1 jaką funkcję w urządzeniach pneumatycznych pełni wzmacniacz mocy

Wzmacniacz mocy stanowi swego rodzaju zawór trójdrożny, który łączy siłownik z przewodem zasilającym lub atmosferą. Zawór ten sterowany sygnałem ze wzmacniacza wstępnego odznacza się stosunkowo dużą średnicą gniazda i otworu upustowego. Umożliwia to szybkie zmiany ciśnienia wyjściowego wzmacniacza mocy. Sygnał wyjściowy tego wzmacniacza uruchamia bezpośrednio zespół wykonawczy. Wzmacniacz mocy charakteryzuje się dużym natężeniem przepływu powietrza, zapewniającym w krótkim czasie uzyskanie wymaganego ciśnienia w linii pneumatycznej i siłowniku.

WSPÓŁCZYNNIK WZMOCNIENIA wzmacniacza k

K= A₁/A₂=Δp₂/Δp = const

2) Opisać zasadę działania bloku wzmacniaczy dysza- przesłona oraz wzmacniacz mocy.

Wzmacniacz dysza przesłona spełnia zwykle rolę wzmacniacza wstępnego, którego sygnał wyjściowy przekazywany jest na wzmacniacz mocy. Sygnał wyjściowy tego wzmacniacza uruchamia bezpośrednio zespół wykonawczy. Statyczny współczynnik wzmocnienia określony jest zależnością k=A₁/A₂

Wzmacniacz membranowy rys1.tepur składa się z dwóch membran 1 i 2 połączonych sztywnikiem 3, w którym wykonano gniazdo i kanał odpływowy do atmosfery. Rolę grzybka spełnia kulka 4; przy wzroście ciśnienia p₁ zamyka ona wylot do atmosfery, a otwiera się wlot powietrza zasilającego. Przy spadku ciśnienia p₁ sytuacja jest odwrotna.

3. co nazywamy oporem pneumatycznym ,pojemnością, indukcyjnością pneumatyczna

oporność pneumatyczna.

Oporem pneumatycznym jest dowolny element przepływowy, który wywołuje trwały spadek ciśnienia przepływającego powietrza . charakteryzuje go oporność pneumatyczna R, będąca współczynnikiem proporcjonalności między spadkiem ciśnienia Δp i masowym natężeniem przepływu Qm.

R=

Jednostka podst. [1/ms], w praktyce stosuje się jedn pochodną „om płynowy”

1Ωp= 10⁸
[
]

opory mogą być liniowe i nieliniowe.

Pojemność pneumatyczna. Charakteryzują się nią różnego rodzaju zbiorniki, komory, przewody rurowe. Poj. Pneumatyczna odgrywa rolę współczynnika proporcjonalności między masowym natężeniem przepływu powietrza Qm i prędkością zmian ciśnienia w komorze dp/dt.

C=

Jednostka podstawowa [ms²], natomiast pochodna „farad płynowy” 1Fp= 10^-8 ms²

Indukcyjność pneumatyczna. Wpływ bezwładności poruszającego się powietrza na spadek ciśnienia występuje przede wszystkim w liniach pneumatycznych o znacznych długościach lub szybkich zmianach natężeniach przepływu. Wpływ ten zależy od współczynnika L, zwanego indukcyjnością pneumatyczną:

L=

Jednostka podst [1/m], pochodna - „ henr płynowy” 1Hp = 10⁸ [1/m]

4. opisać cechy członu inercyjnego pierwszego i wyższego rzędu; członu inercyjnego z komorą przepływową

Człon inercyjny pierwszego rzędu - RYSUNEK 2(tepur) Równanie transmitancji

k- współczynnik proporcjonalności; T - stała czasowa

RYS. 3(tepur) -ODPOWIEDŹ elementu inercyjnego pierwszego rzędu na wymuszenie skokowe

