Zestaw pytań wstępnych do przedmiotu

PODSTAWY AUTOMATYKI - laboratorium

Wydział Mechaniczny -Mgr - VII sem.

A1 Kaskada sterująca

1. Budowa kaskady sterującej.

2. Charakterystyka statyczna i jej linearyzacja.

3. Co to jest stan ustalony?

4. Schemat rozkładu ciśnienia w kaskadzie sterującej.

A2 Charakterystyki elementów przetwornikowych Pneumatycznego Systemu Automatyki Przemysłowej PNEFAL

1. Umieszczanie przetworników różnicy ciśnień:
   a) pomiar przepływu cieczy,
   b) pomiar przepływu gazu.

2. Zastosowanie przetworników różnicy ciśnień.

3. Opisać metodę pomiaru poziomu cieczy przy pomocy sondy bąbelkującej.

4. Opisać metodę pomiaru ciężaru właściwego cieczy za pomocą dwóch sond bąbelkujących.

A3 Badanie penumatycznego regulatora proporcjonalnego

1. Definicja współczynnika wzmocnienia.

2. Co to jest zakres proporcjonalności?

3. Schemat blokowy miejsca regulatora w układzie regulacji.

4. Narysować i opisać schemat odpowiedzi regulatora P na zakłócenie skokowe.

A4 Badanie charakterystyk regulatorów pneumatycznych P, PI oraz PID

1. Narysować i opisać schemat odpowiedzi regulatora PI na zakłócenie skokowe.

2. Co to jest stała czasowa T_i, oraz czas zdwojenia T_n.

3. Schemat regulatora idealnego PID. Transmitancja idealna.

A5 Badanie charakterystyki siłownika z ustawnikiem pozycyjnym

1. Rodzaje i podział najczęściej stosowanych siłowników.

2. Cel stosowania ustawników pozycyjnych.

3. Scharakteryzować wykres czteropolowy.

A6 Metody doświadczalnego wyznaczania transmitancji obiektu

1. Definicja obiektu regulacji.

2. Opisać obiekty z samowyrównaniem.

3. Opisać obiekty bez samowyrównania.

4. Co to jest transmitancja?

ODPOWIEDZI

A1 Kaskada sterująca

1. 
   Budowa kaskady sterującej.
   Kaskada sterująca jest to układ szeregowo połączonych elementów: oporu stałego i oporu dysza-przysłona. Sygnałem wejściowym jest zmiana położenia przysłony, natomiast sygnałem wyjściowym jest ciśnienie panujące w komorze kaskady. Kaskada sterująca jest to w zasadzie przetwornik przesunięcia na ciśnienie.
   
   
   
   

2. 
   Charakterystyka statyczna i jej linearyzacja.
   Charakterystyka statyczna określa właściwości charakterystyczne układu lub elementu automatyki. Charakterystykę statyczną stanowi zależność wielkości wyjściowej „y” od wielkości wejściowej „x” w stanach ustalonych. Często charakterystyka statyczna jest aproksymowana linią prostą. Zazwyczaj jest to styczna poprowadzona do charakterystyki w punkcie pracy. Kąt nachylenia linii aproksymującej określa współczynnik wzmocnienia elementu.
   
   
   
   
   
   
   
   
   

3. Co to jest stan ustalony?
   Stan ustalony jest to taki stan układu, w którym nie występują zmiany wartości wielkości określających stan układu.
   

4. 
   Schemat rozkładu ciśnienia w kaskadzie sterującej.
   

Charakterystyka statyczna kaskady.

