Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 193
Spis treści
1.Wydajność
2.Rewolucja ?
3.Energetyka
1.Wydajność
W minionych 40 latach pojęcie „wydajność pracy” stało się terminem propagandowym. Przykładowo osoby udające ekonomistów niezdrowo podniecają się wydajnością pracy w USA.
System gospodarczy zaopatruje społeczeństwo we wszelkie towary i usługi. Prawidłowo, wydajna praca zamienia się w bogate życie społeczeństwa.
O wydajności i poziomie życia świadczy więc:
-Długość życia
-Powierzchnia mieszkania PC
-Wyposażenie mieszkania w wodę, kanalizacje, energie elektryczną i ogrzewanie
-Konsumpcja energii przez gospodarstwa domowe PC
-Wyposażenie mieszkania we wszelkie sprzęty
-Wygląd miast
-Ilość i wiek samochodów
-Siec dróg
-Bogactwo i zdrowość diety
-Realne wykształcenie …
-Odsetek nędzarzy i biednych pracujących
Biorąc te czynniki pod uwagę widzimy że niektóre państwa Azji szybko się rozwijają a Zachód stagnuje i jego rola w świecie zmniejsza się.
Państwa dostarczają swoich usług po kosztach co pozwala stosować kreatywną księgowość i bardzo sprzyja korupcji.
Autostrady budowane kilkanaście lat temu w Polsce kosztowały więcej od budowanych obecnie mimo dużej inflacji w międzyczasie. Cena kilometra autostrady w Polsce bywała wyższa od budowanej w tym samym czasie autostrady AP7 w Hiszpanii. W Hiszpanii autostrada biegnie w trudnym terenie górzystym, gdzie drogie tunele i duże wiadukty są dość często. Oczywiście niemieckie firmy wygrywały przetargi na budowę tych autostrad w Polsce zgodnie z unijnym prawem.
Przy zbudowanej ogromnej sieci dróg i szybkiej kolei w Chinach polskie inwestycje są karłowate.
Wielkie, wydajne gospodarki potrzebują rozwiniętego systemu transportowego. Infrastrukturalne inwestycje Pasa i Szlaku są przeogromne i wielokrotnie większe niż dotąd największe inwestycje w świecie.
Nie ma realnych wdrożeń „Machine Learning itp” które wyjaśniałaby redukcję etatów. Nie ma jeszcze produktów mających związek ze zwolnieniami. Automatyzacja jest kosztowna. Dane ze świata nie pokazują jednoznacznie, że AI daje wzrost produktywności i że firmy z tego powodu zwalniają pracowników. Jest natomiast nachalny marketing sprzedawców tych produktów.
Polityka EKO kończy się utratą konkurencyjności i rosnącym bezrobociem. Europa sama podcina sobie gałąź, na której siedzi.
Bez reindustralizacji USA i zatrzymania odpływu przemysłu z Europy sytuacja Zachodu będzie się dalej pogarszać.
Jak dotychczas w historii żaden schyłkowy hegemon nie był w stanie odwrócić procesów swojego upadku i wschodu nowego hegemona. Ale USA prowadząc intensywne uprzemysłowienie mogą proces swojego upadku zatrzymać i odwrócić. Prezydent Biden zainicjował program uprzemysłowienia a kolejny prezydent Trump jeszcze te program wzmocnił. Sprawa jest niebywale skomplikowana i w najbliższych latach okaże się czy USA pokonają stagnacje i z powrotem wzmocnią swoją pozycję.
Natomiast w Europie szaleństwo się nasila i przemysł ucieka coraz szybciej. Zielone łady i inne szaleństwa ideologiczne mają swoje skutki. Od 2022 roku tempo zamykania zakładów przemysłowych ( przemysłu chemicznego, farmaceutycznego, stalowego, górniczego, szklanego, tekstylnego, cementowego, nawozowego i gazowego) w Europie wzrosło sześciokrotnie.
Propaganda podaje że Polska się (bezobjawowo) rozwija !
Wszystko to zasługa naszego premiera i nie jest prawdą, że nad łóżkami dach przeciekał! Szczególnie, że prawie nie padało! Łubu-dubu ! Niech żyje nam premier naszego klubu !
Wydajność pracy czyli produktywność pracy jest najczęściej wykorzystywaną miarą produktywności. Jest z reguły obliczana jako PKB podzielony przez liczbę przepracowanych w gospodarce godzin pracy.
Neoliberalizm i globalizacja z tradycyjnie rozumianej wydajności zrobiły kabaret.
Na realną wydajność pracy powinny wpływać: kapitał fizyczny, kapitał ludzki i technologie.
W epoce szalonego drukowanie pieniądza i finansjeryzacji oraz inflacji, „gospodarka usług” stała się wydmuszką gdzie pojęcie wydajności straciło jakikolwiek sens.
