Exam text content

ASE-1251 Järjestelmien ohjaus C-testi 03.12.2018

Ei omia dokumentteja eikä elektronisia laitteita. Takit, laukut jne. käytävälle. Saat lainaksi
kaavaston. Palauta se ilman lisämerkintöjä, kiitos. Tehtävien 09-12 numerointi vastaa luento-
jen, laskuharjoitusten ja viikkokokeiden numerointia. Jo arvosteltua viikkokoettasi vastaavan
tehtävän mahdollista vastaustasi ei nyt arvostella.

Kiinnitä huomiota vastaustesi yksiselitteisyyteen, täsmällisyyteen jne. Käytä Tenttikaavastoa!

Tehtävä Ässät. Tappara kohtaa tänään klo 18.30 alkavassa kendoliigan jääkyykkäottelussa
Porin Ässät. Ässävalmennusta saaneena veikkaa ottelun lopputulos, mutta lopeta sitten
kaikki muihin ässiin liittyvät arvailut kahdeksi tunniksi, koska automaation turvallisuus 24/7
vaatii tarkkaa harkintaa ja huolellisuutta eli arvaamisen minimointia.

Tehtävä 09
Tilaesitys

a. Alla on RC-kaskadipiirin! piirikaavio, alkeislohkokaavio sekä tulojänitteen v,, ja lähtöjän-
nitteen v,, riippuvuutta kuvaava differentiaaliyhtälömalli. Esitä tilavektorin malli matriisi-

notaatiota käyttäen, myös valitsemasi tilavektori selvästi dokumentoiden. 2p.

+ 0— O +
R R,
C G

 

y

in OT 2 T Vout
-o —0-

- v a ia 1 ja [7] 2 || : 0. N 7 |. , E -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d x (1) — v, (1) d , N VY, (0) = K, (8) G (0) — v, (0)
ae 0)=0-E , a Oa) =p Rh

b. DI Rauno Vuotos on suunnitellut etukompensaattorin ohjaamaan tekoaltaan vesitilavuutta
v asetusarvoonsa 7. Hänen lopullinen simulointimallinsa on alla. TUTki (vielä kun voit
-..) mallin tilan ohjattavuutta sopivalla laskelmalla. 2p.

| a [s+[1]|" » v=[0 1]x

1 Tuo kaskadisuodin ei ole systeeminä kahden RC-suotimen sarjaankytkentä palautevirran iz takia. LAB-työohjeen liite kertoo aiheesta!

1/3
Tehtävä 10
Värähtelyt ja niiden taajuusvasteanalyysi

a. Piirrä ja dokumentoi hyvin reaaliparametrisen siirtofunktion e" Nyguist-diagrammi ei-ne-
gatiivisille kulmataajuuksille: Merkitse kulmataajuuden 0 piste ja käyrän suunta kulmataa-
juuden kasvaessa. Kuvaa sanallisesti ja matemaattisella notaatiolla taajuusvastepisteen
liikettä kulmataajuuden kasvaessa rajatta. 1:5p.

b. Piirrä ja dokumentoi hyvin reaaliparametrisen siirtofunktion e!" Bode-diagrammi. Perus-
tele vastauksesi. 1.5p.

c. Päättele siirtofunktion 7'(s) vaihe (vaihesiirto, vaihevaste) kulmataajuudella w=2: 1.0p.

T(s)=-
6) s? +5+1

Tehtävä 11
Säätöpiirin stabiiliuden analyysia taajuusvasteen avulla

a. Eräässä nimellisesti stabiilissa säätöpiirissä toimilaitteen, prosessin, anturin ja säätimen
siirtofunktiot olivat 10, 0.1/(40s+1), 1/(25+1) ja 0.1/s. Muodosta (laske) siirtofunktio,

jonka taajuusvasteen Bode-diagrammista voidaan päätellä helposti esimerkiksi vaihe-
vara. Sellainen Bode-diagrammi c-kohtaa varten on sivulla 3. 1.0p.

b. Yllä a-kohdassa mainitun säätöpiirin stabiiliusvara voidaan päätellä helposti sopivan siir-
tofunktion Bode-diagrammin avulla. Muodosta (laske) yksinkertaisin sopiva siirtofunktio.
Sen Bode-diagrammi c-kohtaa varten on sivulla 3. 1.0p.

c. Sivulla 3 on a-kohdassa ja b-kohdassa mainitut Bode-diagrammit allekkain. Päättele
niistä vaihevaran, stabiiliusvaran, varmuuskertoimen ja viivevaran lukuarvot. 2.0p.

Tehtävä 12
Säätöpiirin suorituskyvyn ja sen pysyvyyden taajuusvasteanalyysia.
Yhteenvetoa.

a. Luettele takaisinkytkennän käytön neljä erillistä etua (hyötyä, vahvuutta). 2p.

b. Millainen yhteys on LTI-systeemin askelvasteen nousuajan ja taajuusvasteen kaistan-
leveyden välillä? 1p.

c. Tehtävän 11 säätöpiirin taajuusvasteen herkkyydelle prosessin taajuusvasteen suhteen
halutaan itseisarvo kulmataajuudella w = 0.009. Päättele se T11:ssa annetun informaa-
tion perusteella. 1p.

Ja näin. Olet lopulta ehkä tuleva johtaja mutta ehkä sitä ennen toimilaitealainen ja/tai
anturialainen. Niin tai näin, olet organisaatiossasi säätöpiirin osa: Johtaja on säädin, joka
ohjaa toimilaitealaisia tekemään asioita, joiden seurauksia anturialaiset sitten raportoivat
johtajalle, jotta johtaja osaa tehdä parannusta. Raportoinnissa ei pidä viivytellä ettei stabii-
liutta, hyvää vaimennusta ja hyvää nopeutta menetetä. On myös hyväksi, jos myös kilpailijoi-
den häiritsevistä toimista raportoidaan johtajalle proaktiivisten toimenpiteiden mahdollistami-
seksi. Näissä merkeissä tervemenoa/tulo kevään ojaksoille ASE-2411 ja ASE-2110 (L13...).

2/3
Bode Diagram

 

 

Ää pun ;
| — |
| |

5 2! =. :
= = ma |
o OF" i
O | |
3 | i
= -20t i
Dn” | |
2 |
= 40f ]
i

o J
-90 = %

| |

5135 [ j

KJ i
= | |
o -180 | |
On |
a | |
E -225+ ]
25] 4
970 4 NINNIN j
10? 10? 10" 10?
Freguency (rad/s)
T11. a-kohdan Bode c-kohtaa varten
Bode Diagram
A pst 4
| W |
a 30 f 4 j
w 20! o i
o | A |
2 N |
5 i
5 |
Ku |
=

   

Phase (deg)
ä

—

 

| — |
-A95 aemaasaaaitamannosaonnnKamm a kaani ankkin ta]
10? 10? 10" 10?

Freguency (rad/s)

T11. b-kohdan sopivin Bode c-kohtaa varten

3/3