR steruja przelacznik z dioda LED i "optotranzystorem" ( sa to szeregowo polaczone fotodiody generujace napiecie dla bramki sterowanego Mosfeta ) Mosfet.  Rownie dobrze zamiast tego drogiego i niedostepnego elementu optoelektronicznego mozna jednak dodac za wyjsciami komparatorow inverter na tranzystorze NPN lub N Mosfet sterujacy JFeta w roli przelacznika. Mozna tez dodac diode LED wskazujaca na stany przejsciowe lub odwrotnie na stan ustabilizowany procesu i filtru. Trzeba jednak zwrocic uwage na to ze uklad zawsze dziala poprawnie tylko gdy komparatory maja male napiecie niezrownowazenia lub te napiecia niezrownowazenia maja okreslony znak. Dla standardowych, mniej dokladnych komparatorow,  konieczna jest modyfikacja ukladu, ktora testowana dziala poprawnie. 
W drugim kompletnym systemie roznicowy sygnal wyjsciowy z mostka tensometrycznego jest kluczami CMOS, znanej i popularnej metody "Flying Capacitor", podany na wejscie ukladu nieodwracajacego wzmacniacza A3. Dzieki temu nie jest stosowany drogi wzmacniacz instrumentalny. Kondensator 0.68 uF z rezystorem 135 K daje pierwsza  filtrujaca stala czasowa 92 ms. Uklad z kluczem przelaczajacym stale czasowe  jest bardzo podobny jak poprzedni przy narastaniu sygnalu do poziomu 99% ( staly dzielnik 100 K : 1k  ) ale drugi komparator skraca stala czasowa z 1.36 sekundy do 74 ms gdy sygnal spada ponizej malej wagi ( czyli gdy nikogo na niej nie ma ) wynikajacy z wartosci rezystorow 15 K i 25 Ohm. Podobny filtr moze wykonac programowo. Zalaczenie klucza oznacza ze trwa jeszcze proces przejsciowy i pomiar jest niedokladny. Komputer procesowy moze zapisac pomiar tylko w stanie ustalonym. Kompletny cyfrowy system pomiarowy wagi mozna wykonac w analogowo - cyfrowym ukladzie CMOS. Wagi sa szeroko uzywane w produkcji i handlu czyli jest duzy pieniadz do zarobienia.  
Koncern Analog Devices oferuje bardzo drogie moduly do wspolpracy z mostkami tensometrycznymi. Maja on wbudowany dolnoprzepustowy filtr drugiego rzedu ale dlugo stabilizujacy sie bez przelaczania stalych czasowych.
Zwrocmy uwage na to ze nie ma ogolnie zadnego genialnego szybko stabilizujacego sie filtru dolnoprzepustowego eliminujacego szumy procesu i zawsze taki szybki filtr jak omowiono, dopasowany jest do przebiegu konkretnego procesu !

 

Tory platformy kolejowej do wazenia wagonow sa przeciete aby nie przenosily ciezaru sasiednich wagonow. Cztery belki mostka tensometrycznego sa umieszczone "pod" torami , pod kolami wozkow wagonu. Wagon musi byc dokladnie ustawiony i maszynista ma kontakt radiotelefoniczny lub telewizyjny  z obsluga magazynu przyjmujacego. Ustawienie musi byc dokladne takze po to aby trzpien dla inicjacji mechanizmu przesypywania popchnal zaczep do otwarcia wagonu od dolu dla wsypania zboza z wagonu przez krate do magazynu. Gdy na platformie nie ma niczego wskazanie pomiaru powino byc zerowe i mozliwe jest autozerowane.
Koszt 50 ton zboza w wagonie moze byc znaczny szczegolnie gdy jest to importowana pszenica twarda Durum na makarony gdy zbedne sa do produkcji makaronu jajka. Takze koszt 50 tysiecy litrow oleju rzepakowego lub slonecznikowego do wyprodukowania majonezu  jest niebagatelny. 
N.B. Duza, kompletna fabryka makaronu produkujac z pszenicy oszczedza na kosztach transportu i roznych operacji oraz opakowaniach w stosunku do fabryk produkujacych  makaron z maki. 