Człon inercyjny z komorą przepływową (kaskada pneumatyczna) Układ oporów pneumatycznych, z których co najmniej dwa połączone są szeregowo, z zawartą między tymi oporami objętością V. Oporami pneumatycznymi mogą być np. zawór, zwężka (elementy wywołujące spadek ciśnienia przepływającego powietrza). Kaskadami będą więc wszystkie zbiorniki zamknięte i rurociągi

RYSUNEK 4- kaskada pneumatyczna(tepur)

5. Podać zakresy wartości sygnałów standardowych w układach regulacji.

Zdecydowana większość produkowanych obecnie urządzeń regulacyjnych należy do systemów średnio-wartościowych. Ciśnienie powietrza zasilającego wynosi w nich 120 lub 140 kPa a wyjątkowo 0,6 lub 0,3 MPa. Systemy wysoko-ciśnieniowe pracujące przy ciśnieniach do 10 MPa stosowane są jedynie w serwomechanizmach specjalnych. W ostatnich latach w układach pneumatycznych wprowadzono systemy niskociśnieniowe o ciśnieniu zasilania 1,2 do 3,0 kPa. Zakres zmian sygnału sterującego jest unormowany i wynosi 20 do 100 kPa. W układach elektrycznych 4 - 20 mA.

6) Omówić zasadę pracy przetworników pneumatycznych

e=y_zad - y_m gdzie: e-uchyb regulacji

Zamienia wartość regulowaną na sygnał dla regulatora.

7) Narysować i opisać działanie dowolnego przetwornika pneumatycznego RYS Karpio 1

Gdzie: 1- dysza, 2- opór, 3- przesłona, 4- dźwignia, 5- mieszek sprzężenia zwrotnego, 6- wzmacniacz mocy, 7- sprężyna do nastawiania początkowej wart. sygnału p_min dla pozycji wartości F_min.

Stan równowagi ΔM₁=ΔM₂ gdzie: M₁- zmiana momentu spowodowana zmianą siły wejściowej ΔF, M₂- zmiana momentu zależna od przyrostu ciśnienia wyjściowego, Δp_m- działająca na mieszek sprzężenia zwrotnego.

Zespół przetwarzający + wzmacniacz mocy Δp_m=l₁/Al₂^. ΔF

Działanie zespołu przetwarzającego oparte jest na zasadzie kompensacji sił lub przesunięć. Zapewnia to dużą dokładność i małą wrażliwość na zmiany charakterystyki kaskady pneumatycznej wzmacniacza.

8) Co oznacza dwustopniowe przetwarzanie wielkości regulowanej?

Czujnik jest elementem „odczuwającym” zmianę parametrów X, jeżeli sygnał wyjściowy z czujnika X_p nie ma dogodnej postaci np.: do przesyłania na dalszą odległość przetwornik przetwarza na sygnał Y nadając mu pożądaną postać.

T na P, P na P w różnych zakresach.

9) Patrz 7

10) Skąd otrzymuje i gdzie podaje sygnały przetwornik w układzie regulacji (podać przykład i wartości sygnałów)?

1- czujnik elektryczny dokonujący pomiaru,

2- przetwornik pomiarowy wyprowadza sygnał czujnika, niesie informacje co się dzieje z X. Sygnał może być cyfrowy lub analogowy. Sygnał Y może być kierowany na: - miernik,- regulator ,-urządzenie alarmowe, - do obróbki sygnału.

ad. 11. Jakimi cechami powinien charakteryzować się dobry przetwornik?

a.Niezawodność - określa się za pomocą prawdopodobieństwa P(t) pracy urządzenia bez uszkodzeń w ciągu czasu t. P(t) = e^-λt, gdzie
-int, uszkodzenia całego urządzenia wyznacza się doświadczalnie.

b.Dokładność - oznacza klasę dokładności lub błąd podstawowy oraz błędy dodatkowe wywołane zmianą warunków zewnętrznych. Wartość liczby klasy dokładności najczęściej oznaczamy - wartość granicznego dopuszczalnego błędu dokładności δ, wyrażonego w % zakresu zmian sygnału wyjściowego urządzenia Δy = y_max - y_min, błąd ten można wyrazić wzorem
, gdzie e_p - błąd poprawności określający rozbieżność między charakterystyką teoretyczną i rzeczywista urządzenia pomiarowego e_w - graniczny błąd wierności określający rozrzut wartości sygnału wyjściowego urządzenia pomiarowego otrzymanej w serii u pomiarów tej samej wartości wielkości wejściowej (nieznanej).