A2 Charakterystyki elementów przetwornikowych Pneumatycznego Systemu Automatyki Przemysłowej PNEFAL

1. Umieszczanie przetworników różnicy ciśnień:
   a) pomiar przepływu cieczy;
   Zalecane jest umieszczanie przetworników różnicy ciśnień poniżej punktu odbioru ciśnienia co powinno chronić przewody przed zapowietrzeniem. Jednocześnie odbiór ciśnienia umieszcza się jak najdalej od dna rurociągu aby uniemożliwić przedostawanie się zanieczyszczeń naniesionych przez ciecz do przewodów impulsowych przetwornika. W przypadku umieszczenia przetwornika powyżej punktu odbioru ciśnienia należy przewidzieć odpowietrzenie układu.
   
   b) pomiar przepływu gazu;
   Zalecane jest umieszczanie przetworników różnicy ciśnień powyżej kryzy pomiarowej aby uniemożliwić zalanie przewodów impulsowych skroplinami naniesionymi przez gaz. Z tego względu punkty odbioru ciśnienia powinny być umiejscowione w górnej części kryzy, w przeciwnym razie należy przewidzieć naczynia kondensujące.
   

2. Zastosowanie przetworników różnicy ciśnień.
   Przetworniki różnicy ciśnień stosuje się do pomiaru przepływu metodą zwężkową oraz do pomiaru poziomu cieczy metodą hydrostatyczną z wykorzystaniem sondy bąbelkującej. Stosuje się je także do pomiaru ciężaru właściwego cieczy przy wykorzystaniu dwóch sond bąbelkujących.
   

3. 
   Opisać metodę pomiaru poziomu cieczy przy pomocy sondy bąbelkującej.
   Sonda bąbelkująca to pionowy przewód (rurka) zanurzona w cieczy, przez którą przepływa w jednostce czasu stała ilość powietrza podawanego przez Regulator Małych Przepływów.

Powietrze aby wypłynąć z rurki musi pokonać ciśnienie hydrostatyczne cieczy nad jej wylotem, więc dla zapewnienia stałego przepływu przez sondę panujące w niej ciśnienie musi wzrastać wraz ze wzrostem poziomu cieczy nad wylotem sondy. Wartość tego ciśnienia jest funkcją wysokości poziomu cieczy nad wylotem sondy.

4. Opisać metodę pomiaru ciężaru właściwego cieczy za pomocą dwóch sond bąbelkujących.
   Do pomiarów ciężaru właściwego cieczy wykorzystuje się dwie sondy bąbelkujące podłączone do przetwornika różnicy ciśnień.

Różnica ciśnień jest proporcjonalna do zmian ciężaru właściwego badanej cieczy

A3 Badanie penumatycznego regulatora proporcjonalnego

1. Definicja współczynnika wzmocnienia.
   Współczynnik wzmocnienia „k_p” jest to stosunek przyrostu ciśnienia wyjściowego regulatora p_y do wywołującego ten przyrost zmian sygnału układu p_e;
   
   
   

2. Co to jest zakres proporcjonalności?
   Zakres proporcjonalności „x_p”jest to odwrotność współczynnika wzmocnienia „k_p”;
   
   
   
   

3. 
   Schemat blokowy miejsca regulatora w układzie regulacji.
   
   
   
   
   
   
   
   

4. 
   Narysować i opisać schemat odpowiedzi regulatora P na zakłócenie skokowe.
   
   
   
   
   
   
   
   
   Jeżeli sygnał p_e zmieni się o wartość p_e=a, wówczas na wyjściu otrzymamy sygnał proporcjonalny o wartości p_y=b.
   
   

A4 Badanie charakterystyk regulatorów pneumatycznych P, PI oraz PID

1. 
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   Schemat blokowy regulatora PI oraz jego odpowiedź skokowa.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

2. Co to jest stała czasowa T_i, oraz czas zdwojenia T_n.
   Stała czasowa Ti jest związana z regulatorem proporcjonalnym P. Zmiana wielkości wyjściowej y jest proporcjonalna do całki ze zmiany wielkości wejściowej x względem czasu t.
   Stała czasowa T_i określa czas, w ciągu którego po skokowej zmianie wielkości wejściowej x, wielkość wyjściowa y zmieni się o wartość skoku wielkości wejściowej. W regulatorze PI często stosuje się tzw. Czas zdwojenia T_n, określony wzorem:
   Czas zdwojenia T_n określa czas, w ciągu którego po skokowej zmianie wielkości o x=a, składowa działania całkującego zmieni się o wartość składowej działania proporcjonalnego, czyli ka=b, natomiast całkowita wartość sygnału wyjściowego y dla t=T_n wynosi 2b, czyli podwójną wartość działania proporcjonalnego.
   