Filtracja nie jest zadna magiczna metoda, antidotum na wady procesu i sensora. W kazdej dziedzinie profilaktyka jest o wiele lepsza niz "leczenie" W scislym sensie z filtracja mamy do czynienia w radiokomunikacji i filtracja antyaliasingowa przed probkowaniem sygnalu. Urzadzenia EKG czesto maja zalaczany filtr przeciwzakloceniowy 50 / 60  Hz ale lepiej jest zadbac o wlasciwa konstrukcje wzmacniaczy instrumentalnych na wejsciu o duzym tlumieniu sygnalu wspolnego  CMRR i podanie kasujacego sygnalu na RL czyli Prawa Noge jako ze kazdy filtr znieksztalca uzyteczny sygnal.
Specyficzny filtr z sygnalu EKG wylawia optymalny moment dla aktywacji akcji defibrylatora ale takze pomiaru czestotliwosci tetna pacjenta.    

Szum wprowadzony rozniczkowaniem zmniejsza sie w ukladzie PID dodajac filtr dolnoprzepustowy  pierwszego rzedu. Filtr ten i rozniczkowanie daja wynikowy  filtr gornoprzepustowy ! Stala czasowa filtru i rozniczkowania sa z reguly tak wybierane ze wzmocnienie tego filtru gornoprzepustowego dla sygnalu o duzej czestotliwosci  ( w stosunku do sygnalu proporcjonalnego ) czyli tez czola skoku wynosi 4-7 razy.
Dla krajowych regulatorow PID ciaglego ARC - 21 i  krokowego ARK - 21 wynosi ono C1/C2 czyli 4.7uF / 0.68uF = 6.9 raza. O waznosci roli tych kondensatorow swiadczy nadanie im tak niskich numeracji !
W regulatorze Vutronic Honeywell wzmocnienie to  wynosi C2/C55 x (R74/R75 +1 ) = 4.35 raza. Zatem filtracja zaklocen w torze rozniczkowania w Vutronicu jest mocniejsza niz w regulatorach krajowych.

RozniczkowanieARC21
Vutronic

N.B. Zaklocenie moga miec nizsza czestotliwowosc niz sygnal uzyteczny. EKG ma przelaczany normalny  filtr gornoprzepustowy 0.05 Hz eliminujacy napiecia offsetow elektrod na ciele lub gdy pacjent sie rusza lepszy jest  filtr gornoprzepustowy 0.5 Hz. W tym drugim wypadku filtr juz znieksztalca liniowo sygnal EKG i jest zlem koniecznym.

W szeroko rozumianej  telekomunikacji stosujemy selektywne filtry antyaliasingowe i mniej selektywne filtry do odciecia kanalu lustrzanego w metodzie superheterodynowej ale tylko w systemach z podzialem czestotliwosciowym FDM.   
Natomiast w automatyce czestotliwosc probkowania sygnalu jest duza na tle widma sygnalu dlatego ze wprowadzone opoznienie psuje jakosc regulacji i czeste probkowanie jest koniecznoscia  ! Zatem podejscia sa calkowicie odmienne. 
 