Gospodarka USA opiera się na usługach dających ponad 85% PKB. Główne sektory usług:
A.FIRE (finanse, ubezpieczenia, nieruchomości)
B.Opieka zdrowotna (18% PKB !)
C.Handel detaliczny i dystrybucja
D.Oprogramowanie
E.Usługi biznesowe (prawne, księgowe, reklamowe...)
F.Edukacja
G.Usługi hotelowe
Samo-usługą jest wartość imputowana (6% PKB) czyli hipotetyczna wartość czynszu za mieszkanie zajmowane przez jego właściciela. PKB USA jest kreatywny na wiele sposobów.
W tych usługach technologii jest niewiele lub nie ma jej wcale.
Co do FIRE. Banki z USA pożyczają światu świeżo wydrukowane dolary chociaż USA jest jednocześnie największym dłużnikiem ! Wall Street jest od dawna oderwana od realnych wycen a NASDAQ to inwestycyjne Science Fiction.
Ameryka znana jest z pieniactwa sądowego (E). Wall Street Journal podaje że ceny usług prawników wystrzeliły jak rakieta i osiągają 3400 dolarów za godzinę. Tak powstaje PKB USA !
https://www.wsj.com/business/lawyer-hourly-rate-bill-3400-807cf6ce
W okresie 2000-2025 inflacja CPI wyniosła w USA 92%. Trochę więcej (108%) zdrożała żywność i napoje.
Najbardziej zdrożały usługi szpitalne bo o aż 275 % przy czym są to dalej te same usługi. Zatem wydajność pracy spadła tam czy wzrosła ? Wzrosło papierowe PKB. Opieka zdrowotna jest w USA niebywale systemowo skorumpowana i wręcz zmafinizowana. Państwo USA nie powiększa podaży usług medycznych a wręcz ją zmniejsza co skutkuje dynamicznym rośnięciem cen. Państwo ułatwia też zadłużenie się chorych.
Potworna afera z Epsteinem pokazuje skalę korupcji w polityce amerykańskiego państwa.
Natomiast odbiorniki telewizyjne (=kapitał fizyczny, kapitał ludzki i technologie ) staniały nominalnie o 98 % czyli realnie jeszcze więcej ! To efekt ulepszenia technologi i automatyzacji masowej produkcji głównie w Chinach, Korei i Japonii. Zatem wydajność produkcji / pracy w kategoriach fizycznych wystrzeliła w Chinach, Korei i Japonii. O wydajności w USA nie można nic powiedzieć bo w USA odbiorniki telewizyjne nie są produkowane Mimo neokolonialnych inwestycji zagranicznych, produktywność w Polsce jest dalej mierna na tle Zachodu. W Polsce w roku dużo godzin się pracuje. Cena nowych mieszkań powinna uwzględniać produktywność sektora budowlanego.
Za cenę mieszkania o powierzchni 55 m2 w warszawskim bloku z czasów Gomułki lub Gierka jest ładny 97m2 apartament w Miami niedaleko plaży. Przeglądając oferty można doznać dysonansu poznawczego !
https://www.zillow.com/homedetails/5555-Collins-Ave-APT-4W-Miami-Beach-FL-33140/43885034_zpid/ Jak do polskiej produktywności i statystycznego wykształcenia mają się Wyższe Szkoły Tego i Owego ?
„Newsweek” (luty 2026) ujawnił, że w Wyższej Szkole Kształcenia Zawodowego we Wrocławiu semestr studiów podyplomowych można było zaliczyć (wydajność !) w zaledwie godzinę. Kontrola Ministerstwa Nauki nie zmieniła nic w sposobie funkcjonowania uczelni, mimo że jej wyniki były druzgocące.
2.Rewolucja ?
Gdy społeczeństwo nie chce lub nie może dłużej tak żyć nadchodzi rewolucja społeczna.
Ciężki Kryzys powoduje przesilenie, przebudowę instytucji i wymianę elit. Tworzy się nowy porządek społeczny.
Udanych bezkrwawych rewolucji było mało. Polska Transformacja Ustrojowa była totalnie nieudana. Elitom (po)komunistycznym stworzono luksusowe warunki a na prezydenta III RP demonstracyjnie wybrano zbrodniarza.