c.Próg pobudliwości (nieczułości) e_n - określa najmniejszy przyrost wielkości wejściowej x, przy którym następuje zauważalna zmiana wielkości y. Wielkość progu pobudliwości w urządzeniu pomiarowym do celów automatycznej regulacji nie powinna przekraczać od 0,02 do 0,5% zakresu pomiarowego urządzenia.

d.odpowiedni zakres

e. cena

ad.12. Definicje:

Zakres proporcjonalności jest to odwrotność współczynnika k_p (proporcjonalności) wyrażona w procentach x_p=(1/k_p)*100% gdzie k_p- wielkość bezwymiarowa. Zakres proporcjonalności można rozumieć jako procentowa cześć pełnego zakresu zmian wielkości wejściowej e potrzebną do wywołania zmiany wielkości wyjściowej u o pełen zakres.

Czas całkowania (zdwojenia) T_i określa intensywność działania całkującego regulatora. Czas zdwojenia T_i w regulatorach PI i PID jest czasem po upływie którego zmiana sygnału wyjściowego u skokowej zmianie podwaja swoją wartość w stosunku do zmiany u spowodowanej działaniem proporcjonalnym.

Czas różniczkowania (wyprzedzenia) T_d określa intensywność działania różniczkującego regulatora, określa wyprzedzenie odpowiedzi regulatora PD na wymuszenie liniowo narastające o czas T_d odpowiedzi regulatora P. Dzięki działaniu różniczkującemu regulator może bardzo silnie reagować już na małe zmiany odchylenia regulacji.

ad.13. Jakie parametry charakteryzują jakość procesu regulacji?

a) czas ustalania T_u jest okres czasu, jaki upływa od chwili wystąpienia skokowego wymuszenia zakłócającego do chwili gdy odchyłka regulacji osiągnie wartość ustaloną z tolerancją ± e_n. Na ogół wartość e_n przyjmuje się jako równą 5% wartości odchyłki początkowej maksymalnej.

b) przeregulowanie (oscylacyjność) χ charakteryzuje skłonność układu regulacji do oscylacji. Przeregulowanie określa się jako bezwzględną wartość stosunku sąsiednich amplitud przebiegu.
. Przebiegi, w których wartość przeregulowana χ = 0 nazywane są przebiegami aperiodycznymi a pozostałe oscylacyjnymi.

c) Uchyb maksymalny em- odchylenie maksymalne dla regulatorów statycznych edmax=A1+A2. Dla regulatorów astatycznych edmax=A1.

d) Uchyb statyczny est - różnica sygnałów wartości zadanej yz i wyjściowej y z obiektu w stanie ustalonym Es=lim(yz-y) t→∞

ad. 14. Definicje pojęć przeregulowanie, czas regulacji ,uchyb ustalony (statyczny),

uchyb maksymalny.

Czas regulacji - jest to czas liczony od chwili przyłożenia wymuszenia do chwili po której odchylenie regulacji osiągnie wartość mniejszą od dopuszczalnej.

Uchyb maksymalny em- odchylenie maksymalne dla regulatorów statycznych edmax=A1+A2. Dla regulatorów astatycznych edmax=A1.

Uchyb statyczny est - różnica sygnałów wartości zadanej yz i wyjściowej y z obiektu w stanie ustalonym Es=lim(yz-y) t→∞

Przeregulowanie charakteryzuje skłonność układu regulacji do oscylacji. Jest to wartość bezwzględna stosunku sąsiednich amplitud κ=(A2/A1) 100%.