Sprawa filtracji jest bardzo zlozona.
W cyfrowej telefonii PCM sygnal z mikrofonu i sygnal analogowy "muzyki" ktory ma byc stworzony w standardzie CD czyli podane do przetwornika ADC podawane sa do dolnoprzepustowych filtrow antyaliasingowych. Stosowane normy podaja wprost wymagania na te filtry. W przypadku telefoni PCM wymagania sa takie same jak  dla pierwszego filtru w Telefoni Nosnej. O ile zaklocajacy sygnal aliasingu w telefoni PCM jest w tym samym kanale to w telefoni nosnej jest w sasiednim kanale.  W radiokomunikacji i Telefoni Nosnej stosuje sie przemiane superheterodynowa za ktora filtry maja wyciac sygnal lustrzany. Ale sektywnosc daje tylko filtr ostatniej czestotliwosci posrednej. Im wieksza jest selektywnosc filtru LC lub aktywnego RC  tym bardziej nieliniowa jest jego charakterystyka fazowa czyli zmienne opoznienie grupowe co powoduje liniowe znieksztalcenie sygnalu. Totez w odbiornikach TVC charakterystyke fazowa filtru LC korygowano korektorami fazowymi bowiem te znieksztalcenia powdowaly przeswity kolorowe i zabarwienia krawedzi na obrazie i tym podobne niedopuszczalne zaklocenia. Filtr LC czestotliwosci posredniej TVC zrobil sie zlozony. Wybawieniem z opresji staly sie filtry z akustyczna fala powierzchniowa SAW ( Surface Acoustic Wave) projektowane podobnie jak filtry cyfrowe - programowe. Z kolei filtry ceramiczne dla czestotliowosci posredniej dzwieku TVC 5.5 -6 - 6.5 MHz oraz radiofoni FM 10.7 MHz maja celowo dosc liniowa charakterystyke fazy bowiem nieliniowa charakterystyka przeklada sie na znieksztalcenia nieliniowe sygnalu w modulacjacji czestotliwosci FM. W systemach telefoni nosnej w filtrach do przemiany superheterodynowej stosowano filtry z rezonatowami kwarcowymi. Az do podjecia produkcji "kwarcow" metoda fotolitografi ich produkcja byla mala i byly bardzo drogie. System Telefonii  Nosnej wysokiej pojemnosci jest trudny technologicznie i krajach RWPG nigdzie go nie opanowano co skutkuje mala pojemnoscia laczy miedzymiastowych. Przestarzala i niedorozwinieta telekomunikacja chamuje rozwoj gospodarczy i spoleczny krajow.  Bell zrezygnowal z rozwoju systemow nosnych i przeszedl na cyfrowe szerokopasmowe swiatlowody. Kraje RWPG tez powinny obecnie wziac sie za swiatlowody.
Obustronnie dopasowany liltr LC z idealnych indukcyjnosci i pojemnosci w pasmie przenoszenia ma przepusic sygnal z wejscia na wyjscia a w  zakresi zaporowym odbic ( impedancja czysto urojona )  sygnal od wejscia.
Selektywne filtry LC staly sie bardzo potrzebne w powstajacej radiokomunikacji i telefoni nosnej czyli w systemach z podzialem czestotliwosci FDM . Pracownik Bell Laboratories Otto Zobel we wczesnych latach dwudziestych stworzyl ( publikacja 1923 ) teorie falowych filtrow LC o "stalym k" majacych tylko bieguny i filtrow o "stalym m" majacych bieguny i zera.
Filtry te byly jednak nieoptymalne bowiem optymalnych nikt nie potrafil stworzyc a Bell Laboratories mial najlepszych naukowcow swiata i stajnie Noblistow. 
Przelom przyniosly jednak dopiero prace genialnego Noblisty Sydneya Darlingtona, oczywiscie z BL. Podzielil on zadanie na dwie czesci. Na (1) matematyczna aproksymacje pozadanej charakterystyki filtru i (2) synteze filtru ze znanej matematycznej transmitancji prototypu.  Matematyczna teoria aproksymacji znala juz aproksymacje Butterwortha, Bessela, Czebyszewa pierwszego i drugiego rodzaju, eliptyczne i inne. Ze znanej transmitancji wybranego matematycznego prototypu filtru metoda syntezy Darlingtona tworzy sie filtr LC. Pojawienie sie komputerow gwaltownie spopularyzowalo ta metode i metody stalych k i m w cywilizowanym swiecie dawno juz porzucono ale w Polsce sa nadal wykladane a nowoczesne metody sa nieznane. Po prostu nie stworzylismy systemow telefoni nosnej i radiokomunikacji specjalnej kupujac za "dolary" zachodni sprzet. Algorytm syntezy filtru LC z transmitancji jest zle uwarunkowany numerycznie i prosty - naiwny algorytm daje zle wyniki ale poprawny algorytm nie jest skomplikowany.  
Filtr aktywny RC tworzy sie stosujac kaskade filtrow II rzedu. Transmitancje prototypu filtru trzeba rozlozyc na pary biegunow ( i ewentualnie zer ) dla poszczegolnych filtrow kaskady. Dla czesci aproksymacji bieguny i ewentualnie zera sa od razu znane analitycznie. Im wieksza jest selektywnosc filtru tym wieksza jest dobroc par biegunow i trudnosc w realizacji fizycznej filtru !
James J. Spilker, Digital Communications by Satellite, Prentice Hall 1979,  w zalaczniku dal wykresy charakterystyk czestotliwosciowych i fazowych ( plus opoznienie grupowe )
popularnych matematycznych prototypow filtrow roznych rzedow. Z filtrow bez zer, tylko z biegunami,  najlepsza selektywnosc maja fitry Czebyschewa a potem Butterwortha a najgorsza Bessela. Ale w takiej tez kolejnosci te filtry liniowo znieksztalcaja sygnaly. Czarna rozpacz ! Filtracja zaklocen nastepuje za cene degradacji samego pozadanego sygnalu w kanale. Znieksztalcenia te sa straszne i widzac je na ekranie oscyloskopu mozna mniemac ze filtr jest wadliwy ale niestety tak jest. Zas niedoskonaly korektor fazy jest nieomal  tak samo skomplikowany jak filtr !
Totez w dziedzinie przesylania  sygnalow cyfrowych filtry SAW o bardzo malych znieksztalceniach fazy sa prawdziwym dobrodziejstwem szeroko otwierajacym droge do masowej cyfrowej radiokomunikacji naziemnej i satelitarnej. Na Zachodzie juz nadawany jest razem z sygnalem telewizyjnym sygnal cyfrowy Teletekstu.  
W telefonii PCM antyaliasingowe filtry aktywne sa wypierane przez filtry z przelaczanymi pojemnosciami wykonanymi w technologi NMOS a ostatnio i CMOS.