"W swojej [Karwelis] książce o elitach wskazałem, że kwestia prestiżu w elitach została rozdzielona praktycznie przy Okrągłym Stole, kiedy z trzech przejawów elitarności (pieniądza, władzy i prestiżu) postkomuniści podzielili się tak, że sami wzięli kasę, zostawili przy sobie sprawstwo władzy, zaś administrowanie, czyli publiczną odpowiedzialność przekazali solidaruchom, dając im 100% elitarności prestiżu. „Nasi” rzucili się na to jak mysz na słoninkę. Naiwniacy dostali zadanie sprzątania po komunie, misję godną czyszczenia stajni Augiasza, za którą to wkrótce Solidarność oddała władzę komunistom, bo swoim prestiżem kredytowała bankructwo autentyczności transformacji. Najgorzej, że w tym procesie głównie zużył się etos Solidarności, skoro lud zobaczył jak sobie poczynają z Najjaśniejszą ponoć jej najlepsi przedstawiciele. Prawdziwe elity pieniądza i władzy pozostały więc dla ludu nieznane i niewidoczne, na front wypchnięto więc twarzujących temu wszystkiemu solidaruchów, czyli salon, mniemaną elitę prestiżu."
Kryzysy i rewolucje związanie są z wojnami na dwa sposoby.
Następstwem Rewolucji Francuskiej były wojny napoleońskie.
Efektem przegranej I Wojny był rozpad cesarstw rosyjskiego, niemieckiego i austrowęgierskiego. Okrojono terytorialnie Niemcy a traktatem w Trianon radykalnie zmniejszono Węgry. Rewolucja doprowadziła do powstania państwa komunistycznego w dawnym imperium carów.
Efektem Wielkiego Kryzysu był m.in. wybuch II Wojny Światowej.
Zachód wojujący teraz z Rosją na Ukrainie liczył na potężne problemy Rosji i niezadowolenie społeczne a nawet quasi rewolucje czyli pałacowy zamach stanu
Ale bardziej niezadowolone są społeczeństwa zachodu zabójczymi zielonymi ładami i nielegalną imigracją. Wojna zubaża też Zachód. Niepokoje społeczne w faktycznie zbankrutowanej Francji zwalczane są w iście bandycki sposób.
Elity z definicji przewodzą rozwijającemu się krajowi i rozwiązują problemy.
Zdegenerowane elity stają się pasożytnicze. Zamieniają się w dominująca mniejszość, która za wszelką cenę chce dalej trzymać władzę. Oczywiście wykorzystują w propagandzie sprostytuowane media. Ale mass media tracą popularność. Oglądalność TVC spada. Nakład gazet spada. Nikt nie wierzy w lipne sondażownie.
Komunizm był narzucony siłą władzą mniejszości nad większością. Stalin pouczał zachodnie partie komunistyczne że przeciwnika trzeba demonizować a społeczeństwo ogłupiać – Nazwijcie ich faszystami albo antysemitami !
Teraz mamy do czynienia z zubażającym zielonym komunizmem europejskim czyli niemieckim. Polską rządzi kleptokracja.
W oczach Polaków mity założycielskie III RP są już ośmieszone a władza nie ma legitymacji.
Polsce brakuje 7.5 mln nieurodzonych dzieci i młodych dorosłych. Po prostu w III RP się nie urodziły a powinny. Nie będzie komu pracować na emerytury bezdzietnych i spłatę długów.
Zarobki w Niemczech są 2.7 raza większe niż w Polsce.
Korea która na progu III RP była biedniejsza od Polski, obecnie kolonizuje Polskę.
Mieszkańcy dużych chińskich miast już są realnie bogatsi od Polaków !
"Gniazdownicy" to osoby między 18 a 34 rokiem życia które wciąż nie opuściły rodzinnego
domu. Liczba "gniazdowników" w Polsce rośnie i jest jedną z gorszych w Europie. W Polsce to już ponad 53 %. To od tego dobrobytu 20 gospodarki świata !
3.Energetyka
Na rysunku pokazano zimową strukturę generacji energii elektrycznej w EU podczas dwóch ostatnich zim. Generacja z PV jest mała z udziałem rzędu 2%. Konwencjonalna generacja pokrywa ponad 80% całości.
Polska struktura mocno odróżnia się od struktury EU dużo większym udziałem węgla oraz dużo mniejszym udziałem hydroenergetyki i zerowym udziałem energetyki atomowej. Transformacja energetyczna będzie zatem dla Polski bardzo ciężka i niezwykle kosztowna. W systemach energetycznych z dużym udziałem OZE konieczne jest stosowanie elektrowni szczytowo - pompowych i magazynów energii z akumulatorami.
Bateryjne magazyny energii (BESS) mają udział przekraczający 15 % w zastosowaniu produkowanych akumulatorów litowo - jonowych. Pokazuje to rosnącą rolę magazynowania jako narzędzia elastyczności i efektywności systemu elektroenergetycznego. 59% światowej pojemności BESS znajduje się w Chinach.