Jeżeli k=0 - przebieg aperiodyczny, k≠0 przebieg oscylacyjny.

ad. 15. Narysować charakterystyki skokowe regulatorów PI ,PID dla dwóch różnych

współczynników wzmocnienia czasu całkowania czasu różniczkowania.

16.Wymienić i scharakteryzować metody doboru nastaw regulatora.= 17

17.Opisać metodę doboru nastaw regulatora.

Reguła Zieglera i Nicholsa:

1).nastawić regulator na działanie tylko proporcjonalne(P).

2).zwiększyć wzmocnienie proporcjonalne k regulatora, aż do wystąpienia oscylacji

niegasnących układzie (granica stabilności).

3).Na taśmie rejestratora należy zmierzyć okres tych oscylacji Tosc, a na skali regulatora należy odczytać krytyczne wzmocnienie proporcjonalne kkr, przy którym one wystąpiły.

4).Zależnie od typu regulatora, należy przyjąć nastawy:

dla regulatora P: k=0,5kkr

dla regulatora PI: k=0,45kkr , Ti=0,85Tosc

dla regulatora PID: k=0,6kkr , Ti=0,5Tosc Td=0,12Tosc.

18.W jaki sposób można pozbyć się w regulatorze wpływu akcji całkującej i różniczkującej?

Akcja całkująca- nastawiamy czas całkowania na max Ti→∞.

Akcja różniczkująca- nastawiamy czas różniczkowania na min Td→0.

19.Co oznacza pojęcie pracy regulatora - wymień rodzaje pracy oraz wpływ zmiany rodzaju pracy regulatora w trakcie normalnej eksploatacji.

Rodzaje pracy:

a). ciągła- wszystkie elementy układu działają w sposób ciągły w czasie bezpośredniego poziomie, tzn. wszystkie sygnały są funkcjami ciągłymi bezpośredniego mogą przybierać każdą wartość, znajdującą się w obszarze ich zmienności.

b). dyskretna (przerywna)- jeden, lub więcej, element układu działa w sposób dyskretny, tzn. jego sygnały mogą przyjmować tylko niektóre, wybrane wartości lub występują tylko w niektórych, wybranych chwilach czasu. Do tej grupy zaliczamy:

20.Regulatory bezpośredniego działania temp., ciśnienia, poziomu - schemat, opis działania.

W układzie można wyróżnić tzw. tor główny, w którym znajduje się zawsze obiekt regulacji (sterowania) i tor sprzężenia zwrotnego, w którym znajdują się elementy mierzące wielkość regulowaną, porównujące ją z wartością zadaną itd. Tor główny jest miejscem występowania najistotniejszych dla procesu zakłóceń „z1”. Pozostałe zakłócenia, „z2”, wchodzące do obiektu i regulatora są pomijane. Wielkość regulowana „y” jest przetwarzana przez przetwornik pomiarowy (temp, ciśnienia) na sygnał standardowy i porównywana z sygnałem wartości zadanej „w”, w węźle sumującym, w wyniku czego generuje się uchyb.Uchyb ten trafia do regulatora i powoduję zmianę jego wielkości wyjściowej „x”, która z kolei przesterowuje element roboczy regulatora, np. zawór, w nową pozycję. Proces ten trwa do momentu, kiedy sygnał wartości regulowanej nie zrówna się z sygnałem wartości zadanej (y=z)

22. Schemat jakim celu stosuje się ustawnik pozycyjny?

- pozycjonowanie otwarcia zaworu,

- modyfikacja strategii otwarcia zaworu,

- możliwość sterowania kilkoma zaworami jednym sygnałem,

- zapewnia możliwość zmiany zakresu proporcjonalności urządzenia regulującego.

23.Schamat i opis działania ustawnika pozycyjnego .

