Automaatika alused (2)

Automaatika alused
1. Põhimõisted
1.1 Milles seisneb automaatjuhtimine ?
Automaatika on teaduse ja tehnika haru, mis tegeleb automaatseadmete ning automatiseeritavate tehniliste protsesside kontrollimise ja juhtimise meetodite ja vahenditega. Definitsiooni kohaselt on automaatikal kaks põhiharu: automaatkontroll ja automaatjuhtimine.
1.2 Milles seisneb süsteemi orienteeritus?
Süsteemi orientatsioon e suunatoime väljendub süsteemi signaalipaaride vastastikuse toime olulises ebasümmeetrias, millel põhinebki süsteemi sisendsignaali (edaspidi sisend ) ja väljundsignaali (edaspidi väljund) eristamine. Sisend mõjutab väljundit, viimase tagasimõju sisendile aga puudub (on reaalses süsteemis tühine). Orientatsioon on tarvilik igasuguse informatsiooni ülekandmisel.
1.3 Mis iseloomustab süsteemi sisendit ?
Sisend on süstee-mist sõltumatu ja peab süsteemi analüüsil olema teada.
1.4 Mis iseloomustab süsteemi väljundit?
Väljund on orienteeritud süsteemi muutuja , mida mõõdetakse või jälgitakse või mida kasuta-takse teiste süsteemide juhtimiseks (nende sisen-dina).
1.5 Mida teeb juhtimissüsteemis reguleerimisorgan?
Reguleerimisorgan RO on seade, mis muudab juhtimisobjekti sisendit (näiteks toa kütmisel regu-leerimiskraan)
1.6 Mida teeb juhtimissüsteemis täiturmehanism?
Automaatjuhtimise korral käivitab reguleerimisorgani täiturmehhanism TM, milleks on tavaliselt mingi ajam (elektrimootor, hüdrauliline või pneumaatiline ajam).
1.7 Mida teeb juhtimissüsteemis täitur?
Sageli võetakse täiturmehhanism ja reguleerimisorgan kokku üheks seadmeks – täituriks.
1.8 Mida teeb juhtimissüsteemis tajur?
Anduri põhiosaks on tajur T, kus juhtimisobjekti väljund (mingi füüsikaline suurus, näiteks temperatuur, rõhk, vedeliku nivoo, mehaaniline liikumine jne) muundatakse teiseks signaali liigiks, mida on võimalik mõõta, töödelda või edastada. Üsna tihti on selleks elektriline signaal. Näiteks temperatuuri tajuriks võib olla termopaar , mille väljundiks on elektriline pinge (termoelektro-motoorjõud) või ka takistustermomeeter, mille väljundiks on muutuv elektriline takistus
1.9 Mida teeb juhtimissüsteemis mõõtelülitus?
Elektrilise väljundiga tajuri väljundsuuruse mõõtmiseks kasutatakse mitmesuguseid mõõtelülitusi ML.
1.10 Mida teeb juhtimissüsteemis mõõtemuundur?
Edasi muundatakse anduris signaal standardseks signaaliks, seda teeb mõõte- muundur MM.
1.11 Mida teeb juhtimissüsteemis andur ?
Andur muundab objekti väljundi edaspidiseks kasutamiseks sobivaks standardseks signaaliks, paljudel juhtudel on selleks elektriline signaal. Siit paistab välja anduri (ehk laiemalt võttes mõõtmiste) oluline osa automaatjuhtimise süsteemides, sest tagasi-sidestatud automaatjuhtimise esmane eeldus on väljundi mõõtmine.