Z nowego raportu BloombergNEF wynika że w 2025 roku uśredniony koszt przechowania energii ( magazyn bateryjny o pojemności równej mocy czterogodzinej, jeden cykl ładowanie – rozładowanie dziennie przez cały rok a więc do PV w ciepłych krajach ) wyniósł 78 dolarów za MWh wobec 107 dolarów w 2024 roku, co oznacza spadek o 27%. Ale nadal samo przechowanie energii jest droższe niż jej wygenerowanie wiatrakiem i PV. Na potwierdzającym to wykresie [za Lazard] pokazano średnie LCOE dla różnych źródeł energii w USA przy koszcie kredytu 7.7% rocznie po odliczeniu subsydiów.
Wiatraki i PV są dobre albo najlepsze po warunkiem że potrafimy bardzo tanio przechować energie ! Możliwe że dokończona zostanie budowa elektrowni szczytowo-pompowej (ESP) Młoty na Dolnym Śląsku. To inwestycja, którą rozpoczęto ponad pół wieku temu w 1973 roku. Przez kolejne osiem lat wewnątrz Zamkowej Kopy wydrążono trzy sztolnie ciśnieniowe, wykonano wyrobiska i roboty hydrotechniczne. Prace przy inwestycji przerwano w czasie stanu wojennego ( wprowadzony 13 XII 1981) z powodu braku pieniędzy. W tym czasie kasowano sporo wielkich inwestycji infrastrukturalnych co odczuwamy do dziś.
Dolny zbiornik EPS Młoty, na rzece Bystrzyca, ma pełnić jeszcze funkcje przejęcia fali powodziową o wielkości czterech milionów metrów sześciennych.
Pustynny chiński kompleks PV Talatan ma moc 16.9 GW i powierzchnie 609 km2. Instalacja około siedmiu milionów paneli słonecznych doprowadziła do zaskakującej zmiany — jałowy teren zaczął się zamieniać się w żywy ekosystem.
Początkowo park fotowoltaiczny powstał wyłącznie z myślą o produkcji czystej energii. Okazało się jednak, że rozległe pola paneli ograniczają siłę wiatru i zmniejszają parowanie wody z gleby. W efekcie warunki środowiskowe uległy poprawie, a pokrycie roślinnością wzrosło z około 1,5% do nawet 80%.
Wzrost trawy przyniósł jednak zwiększone ryzyko pożarów oraz spadek sprawności instalacji. Podniesiono więc panele do wysokości około 1,8 metra, umożliwiając wypas owiec pod konstrukcjami. Hodowla została połączona z nowoczesną energetyką. Stada owiec zjadają trawę i praca PV jest bezpieczna. Projekt daje korzyści około 18 okolicznym wioskom. Pasterze hodują dziś tzw. „owce fotowoltaiczne”, a zdrowie ponad 20 000 zwierząt rocznie monitorowane jest z użyciem dronów i identyfikacji QR.
Park nie tylko produkuje energię elektryczną. Wytwarza również wystarczającą ilość paszy, by wykarmić tysiące owiec, co realnie wzmacnia lokalną gospodarkę. Unity Power A/S, duński deweloper OZE przygotowuje się do budowy wielkoskalowej farmy solarnej Banie 2 w województwie zachodniopomorskim o mocy szczytowej 350 MW za 1 mld zł na powierzchni około 250 hektarów. Będzie to największa farma PV w Polsce. Przy chińskim gigancie to karzełek.
Błędem jest zgoda na budowę takiej farmy bez BESS bowiem gdy mocno świeci Słońce już teraz część energii nie może być odebrana. Takie farmy te problemy jeszcze pogłębią.
Francuski koncern EDF znów przesunął w czasie uruchomienie powstającej w Wielkiej Brytanii elektrowni jądrowej Hinkley Point C z dwoma reaktorami EPR. Nowy termin to 2030, o rok później niż poprzednio. Elektrownia będzie kosztować jeszcze 1,8 miliarda funtów drożej. Zatem cała elektrownia ma kosztować prawie 49 miliardów funtów w dzisiejszych cenach. Projekt, w trakcie realizacji, podrożał już ponad dwukrotnie w ujęciu realnym i znacznie więcej w ujęciu nominalnym z inflacją.
Realnie elektrownie jądrowe budują Chiny (47), Rosja i Korea. Wygłupy EDF trudno jest nawet nazwać budowaniem chyba że budowaniem po to aby wiecznie budować jak mafia.
Archiwum - Systematyka układów regulacji cd
Zachowanie obiektów regulacji w przybliżeniu opisują zestawy równań różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych. Jakość tego opisu wprost wynika z różnicy symulacji komputerowej obiektu i zarejestrowanego zachowania realnego obiektu. Ponieważ fizyka, chemia i matematyka są niezmienne, to w tej dziedzinie w ciągu minionych 50 lat analizy dynamiki przemysłowych obiektów niewiele się zmieniło.
