Kolokwium zaliczeniowe z przedmiotu Zestaw C
Podstawy Automatyki i Robotyki
sem. III, rok 2004/2005
Zadanie 1
Rys. 1. Układ mechaniczny do zadania 1.
Na rys. 1 przedstawiono układ mechaniczny, umieszczony w jednorodnym polu grawitacyjnym o przyspieszeniu g, złożony z dwóch mas skupionych m 1 i m 2, przerzuconych przez krążek zamocowany obrotowo o momencie bezwładności J i promieniu R. Masy umocowane są na nieważkiej linie, przy czym masa m 2 przymocowana jest do liny sprężyście (współczynnik sprężystości wynosi c). Tarcie wiskotyczne występuje w łożysku ślizgowym, w którym zamocowana jest oś krążka.
Polecenia:
Przyjmując, że model układu jest liniowy, sygnałem wejściowym jest siła F przykładana do drugiej masy, współrzędne uogólnione określają przesunięcie kątowe krążka i przemieszczenie liniowe y 2 drugiej masy, tj. q=[ q q ] T=[ y ] T (uwaga: wysokość masy m 1
2
2
1 oznaczona na rysunku jako y 1
jest liniowo zależna od kąta i promienia krążka):
• określić energię kinetyczną, potencjalną (uwzględnić również energię potencjalną grawitacji) i energię strat,
• zapisać równanie dynamiki układu korzystając z równań Lagrange'a.
Zadanie 2
Dany jest układ liniowy o transmitancji operatorowej 5
G s=
.
s 10 s1
Polecenia:
• wyznaczyć odpowiedź impulsową g t i zilustrować ją graficznie (na wykresie czasowym),
• obliczyć odpowiedź ustaloną na wymuszenie sinusoidalne x t =sin t .
Dany jest układ liniowy o transmitancji operatorowej s s5
G s=10
.
−10 s1
Polecenia:
• wyznaczyć moduł transmitancji widmowej oraz kąt fazowy (uwaga: sprowadzić transmitancję układu do postaci ogólnej i analizować ją etapami),
• zapisać logarytm modułu transmitancji widmowej,
• narysować asymptotyczny wykres Bodego (zaznaczyć pulsacje graniczne, nachylenia charakterystyk),
• określić zakres zmiany fazy.
Zadanie 4
Rys. 2. Schemat blokowy URA do zadania 4.
Na rys. 2 przedstawiony został układ regulacji automatycznej z regulatorem PI oraz obiektem inercyjnym i czujnikiem pomiarowym o transmitancji członów inercyjnych pierwszego rzędu.
Sygnałem wejściowym jest sygnał narastający liniowo x t = x t⋅1 t
0
. Transmitancje regulatora,
obiektu regulacji i pętli sprzężenia zwrotnego podane zostały na rysunku 2.
Polecenia:
• dobrać wzmocnienie regulatora tak, aby uchyb ustalony był nie większy niż 10% wartości zadanej (tj. e 0,1 x
u
0 ).
• przyjmując wymaganą wartość wzmocnienia obliczyć wartość stałej T zapewniającą stabilność URA.