1.12 Mis süsteemiga on tegemist? (joonis!)
1.13 Mis on süsteemi staatiline ülekandetegur?
Süsteemi staatika on süsteemi kirjeldamine ja analüüs ajas mittemuutuvate sisendite ja väljundite korral. Ülekandeomadusi staatilises olukorras (seos sisend-väljund) kajastab väljundi ja sisendi püsiväärtuste suhe, mida nimetatakse staatiliseks ülekandeteguriks. Lineaarses süsteemis [2] omab see seos kuju K=y/u või y=Ku,
kus K on staatiline ülekandetegur (võimendustegur). Seose graafiline kujutis on joonisel
1.14 Kumma süsteemi staatiline ülekandetegur on suurem? Põhjendage vastust (joonis!)
1.15 Mis on süsteemi dünaamiline karakteristik?
Ülemineku ajaline kulg on dünaamiline karakteristik. Kuna võimalikke ajas muutuvaid sisendsignaale on lõpmata palju, siis kasutatakse nii juhtimissüsteemi kui terviku, aga ka tema üksikute elementide.
1.16 Mis on ülereguleerimine?
Ülereguleerimine määratletakse tavaliselt kui hüppekaja maksimaalväärtuse ja lõppväärtuse vahe protsentides lõppväärtusest,
1.17 Mis on reguleerimise aeg?
Reguleerimisaeg tr on määratud kokkuleppeliselt valitud kõrvalekaldega lõppväärtusest Δ (tavaliselt
Δ=0,05) ja on aeg, kui hüppekaja siseneb Δ poolt määratud koridori ja enam sealt ei välju.
1.18 Mis on ülereguleerimise aeg?
Maksimaalse ülereguleerimise aeg tm on ajahetk, mil hüppekaja omab maksimaalväärtust.
1.19 Mida teeb juhtimissüteemis DAM ( digitaal -analoogmuundur)?
digitaal-analoogmuundur (DAM), mis muudab juhtimisseadme diskreetaja väljundsignaali u(kΔ) täituri pidevaja sisendsignaaliks u(t)
1.20 Mida teeb juhtimissüteemis ADM ( analoog -digitaalmuundur)?
(ADM), mis muudab anduri pidevaja väljund-signaali y(t) juhtimisseadme diskreetaja sisendsignaaliks y(kΔ)
2. Nihketajurid
2.1 Mis on potentsiomeetertajuri kui automaatikasüsteemi elemendi sisendiks, mis tema
väljundiks?
2.2 Mida mõõdetakse tensotajuriga?
Tensotajureid kasutatakse nii deformatsioonide (väikeste nihete) kui ka mehaaniliste pingete mõõtmisel masinate ja mehhanismide detailides ning konstruktsioonides. Neid saab kasutada veel teiste mehaaniliste suuruste (rõhk, vibratsioon, kiirendus jne) mõõtmisel, mis on eelnevalt muun-datud nihkeks.
2.3 Mis on tensotajuri kui automaatikasüsteemi elemendi sisendiks, mis tema väljundiks?
2.4 Millest sõltub tensotajuri väljund?
Sõltub kas asi on deformatsioonidega või mehaanilise pingega.
2.5 Millisel füüsikalisel nähtusel põhineb tensotajuri töö?
Tensotajuri töö põhineb materjalide omadusel, et elektriline takistus muutub materjali mehaanilisel deformeerumisel. Tensotajurite materjalidena kasutatakse metalltraati, fooliumlinte, pooljuhtmaterjalist linte.
2.6 Mis on mahtuvustajuri kui automaatikasüsteemi elemendi sisendiks, mis on tema väljundiks?
2.7 Millise kondensaatori plaatide vahelise nihke korral on mahtuvustajur lineaarse staatilise karakteristikuga? 2.8 Millise kondensaatori plaatide vahelise nihke korral on mahtuvustajur mittelineaarse staatilise karakteristikuga?