W przypadku obiektów o wielu wejściach i wielu wyjściach MIMO popularne jest parowanie wejść i wyjść w pętlach regulacji na podstawie macierzy względnych wzmocnień – RGA (Relative Gain Array)
Wieże destylacyjne są dość trudnym obiektem regulacji. Systemy MPC (Model Prediction Control) też nie dają z nimi zachwycających rezultatów.
W czterech pokazanych przykładowo popularnych (czyli praktycznie zweryfikowanych ) schematach z jedną substancją wyjściową D (Destylat) i resztką B (Bottom czyli dół wieży to cała odprowadzana reszta z mieszaniny) zastosowano idee statycznego (!) bilansu masy lub energii. Układy z 7 regulatorami są proste ale pracują tylko ze stabilnym wejściowym strumieniem mieszanki substancji i przy zmiennym strumieniu wejściowym wymagają rozbudowy. Oczywiście realny bilans mas i energii jest dynamiczny i to kolejny powód niedoskonałości regulacji.
Bardzo ważne są dla optymalnej pracy wszystkie wartości zadane Xsp.
Rozwiązania dla dwóch substancji D są bardziej skomplikowane i trudniejsze do zrozumienia. Archiwum - PI(D) jednak na dłużej
Pneumatyczne regulatory PI pojawiły się w połowie lat trzydziestych. Po wojnie stworzono regulatory elektroniczne analogowe (kolejno lampowe, tranzystorowe, scalone) a następnie programowe DDC, regulatory mikroprocesorowe i w końcu urządzenia DCS z regulatorami PI(D) czasem z dodatkowymi modyfikacjami polepszającymi regulacje obiektów gdzie dominuje opóźnienie. Jeszcze niedawno wieszczono regulatorom PI(D) przejście do historii ale nic nie wskazuje na to aby coś mogło je zastąpić.
Skoro regulatory PI(D) jednak zostaną z nami na długo to przyjrzyjmy się dokładnie sprawie.
Od systemu regulacji i sterowania oczekujemy dobrego tłumienia obciążeń i zakłóceń (to są dwie różne rzeczy) oraz dobrej odpowiedzi na wartość zadaną i rozsądnego gospodarowania energią sterowania czyli zużyciem aktuatora.
Filtr jako punkt wyjścia.
Liderem w dziedzinie filtrów do Telefonii Nośnej, telefonii PCM i radiokomunikacji był Bell Laboratories.
Filtry dolnoprzepustowe nadawcze i odbiorcze stosowano na końcach toru Telefonii Nośnej i na końcach systemu telefonii PCM.
Początkowo stosowano filtry LC typu „m” z zerami z uwagi na wymaganą wysoką selektywność. Nie były to jednak filtry zaprojektowane optymalnie i temat projektowania filtrów cały czas drążono.
Będąca działem matematyki teoria aproxymacji przybliża funkcje inną funkcją. Dopiero genialny Sydney Darlington wpadł na pomysł jak aproxymacje (Butterwortha, Czebyszewa I i II rodzaju, eliptyczna, Bessela.. ) idealnego filtru przekształcić w transmitancje filtru i w wartości elementów drabinki LC filtru. Wraz z komputerami pojawiły się publikowane obszerne wydruki (>500 stron ) dla różnych zaprojektowanych prototypów filtrów użyteczne dla konstruktorów.
Antyaliasingowe filtry aktywne RC zastosowano w telefonii PCM a następnie w technice do Compact Disc.
Dolnoprzepustowy filtr Czebyszewa I rodzaju (bez zer) jest bardziej selektywny od filtru Butterwortha ale bardziej zniekształca impulsowo sygnał i jest bardziej wrażliwy od niego. Filtr Bessela mniej zniekształca impulsowo sygnał niż filtr Butterwortha ale ma mniejsza selektywność. Zatem aproxymacja Butterwortha jest gdzieś kompromisowo pośrodku. Jest monotoniczna w paśmie przepustowym i zaporowym. Po niewielkiej modyfikacji filtru Butterwortha 3 rzędu otrzymujemy jeden z lepszych filtrów uśredniających, które są bardzo użyteczne w fizyce, chemii... Czyli skutecznie odcinając zakłócenia, relatywnie szybko się ustalają.
Na rysunku pokazano reprezentacje transmitancji przez równanie stanu w realizacji kanonicznej dualnej bez zer. Można dodać zera ale tu nam to zaciemni sprawę. Wszystkie integratory 1/s mają stałą czasową 1. Ale można wszystkim współczynnikom Ai dać wartość 1 i wyliczyć stałe czasowe integratorów Ti. Można też jednocześnie użyć innych wartości Ai' i Ti' co jest użyteczne w innych zastosowaniach.