Dla sprawy szumow rozniczkowania w regulatorze PID najwazniejsze jest to ze kazdy filtr wprowadza opoznienie i to w dodatku rozne dla widma skladowych sygnalu znieksztalcajac go liniowo.
N.B. Znieksztalcenia nachalnie kojarza sie przede wszystkim ze znieksztalceniami nieliniowymi lub intermodulacjami dla sygnalow zlozonych!
Spora popularnosc  zdobyl w automatyce model procesu zlozony z  inercji o stalej czasowej Tm z opoznieniem Td. Im wiekszy jest stosunek czasu martwego Td do inercji Tm tym trudniejszy w regulacji jest ten model - obiekt. Filtracja szumow jeszcze powieksza czas martwy  Td i obiekt jest jeszcze trudniejszy w regulacji ! Dla calego obszaru kombinacji wartosci Tm i Td regulator PID z filtracja ( wzmocnienie wynikowego filtru gornoprzepustowego 6 razy ) daje taki sam lub gorsze rezultaty niz regulator PI bez filtracji.
Wniosek z tego jest bardzo prosty. Jesli obiekt i sensor jest niskoszumny o co zadbano juz na etapie jego konstrukcji to nalezy zastosowac regulator PID ze slaba filtracja szumow. Szumy moga chciec wyjsc poza dopuszczalany zakres sygnalu wyjsciowego regulatora doprowadzajac do powstania szkodliwej nieliniowosci w petli regulacji !
Natomiast jesli wystepuja szumy to nalezy natychmiast zastosowac regulator PI porzucajac marzenia o lepszej  regulacji  PID. Zatem bezcenna jest obserwacja sygnalu z sensora na obiekcie !

Zwrocmy uwage ze krokowy regulator PID ma az podwojne rozniczkowanie ( dlatego ze aktuator jest calkujacy ) i sprawa szumow przybiera dramatyczna postac !  
W analogowych regulatorach PID  filtracja przeciwszumowa w torze  rozniczkowania przeprowadzona jest "przy okazji" dodaniem jednego rownoleglego kondensatora do rezystora sprzezenia zwrotnego. Ta praktyka w analogowych systemach elektroniki przemyslowej a nie tylko automatyki jest powszechna. Jest powszchna w elektronice w ogole.

Sprawa filtrow i filtracji ulega elityzacji w skali swiata:
-Antyaliasingowe filtry do telefoni PCM z przelaczanymi pojemnosciami sa elementem scalonego monolitycznego CoDec-a (Coder-Decoder). Produkuje je w swiecie 5 koncernow. Wyparly one filtry aktywne RC.
-Cyfrowe interpolacyjne filtry do oversamplingu w odtwarzaczach CD wraz z modulatorem Sigma Delta dla DAC produkuja 4 koncerny w swiecie.
-Projektowane podobnie jak filtr cyfrowy i produkowane technologia zblizona do monolitycznej ukladow scalonych  filtry SAW w Europie Zachodniej produkuje Siemens a w RWPG produkuje (?) ZSRR. Wielko - masowo produkuja je tylko koncerny Japonii, ktora eksportuje na caly swiat odbiorniki TVC w ogromnej ilosci. Nie ma powodu aby uwazac ze filtry SAW do nowych innych zastosowan bedzie produkowal kto inny bo wsiasc do odjezdzajacego pociagu nie jest latwo.
-Filtry cyfrowe sygnalu Video zastosowano w monolitycznych ukladach cyfrowego odbiornika TVC koncernu  ITT. Jeden producent w swiecie.
-Procesory sygnalowe ogolnego zastosowania DSP ( w szczegolnosci zastosowania militarne jak radar lub w pocisku manewrujacym  ) produkuje Texas Instruments - rodzina TMS320 i japonski NEC - uPD 7720.
-Filtry LC jednoczesnie dopasowujace elementy aktywne pracuja w glowicach TVC. Wyrafinowa glowica do odbioru CATV jest wykonana w technologi SMD z uzyciem dwubramkowych Mosfetow i czesto ukladow scalonych z gigahercowymi tranzystorami. Ilosc producentow glowic szybko spada w swiecie. Polskie licencyjne (!) glowice TVC staly sie niedorzeczne.
-Spada liczba producentow glowic do anten satelitarnych.
-Obwody dopasowujace LC i w zakresie mikrofalowym paskowe, tranzystory we wzmacniaczach mocy RF sa quasi filtrami. Wzmacniacze mocy na zakresy VHF - UHF - Mikrofale sa bardzo trudne konstrukcyjnie.  Nieliczne koncerny oferuja uklad hybrydowy kompletnego wzmacniacza mocy VHF - UHF - Mikrofale o duzym wzmocnieniu a nawet wysokiej liniowosci.
-W systemach przesylu mocy  wielkim napieciem stalym HVDC ( High Voltage DC) stosowane sa potezne filitry harmonicznych generowanych przez potezne  tyrystorowe invertery. W Europie sa za male dystanse dla ekonomicznie uzasadnionego stosowania przesylu HVDC. W gre wchodza tylko polaczenia podmorskie gdzie dlugie linie pradu zmienengo sa wykluczone z uwagi na za duza generacje mocy biernej  lub energetycznych systemow asynchronicznych wzgledem siebie co wyklucza jednak polityka Zimnej Wojny.  