Ustawnik pozycyjny stanowi wzmacniacz pneumatyczny ze sprzężeniem zwrotnym , który zapewnia jednoznaczność między sygnałem sterującym p_u a przesunięciem u .Przy zmianie sygnału sterującego p_u doprowadzonego do sprężystego mieszka 1,przesłona 2 zmienia ciśnienie kaskadowe p_k . Po wzmocnieniu tego ciśnienia we wzmacniaczu mocy 3 otrzymuje się sygnał p_u' działający na membranę siłownika 4 Ciśnienie p_u' osiąga taką wartość, przy której przesunięcie u przez sprężynę 5 wywołuje siłę równoważącą siłę od mieszka 1. Jednoznaczność między sygnałem p_u a przesunięciem u zależy od sztywności sprężyny 5 i powiązania kinetycznego tej sprężyny z trzpieniem siłownika

24. Co określa współczynnik wymiarowy zaworu K_v .

Do wyznaczania wymiarów zaworu stosowana jest metoda tzw. współczynnika wymiarowego K_V. Współczynnik K_V wynika z równania przepływu cieczy przez opór hydrauliczny, jaki stanowi zawór. Występujący na zaworze spadek ciśnienia Δp_V przy przepływie burzliwym jest równy: Δp_v =ξ(ρ/2)*ω²

Strumień objętościowy Q przepływający przez zawór: Q=Aω;

A- pole przekroju przepływowego przez zawór

ξ- współczynnik oporu przepływu

Przy przepływie wody ( ρ=1g/cm³) i spadku ciśnienia Δp_v = 1kg/cm² wsp. K_V liczbowo był równy strumieniowi objętościowemu wody w m³/h. Wsp K_V jest równy strumieniowi objętościowemu w m³/h cieczy o gęstości ρ=1000 kg/m³ , przepływającej przez zawór przy spadku ciśnienia w zaworze o zaworze 0,1 MPa i ustalonym skoku u grzybka

;

;

p_vo=0,1 MPa; ρ_o =1000 kg/m³ ;Δp_v - rzeczywisty spadek ciśnienia na zaworze w MPa ; ρ- rzeczywista gęstość cieczy przepływająca przez zawór w kg/cm²

Ze wzoru wynika że wsp K_V uwzględnia zarówno pole przekroju przepływowego A, przepływu ξ. Współczynnik ten zależy od kształtu zaworu i grzybka oraz od chropowatości ścianek. Zależnośc K_V =f(A) jest wyznaczana doświadczalnie. Szczególnie ważną rolę przy doborze zaworu spełnia współczynnik K_{V MAX} odpowiadający całkowitemu otwarciu zaworów. Wsp. ten charakteryzuje minimalny opór hydrauliczny zaworu. Znajomość K_{V MAX} z danych z katalogu wytwórcy zaworów pozwala określić średnice nominalną zaworu.

25.Rodzaje charakterystyk zaworu .

Ogólnie dla zaworu i przepustnic można wyróżnić następujące charakterystyki:

a) otwarcia zaworu A=f(u) (charakterystyka konstrukcyjna) jest to zależność pola powierzchni przekroju przepływowego A od przesunięcia h grzybka zaworu,

b) przepływowa (wewnętrzna) zaworu k_V=f(h) ; charakterystyka ta podaje zależność między współczynnikiem przepływu k_V a przesunięciem u grzyba zaworu . Jest to charakterystyka statyczna zaworu określająca jego własności nastawcze .

c) robocza zaworu Q=f(h) ; charakterystyka ta podaje zależność natężenia przepływu płynu w warunkach pracy zaworu , w instalacji zależna od przesunięcia h grzybka zaworu. Charakterystyki: stałoprocentowa (logarytmiczna) i liniowa . zawory typu zamknięte-otwarte słóżą do regulacji dwupołożeniowej. W zaworze o charakterystyce otwarcia stałoprocentowej przyrost pola przepływu ΔA jest proporcjonalny do iloczynu przyrostu przesunięcia wrzeciona Δh i pola przepływu istniejącego przed zmiana. Cechy zaworów o charakterystyce otwarcia stałoprocentowej

- wzmocnienie zaworu zwiększa się wraz ze zwiększeniem stopnia otwarcia zaworu .