O ile współczynniki Ai dla filtru LP Butterwortha są liczbami rzeczywistymi i różnymi dla kolejnych rzędów filtrów to Ti geometrycznie rosną 2 razy !
Pierwszy integrator ( z A1 lub T1 umownie równe 1 ) to inercja. Aby uzyskać filtr (Butterwortha) drugiego rządu dodajemy drugi integrator ze stałą czasowa T2=2. Aby uzyskać filtr trzeciego rządu dalej dodajemy (to pętle sprzężenia zwrotnego) do filtru drugiego rządu trzeci integrator z T3=4. I tak dalej. Odpowiedzi na skok jednostkowy są następujące.Znane są jako wzory odpowiedzi.
Przeregulowania wynoszą kolejno 4.3%, 8% i 6.2%.Czasy ustalania dla pasa 5% wynoszą kolejno 4.1 , 7 , 13.6 , (z T1=1).
Gdy inercje A1 ~ T1 zastąpimy kaskadą dwóch inercji o stałych czasowych 0.5 (suma ich wynosi 1 ) to odpowiedź na skok filtru „2 rzędu” (faktycznie jest trzeciego rzędu) jest bardzo podobna i jest dobrą aproxymacją ! Gdy stałe czasowo podzielimy nierówno (suma=1) to różnice w odpowiedziach są jeszcze mniejsze.
Ale dla innego filtru niż Butterwortha różnice są dużo większe.
Te różnice odpowiedzi są jeszcze mniejsze w filtrach kolejnych rzędów. Na kolejnym wykresie pokazano odpowiedź filtru 2 rzędu i odpowiedź podobnego układu gdzie inercje A1~T1 zastąpiono opóźnieniem o takim samym czasie!Gdy damy kombinacje inercji i opóźnienia (suma ich czasów =1) to różnice w odpowiedziach są mniejsze. Ale dla innego filtru niż Butterwortha różnice w odpowiedziach są dużo większe.
Te różnice odpowiedzi są jeszcze mniejsze w „filtrach” kolejnych rzędów.
Rozumowanie to wprost prowadzi też do modelu obiektu składającego się z opóźnienia i inercji.
Wydaje się to dziwne bo przecież odpowiedzi czasowe inercji i opóźnienia są dalece różne. Różne są charakterystyki częstotliwościowe i fazowe. Ale odpowiedzi z pętla sprzężenia zwrotnego z integratorem (i dalszymi) tak niewiele się różnią.
W elektrycznym serwomechanizmie położeniowym „mała stała czasowa” wynika z częstotliwości napięcia sieciowe invertera i m zależnego od ilości pulsów lub częstotliwości modulacji PWM i częstotliwości rezonansu mechanicznego. Pętla prądu (w układzie kaskadowym Slave 2) ma odpowiedz 2 rzędu. Pętla prędkości Slave 1 to filtr 3 rzędu. Pętla położeniowa Master to filtr 4 rzędu.
Możliwe że podążaliśmy za rozumowaniem Kesslera który stworzył idee wyliczenia nastaw regulatorów.
C. Kessler w 1955 roku w niemieckim „Regelungstechnik” opublikował prostą metodę wyliczenia nastaw regulatorów nazwaną optimum modułu. Charakterystyka częstotliwościowa zamkniętego układu regulacji miała być maksymalnie płaska niczym dolnoprzepustowego filtru Butterwortha. W 1958 roku Kessler rozwinął idee i podał wzory dla obiektu całkującego a metodę nazwał optimum symetrii.
Weźmy obiekt z dominującą inercją o czasie T i „małą stałą czasową Ts”. W metodzie optimum modułu Kesslera stała czasowa integratora regulatora równa jest T co powoduje przesuniecie bieguna inercji do zera. Kaskadowo połączona inercja i regulator PI dają bowiem w efekcie „integrator”. Stała czasowo tego „integratora” ma być dwukrotnie większa od małej stałej czasowej Ts co daje wypadkowy obiekt II rzędu o dobroci Q=0.707... ( Butterworth ! ) i taki samym współczynniku tłumienia Beta. Gdy obiekt ma dwie duże stałe czasowe krótszą z nich należy skrócić akcją całkująca D regulatora PID.
Co jest zaletą metody Kesslera ?
-Charakterystyka zamkniętego obiektu regulacji II, III, IV rzędu jest znana jako że jest to filtr Butterwortha. Wiadomo jaki jest czas przeregulowania, czas regulacji i pasmo pętli regulacji.
Kilka słów o „małej stałej czasowej”. Co to jest namacalnie za tajemniczy twór ?