3. 
   Schemat regulatora idealnego PID
   Uwolnienie się od interakcji nastaw może zapewnić stosowanie regulatora realizującego transmitancję idealną.
   Transmitancja idealna:
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   Schemat regulatora idealnego.

A5 Badanie charakterystyki siłownika z ustawnikiem pozycyjnym

1. Rodzaje i podział najczęściej stosowanych siłowników.
   Najczęściej stosowane w układach automatyki siłowniki to:
   - pneumatyczne - membranowe
   - hydrauliczne - tłokowe
   - elektryczne - wirnikowe
   

2. Cel stosowania ustawników pozycyjnych.
   Ograniczenie możliwości siłowników wynikające z wykorzystywania tylko części uzyskanej siły można zlikwidować przez stosowanie dodatkowych urządzeń zwanych ustawnikami pozycyjnymi.
   Doprowadzają one do wyrównania między wartością ciśnienia sterowania a przesunięciem trzpienia siłownika niezależnie od wartości obciążenia siłownika.
   

3. Scharakteryzować wykres czteropolowy.
   Wykres czteropolowy jest to wykres charakterystyki przesunięcia się trzpienia siłownika w funkcji ciśnienia sterowania.

W celu wyznaczenia takiej charakterystyki musimy znać charakterystykę autotransformatora czyli charakterystykę napięcia w zależności od przesunięcia trzpienia siłownika. Prace nad stworzeniem takiego wykresu podzielić możemy na cztery etapy:
A. Wrysowanie charakterystyki autotransformatora (wg tabeli) U_śr=f(h);

B. Wrysowanie charakterystyki napięcia w funkcji ciśnienia U_śr=f(p_ster);

C. Przeniesienie wartości przesunięcia w drugiej ćwiartce Kartezjńskiego układu współrzędnych.

D. Wyznaczenie charakterystyki przesunięcia trzpienia siłownika w funkcji ciśnienia h_trz=f(p_ster).

A6 Metody doświadczalnego wyznaczania transmitancji obiektu

1. Definicja obiektu regulacji.
   A. Obiekt regulacji jest to urządzenie, w którym reguluje się daną wielkość fizyczną.
   B. Proces, który podlega regulacji lub sterowaniu. Tak pojęty obiekt posiada wielkości wyjściowe i wejściowe oraz może być określony przez transmitancję, bez względu na różnice konstrukcyjne urządzeń, w których proces zachodzi.
   

2. Opisać obiekty z samowyrównaniem.
   Obiekty regulacji z samowyrównaniem osiągają po wprowadzeniu wymuszenia skokowego nowy stan ustalony wielkości wyjściowej. Obiekty z samowyrównaniem nie zawierają członów całkujących.

3. Opisać obiekty bez samowyrównania.
   Obiekty regulacji bez samowyrównania nie osiągają po wprowadzeniu wymuszenia skokowego stanu ustalonego wielkości wyjściowej

Obiekty bez samowyrównania zawierają człony całkujące.

4. Co to jest transmitancja?
   Transmitancja jest to stosunek transformaty funkcji wyjściowej L[y(t)] do transformaty funkcji wejściowej L[x(t)] przy znanych warunkach początkowych.

1

7

d₁

d₂

p_k

p₁

p₂

x

p₂

p₁

p_x

RMP

p

p

p

p

RMP

RMP

+

-

H₂

H₁

1

2

jeśli

to

p_zas

p_wyj

H

p_zaś

p_zaś

OBIEKT

REGULATOR

Urządzenie wykonawcze

PRZETWORNIK

y

p_zad

p_m

p_e

p_x

-

z

-

x, y

a

b

t

A

B

C

D

1'

2'

3'

4

5'

1

2

3

4'

5

h_trz

h

U_śr

p_ster

t

y

y

t

x

p_e

p_y

y

+

+

+

x

p_k

y=f(x)

y

x

+

+

y

p_y

p_e

x

a

b

b

a

T_i

T_n

x

y

t

p∈[20-100kPa]

p_k=f(x)

---