We wszystkich tych przypadkach "pociag juz odjechal" i trzeba ogromnej determinacji i wielkich srodkow aby do niego wsiasc. Nawet technologiczni  liderzy Zachodniej Europy maja klopoty w mikroelektronice ktorej znaczenie caly czas wzrasta. Jak zawsze sa wygrani i przegrani kazdego wyscigu. ”


Sprawdzenie.
1.Tranzystor polowy złączowy JFet ma przy temperaturze 25 C przy Ugs=0 prąd Idss = 4.8 mA ( malejący z temperaturą ) oraz napięcie odcięcia Up=2.05 V, rosnące z temperatura. 
-Wyprowadź wzór na prąd Id JFet-a niezależny od temperatury. Jaki jest ten prąd dla tego egzemplarza tranzystora ?

2.W automatycznych systemach testowych są czasem potrzebne pomiary w ogromnym zakresie. Na schemacie pokazano amperomierz DC o przełączanych zakresach pomiaru 100 pA – 100 uA ale zakres można poszerzyć od dołu i góry. Po małej modyfikacji wyjście można podać do ADC mikrokontrolera zamiast na miernik a zamiast mechanicznego przełącznika zakresu dać multiplexer 74HC4051 sterowany mikrokontrolerem.

-Jaki jest w temperaturze 25C spadek napięcia ( pominąć prąd Ib bazy tranzystora Q2) na każdym rezystorze 549 Ohm ?
-Jaka jest zależność tego napięcia od temperatury ?

3.Na jakiej figurze geometrycznej na płaszczyźnie s leża bieguny filtru Butterwortha i w jakiej części płaszczyzny a na jakiej filtru Czebyszewa I rodzaju ?
-Na jakiej figurze geometrycznej na płaszczyźnie s leża zera filtru Czebyszewa II rodzaju ?
 
4.Jakie jest wymagane normą międzynarodową tłumienie nadawczego filtru antyaliasingowego w telefonii PCM ?


Cwiczenie.
Belki tensometryczne umieszczone w rogach pod płytą wagi łazienkowej ( użyto wagi łazienkowej z jej belkami ) połączone są w mostek tensometryczny. Mostek zasilany jest ratiometrycznie razem z przetwornikiem ADC mikrokontrolera. Wzmocniony wzmacniaczem instrumentalnym  i trochę odfiltrowany ( schemat ) sygnał z mostka podano do przetwornika ADC mikrokontrolera, który MA filtrować ( dowolny filtr IIR, FIR , medianowy, własnego pomysłu... Matlab ma programy do wyliczania współczynników różnych filtrów ) sygnał oraz dać informacje że pomiar jest stabilny i inteligentnie, ostrożnie ( niepewność informacji !) zerować pomiary gdy na pewno niczego na płycie nie ma. Skomentowany dla jasności Program w C jest niekompletny i wysyła komputerowi tylko zeskalowane ( zakres pomiaru do 150 kg ) gole próbki z ADC i zmienną binarną że pomiar jest niestabilny. Program komputera często odpytuje mikrokontroler i prezentuje wykresem informacje.
-Uzupełnij program mikrokontrolera tak aby jak najszybciej po stabilnym stanięciu na wadze dał on dokładną wagę i sygnał że jest ona stabilna. 
-Stwórz dowolny filtr środkowoprzepustowy aby komputer zamiast wykresu wagi prezentował „EKG” stojącej osoby po wysiłku