Przykłady:
A. Współczesny tani, standardowy monolityczny wzmacniacz operacyjny ma różnicowy stopień wejściowy z tranzystorami PNP, stopień wzmocnienia napięciowego o charakterystyce częstotliwościowej zbliżonej do integratora na tranzystorach NPN i wyjściowy komplementarny wtórnik. W taniej standardowej technologii tranzystory NPN mają częstotliwość graniczną Ft około 500 MHz. Natomiast tranzystory PNP mają na tle tranzystorów NPN bardzo małą częstotliwość. Odwrotność ich częstotliwości granicznej to „mała stała czasowa” ! Małosygnałowa odpowiedź skompensowanego wzmacniacza operacyjnego w konfiguracji o wzmocnieniu +1 ma przeregulowanie ca 5-15%.
B. Częstotliwość sieci energetycznej i ilość pulsów m komutowanego siecią prostownika -invertera wyznaczają ( patrz uwaga dalej) zastępczą „małą stałą czasową”. Gdy zależy nam na wysokiej jakości serwonapędu stosujemy dwa pełne mostki trójfazowe ( m=6 ) połączone antyrównolegle czyli łącznie 12 tyrystorów. Gdy wymagania są mniejsze dajemy m=3 i układ 6 tyrystorowy. Gdy wymagania są małe dajemy sterownik jednofazowy z m=2. Napięcie i prąd wyjściowe invertera mają pulsacje. Podanie ich wprost do regulatora PI prądu silnika powoduje pojawienie się drgań subharmonicznych w obwodzie regulacji. Pozbywamy się ich wprowadzając prosty filtr RC czyli filtr I rzędu. Oczywiście powiększa on „mała stała czasową” ale jest konieczny. Odpowiedz invertera ma opóźnienie, pulsacje i nieliniowość a mimo tego zastępcza „mała stała czasową” w projektowaniu bardzo dobrze się sprawdza !
C. Częstotliwość modulacji PWM oraz ilość swobodnych zboczy sygnału powstających przez porównanie komparatorem modulatora PWM sygnału piłokształtnego z sygnałem wejściowym ( zachodzi przetwarzanie A/D ) wyznacza „małą stałą czasowa”. Z niektórymi rodzajami modulacji PWM konieczna jest filtracja sygnału napięcia lub prądu z pulsacjami dla zapobieżeniu drganiom subharmonicznym. Odpowiedz modulatora ma opóźnienie i pulsacje a mimo tego zastępcza „mała stała czasową” w projektowaniu bardzo dobrze się sprawdza !
D. Masy i sztywność układu mechanicznego serwomechanizmu wyznaczają mechaniczne częstotliwości rezonansowe. Dla stabilizacji pętli sprzężenia zwrotnego serwomechnizmu stosuje się filtr dolnoprzepustowy ( czasem dodatkowo środkowozaporowy na częstotliwości rezonansu ) obniżający piki rezonansowe. Od razu widać co trzeba zrobić aby skrócić czas pozycjonowania głowic twardego dysku HD. Ramie z głowiczkami musi być lekkie i sztywne a materiał ( tytan się nadaje znakomicie ) musi dobrze absorbować drgania.
E. Optyczny kwadraturowy impulsowy sensor położenia w serwomechanizmie ma określoną ilość impulsów na obrót. Powoduje to efekt kwantyzacji, nieczułości i wprowadzenie szumów. Nie jest to wprost „mała stałą czasowa” ale zachodzi jak gdyby jej substytut. Serwomechanizm ma tym lepsze właściwości im sensor ma więcej impulsów na obrót.
Sprawa „małej stałej czasowej” wydaje się połowicznie wyjaśniona.
Zatem konstrukcja obiektu-procesu dyktuje dynamikę pętli regulacji. „Z pustego i Salomon nie naleje”. Ramie na którym są głowiczki twardego dysku poruszane przez serwomechanizm musi być zrobione z najlepszego materiału i faktycznie jest wykonane ze stopów tytanu. Projekt musi dać sztywne ramie o małej bezwładności, dużej częstotliwości rezonansowej i mocnym tłumieniu drgań.
Podobnie jest z ramieniem robota przemysłowego.
W przypadku reaktora /mieszalnika z mieszadłem sensor /sensory muszą być umieszczone w optymalnym miejscu. Przy niewłaściwym umieszczeniu sensora nie tylko zadziała on wolniej ale też może podać błędną informacje z dużymi szumami procesowymi.
Sprawdzenie.