- teoretycznie zawory te nie zamykają się szczelnie . Najmniejsza wartość pola przepływu

26. Jak można kształtować charakterystykę elementu wykonawczego.

Charakterystykę elementu wykonawczego (zaworu regulacyjnego) kształtujemy poprzez zamontowanie odpowiedniej (odpowiedniego kształtu) krzywki w układzie sprzężenia zwrotnego.

Otrzymujemy wtedy charakterystyki otwierania zaworu zależne od kształtu krzywki co obrazuje poniższy rysunek (dla trzech różnych krzywek - 1, 2, 3) Rys.Sikorka1

27. Jakie funkcje mogą realizować cyfrowe regulatory prędkości obrotowej.

Cyfrowe regulatory prędkości obrotowej mają możliwość programowania następujących funkcji:

-ustalenie regulowanej dawki paliwa,

-ustawienie zabronionego zakresu prędkości obrotowej,

-ograniczenie maksymalnej wartości prędkości obrotowej,

-ustawianie rozruchowej dawki paliwa,

-zmiana zakresu wzmocnienia uchybu,

-ustalanie szybkości zmiany prędkości obrotowej,

-ograniczenie dawki paliwa od wartości prędkości obrotowej,

-ograniczenie dawki paliwa od wartości ciśnienia powietrza doładowującego,

-możliwość wprowadzania różnych ograniczeń od sygnałów wewnętrznych i zewnętrznych.

1 jaką funkcję w urządzeniach pneumatycznych pełni wzmacniacz mocy

2) Opisać zasadę działania bloku wzmacniaczy dysza- przesłona oraz wzmacniacz mocy.

3. co nazywamy oporem pneumatycznym ,pojemnością, indukcyjnością pneumatyczna

oporność pneumatyczna.

4. opisać cechy członu inercyjnego pierwszego i wyższego rzędu; członu inercyjnego z komorą przepływową

Człon inercyjny pierwszego rzędu -

5. Podać zakresy wartości sygnałów standardowych w układach regulacji.

6) Omówić zasadę pracy przetworników pneumatycznych

7) Narysować i opisać działanie

dowolnego przetwornika pneumatycznego

8) Co oznacza dwustopniowe przetwarzanie wielkości regulowanej?

9) Patrz 7

10) Skąd otrzymuje i gdzie podaje sygnały przetwornik w układzie regulacji (podać przykład i wartości sygnałów)?

ad. 11. Jakimi cechami powinien charakteryzować się dobry przetwornik?

ad.13. Jakie parametry charakteryzują jakość procesu regulacji?

ad. 14. Definicje pojęć przeregulowanie, czas regulacji ,uchyb ustalony (statyczny),

ad. 15. Narysować charakterystyki skokowe regulatorów PI ,PID dla dwóch różnych

współczynników wzmocnienia czasu całkowania czasu różniczkowania.

16.Wymienić i scharakteryzować metody doboru nastaw regulatora.= 17

17.Opisać metodę doboru nastaw regulatora.

18.W jaki sposób można pozbyć się w regulatorze wpływu akcji całkującej i różniczkującej?

19.Co oznacza pojęcie pracy regulatora - wymień rodzaje pracy oraz wpływ zmiany rodzaju pracy regulatora w trakcie normalnej eksploatacji.

20.Regulatory bezpośredniego działania temp., ciśnienia, poziomu - schemat, opis działania.

22. Schemat jakim celu stosuje się ustawnik pozycyjny?

23.Schamat i opis działania ustawnika pozycyjnego .

24. Co określa współczynnik wymiarowy zaworu K_v .

26. Jak można kształtować charakterystykę elementu wykonawczego.

27. Jakie funkcje mogą realizować cyfrowe regulatory prędkości obrotowej.

obiekt

Układ wykonawczy

CZ

P.P.

Regulator

x

z

y

u

e_

y_zad

Przetwornik pomiarowy

czujnik

przetwornik

y_m

y_max

y

y_min

1,0

20

zakres

0,2

4

y_m= 0,2-1,0 bar

4-20mA

Czujnik

Przetwornik pomiarowy

Y

X

X_p

1

2

X

y

---