Exam text content

N
ah

f J
ASE-1130 Automaatio — Osatentti 2/3 13.04.2015 Terho Jussila »

0. Pispalan portaissa hikoillut Tappara pelaa tänään klo 18:30 alkaen Hakametsässä semifinaalien
Game Seven'in Rauman Lukkoa vastaan. Taklauksia, kahvauksia, poikittaisia mailoja jne. lie-
nee luvassa viimeistään maalintekosektorilla. Eipä ole siis helppoa Tapparallakaan, jos ei sinul-
lakaan. Arvaapa ottelun lopputulos. Tämä olkoon sitten illan ainoa arvauksesi, sillä turvallinen ja
tuottava automaatio edellyttää harkittua, suunnitelmallista työtä mallinnuksen ja siihen perustu-
van analyysin ja synteesin avulla. Metsäkonekaan ei toimi matalan tason arvausten varassa.
Vastaa alla oleviin kysymyksiin siis oman kovan treenisi perusteella, huolellisesti ja harkitusti:

Voit vastata Tehtävään 3a vain, jos et vastannut Osatentin 1/3 Tehtävään 3a:

3a. Autoa työnnetään vaakasuoralla tiellä voimalla / . Sen ansiosta auto liikkuu positiivisella no-
peudella v. Sitä kuvataan vakioparametrisella mallilla (1). Nopeuden vakioasetusarvo on v
Sen saavuttamisen jälkeen sen ylläpitäminen onnistuisi sopivalla vakiovoimalla f,. Nopeu-
den poikkeamaa asetusarvostaan arvioidaan vakiokertoimisella mallilla (2).

a1. Arvioi mallin (1) perusteella vakionopeuden v, edellyttämä vakiovoima J 0.75p.
a2. Laske mallin (2) kertoimelle a arvo mallin (1) perusteella. 1.25p.
MY) = f(t)-mg C,-0.5 pC, Av't) (1)
d
JO 990 00—7,)+6(f0=F) (2)

Voit vastata Tehtävään TIS vain, jos et vastannut Osatentin 1/3 TIS-tehtävään:

TIS = Tislauskolonnidemoon liittyvä tehtävä

a) Mitä lyhenne PIC tarkoittaa PI-kaaviossa? 1.0p.
b) Mitä demon työohje kertoi PIDSO-säätöalgoritmista? 1.0p.
c) Mitä tarkoitetaan binääritislauksella ja mitä siinä tapahtuu? 2.0p.

Aiheiden 06-10 Tehtävät:
6a. Miksi stabiiliutta ei voi tutkia pätevästi numeerisella simuloinnilla? 1.0p.

6b. Esitä marginaalisen eli kriittisen stabiiliuden määritelmä. Määritelmässä ei mainita siirto-
funktiota eikä siirtofunktiosta laskettavissa/tunnistettavissa olevia lukuja. 1.0p.

6c. Systeemin siirtofunktio on alla. Tutki Routh-testin avulla, onko systeemi BIBO-stabiili:

1

So
0) sursssD

2.0p.

1/3
 

7a. Ulkolämpötila vaihteli pitkään lähes sinimäisesti vuorokauden jaksonajalla arvojen 10 ja 20
välillä. Tämä aiheutti järven veden lämpötilaan jaksollisen vaihtelun arvojen 13 ja 17 välillä.
Päättele annetuista tiedoista ilman lämpötilan ja veden lämpötilan välisen mallin amplitudivah-
vistuksen kuvaajan yhden pisteen molemmat koordinaatit. 1.0p.

7b. Kondensaattorin siirtofunktio sähkövirrasta i kondensaattorin jännitteeseen v on alla oleva
G,;(s). Parametri C on kondensaattorin positiivinen kapasitanssi. Muodosta mallin taajuus-
vaste kulmataajuudelle w, päättele taajuusvasteen Re- ja Im-koordinaatit ja johda taajuusvas-

teen amplitudivahvistus (amplitudivaste) ja vaihe (vaihesiirto, vaihevaste). 3.0p.
I
G,(s)=-<
v (5) =

8a. Esitä stabiiliusvaran määritelmä (ei seurauksia!) lyhyesti mutta täsmällisesti. 1.0p.

8b. Eräässä kiintolevyssä toimilaitteen ja prosessin yhdistelmän siirtofunktio on oheinen G, (s).
Sen Bode-diagrammi on sivulla 3. Palautemittaussysteemin siirtofunktio on yksi. Säätimeksi
valitaan P-säädin. Säätimen vahvistus on 100. Ota sekin huomioon ja päättele säätöpiirin dB-
vahvistusvara ja vaihevara. Tee diagrammiin päättelyäsi tukevia merkintöjä ja dokumentoi ne

kunnolla. Palauta sivu 3 nimelläsi varustettuna konseptisi välissä. 3.0p.
G, (5) = — ==
s(s+20)(s+1000)

9a. Prosessin outputin y riippuvuutta asetusarvostaan 7 voidaan kuvata oheisella siirtofunktiolla.
Tutki Loppuarvoteoreeman avulla säätövirheen käyttäytymistä ajan kasvaessa rajatta, kun
asetusarvofunktio on r(f) =k1,120: 2.5p.

b

Gyls)=—
jr) s? +as+b

9b. Elektroniikassa, mittaustekniikassa ja säätötekniikassa saatetaan tutkia funktiota / , jonka lau-

seke on alla. Tavoitteena on valita p niin, että / on riittävän lähellä ykköstä jopa silloin, kun

k poikkeaa hieman nimellisarvostaan (oletetusta arvostaan) k,. Muodosta funktion f diffe-
rentiaaliherkkyys muuttujan & suhteen pisteelle &, . Kuinka tätä herkkyyttä voi parantaa?

1.5p.

 

= =D
f 1+ pk

10. Valitse kohdista a, b, c korkeintaan kaksi:

a. Lämpötilaa mitattiin Pt-100 -anturilla. Lämpötilan yksikköaskelmuutoksen tuottaman mittaustu-
loksen nousuaika, asettumisaika ja IE-luku olivat 3.3 sekuntia, 6.2 sekuntia ja 1.8 Celsiussekun-
tia. Mittausfunktio lähetettiin valvomoon tietoliikenneteitse. Valvomoon tulokset ehtivät 0.6 se-
kunnin viiveellä. Päättele valvomossa havaitun funktion nousuaika, asettumisaika ja IE-luku.

2.0p.

b. Tehtävän 9a mallin parametri a olkoon jo valittu mutta parametria 6 saa vielä viritellä.

Viritäpä & niin, että mallin askelvaste on mahdollisimman nopea ylityksetön funktio. 2.0p.

c. Luettele säädön eli palautteeseen perustuvan ohjaustavan neljä etua/vahvuutta. 2.0p.

213