Wysokonapięciowy tranzystor SiC JFet ma ponad 2 razy mniejszą rezystancje Rdson niż tranzystor SiC Mosfet ( w przybliżeniu ta sama technologia i powierzchnia ) ale Mosfet jest najwygodniejszy aplikacyjnie bowiem JFet jest normalnie z zerowym napięciem bramki w stanie ON ! W jednej obudowie można umieścić kaskodę wysokonapięciowego JFeta SiC i niskonapięciowego Mosfeta Si. Całość udanie udaje Mosfeta SiC i ma mniejszą Rdson a nawet jest lepiej bowiem driver bramki Mosfeta Si często nie wymaga ujemnego napięcia zasilania. Są to szybkie przełączniki do elektroniki mocy.
Nowe generacje tranzystorów SiC JFet mają zdumiewająco małą rezystancje załączenia Rdson. Tranzystor 4 generacji w relatywnie niewielkiej obudowie SMD o napięciu 750 V ma Rdson=4 mOhm. Są też typy na napięcie 1200 V o Rdson 8 mOhm.
Część może nie być przewidziana do roli szybkiego klucza ale do systemu „dystrybucji energii”
„Typical Applications
-Solid State / Semiconductor Circuit Breaker
-Solid State / Semiconductor Relay
-Battery Disconnects
-Surge Protection
-Inrush Current Control”
W modzie przebicia lawinowego mogą absorbować pewną energie z indukcyjności obwodu ale większe energie musi absorbować warystor.
Jako odłącznik akumulatora klucz może pracować w EV i w ładowarce DC. W małym wymiarami zasilaczu dużej mocy (centra danych) może podać/ zabrać zasilanie z ogólnego silnego obwodu mocy 400-550 Vdc bez jego wyłączenia w czasie pracy całego stojaka lub ich grupy !
Styczniki rozłączające obwody prądu stałego mają bardzo małą trwałość elektryczną a po zużyciu się, nie rozłączą obwodu co ma fatalne skutki. Czyli znakomicie te klucze SiC nadają się do systemu dystrybucji mocy. W fabryce maszyny a w tym roboty mogą być zasilane z regulowanej sieci napięcia stałego dużej mocy.
Temat wyłączników HVDC nie jest satysfakcjonująco rozwiązany nawet obecnie.
https://www.infineon.com/assets/row/public/documents/60/42/infineon-coolsic-jfet-cascode-evaluation-board-for-solid-state-circuit-breaker-applications-applicationnotes-en.pdf
-Podaj dalsze zastosowanie takich kluczy
-Na jakie największe napięcia (20 KV ?) można wykonać taki klucz SiC JFet ?
Cwiczenie
William Thomson czyli Lord Kelvin zjawisko magnetorezystancji odkrył w 1856 roku.
Zjawisko GMR Giant MagnetoResistance zostało niezależnie odkryte we Francji i Niemczech w 1988 roku. Odkrywcy otrzymali w 2007 roku za to Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Efektu GMW użyto głowicach twardych dysków od 2007 roku. Efekt GMR używany jest coraz szerzej w taniejących sensorach.
Sensory GMR mają typowo 20-30 razy większa czułość niż sensory Halla. Sensory GMR prądu (fazowego w Inverterach) są bez rdzenia i dużo mniejsze niż sensory Halla.
Trochę podobny do GMR jest nadal badany efekt Anisotropic Magneto Resistive (AMR) również używany w sensorach.
Mostek z czterech GMR /AMR jest niewrażliwy na jednorodne pole otoczenia i reaguje tylko na lokalne mocno przestrzennie zmienne pole magnetyczne na przykład magnesu.
Na rysunku pokazano sensor mierzący kąt obrotu wału silnika elektrycznego. Na wale jest umieszczony odpowiedni magnes. Sensor ma dwa mostki mierzące składowe ortogonalne X,Y pola magnetycznego. Takie sensory GMR mogą mieć (z punktu widzenia użytkownika ) tylko do obu mostków elektronikę analogową. Wyjścia obu kanałów mogą być symetryczne lub asymetryczne. Podane są typowo do wejść mikrokontrolera na przykład serwomechanizmu.
Na rysunku pokazano zastosowanie użytego sensora TI z efektem Anisotropic Magneto Resistive (AMR) TMAG6180-Q1 firmy TI (pdf) z wyjściami symetrycznymi.
„Applications
Electric Power Steering
Steering Angle Sensor
BLDC/PMSM Motor Position Sensing
E-bikes
Wiper modules
Actuators
Servo drive position sensors
Traction Motors”Sensory mogą też mieć przetworniki ADC i quasiprocesor jak w użytym typie (pdf) TLE5014SP16 do pomiaru kąta w zakresie 360 stopni.
Sensory są dołączone do systemów uruchomieniowych z odpowiednim programem obsługującym sensor.
-Porównaj praktycznie własności obu sensorów (trzeba stworzyć metodę oceny i sporządzić programy ) kąta w zastosowaniu w użytym serwomechanizmie.