2.7-2.8: Mahtuvustajurite korral muundatakse mõõdetav suurus, milleks võib olla näiteks lineaarnihe või nurgamuutus, elektrilise mahtuvuse muutuseks. Kas se suurus on lineaarne või mittelineaarse – sõltub mahtuvusest kus ε on kondensaatori plaatide vahelise keskkonna dielektriline läbitavus, y- plaatidevaheline kaugus, S- plaatide kohakuti olevate osade pindala. Siit on näha, et mahtuvus muutub, kui muutub kas plaatidevaheline kaugus, plaatide kohakuti olevate osade pindala või plaatide vahel oleva keskkonna dielektriline läbitavus,
2.9 Millise staatilise karakteristikuga on pöördenurga mahtuvustajur?
Mahtuvustajur pöördenurga mõõtmiseks on pöördkondensaator, mille plaat 1 on liikumatu, plaat 2 saab pöörduda ümber telje plaadi 1 suhtes. Plaatide vahekaugus ei muutu, sõltuvalt plaadi 2 pöördenurgast α muutub plaatide kohakuti oleva osa pindala ja seega ka kondensaatori mahtuvus.
2.10 Mis on induktiivtajuri kui automaatikasüsteemi elemendi sisendiks, mis on tema väljundiks?
Induktiivtajuri töö põhimõtet selgitab joonisel 3.12 toodud skeem. Südamikule on mähitud mähis, millele on raken-datud vahelduvpinge Uv. Mähise poolt tekitatud magnetvoog Φ sulgub läbi õhupilude δ ja ankru. Ankur on mehaaniliselt kinnitatud detailile, mille nihet mõõdetakse. Joonisel pole detail näidatud, küll aga võib mõõdetav nihe olla nii verti -kaalsuunaline (y1) kui ka horisontaalsuunaline (y2). Ankru nihkumine muudab magnetahela magnetilist takistust, selle tulemusena muutub mähise induktiivsus ja seega ka mähist läbiva vahelduvvoolu tugevus I.
2.11 Mis on diferentsiaalse induktiivtajuri kui automaatikasüsteemi elemendi sisendiks, mis on tema väljundiks?
Diferentsiaalsel induktiivtajuril on kaks magnetahelat ühise ankruga (vt joonis 3.14), millega kompenseeritakse ankrule mõjuvat elektromehaanilist jõudu. Mähised 1 ja 2 oma induktiivsustega L1 ja L2 (või vastavate reaktiivtakistustega) moodus-tavad sildlülituse kaks õlga, aktiivtakistused R ülejäänud kaks. Mähised on identsed. Sildlülituse ühte diagonaali antakse vahelduvvooluline toite-pinge Uv , teisest diagonaalist saadakse väljundpinge Uy. Kui ankur on keskasendis, st y=0, siis L1 = L2 ja sild on tasakaalus ning Uy=0. Kui ankur viiakse keskasendist kõrvale, siis ühe mähise induktiivsus suureneb, teisel aga väheneb sõltuvalt nihke y suunast . Silla tasakaal rikutakse , tekib väljundpinge Uy, mille faas omakorda, sõltuvalt nihke suunast, muutub 180º. Faasi muutuse kindlakstegemisel tuleb väljundpinget Uy töödelda, näiteks kasutades faasitundlikku alaldajat. Tähistades selle väljundi Uy, saame joonisel 3.15. kujutatud staatilise karakteristiku.
3. Rõhutajurid
3.1 Mida saab mõõta sülfooniga?
Sülfoon on õhukeseseinaline, tavaliselt metallist, gofreeritud toru, vt joonis 3.20. Olenevalt sisemise (mõõdetava) ja välise (tavaliselt atmosfääri) rõhkude vahest sülfoon kas pikeneb või lüheneb.
3.2 Mis on sülfooni kui automaatikasüsteemi elemendi sisendiks, mis on tema väljundiks?
3.3 Kuidas saab muuta sülfooni (kui automaatikasüstemi elemendi) väljundi elektriliseks signaaliks?
3.4 Millel põhineb membraani kui rõhutajuri töö?
3.5 Mis on membraani kui automaatikasüsteemi elemendi sisendiks, mis on tema väljundiks?
Membraan on kujult tavaliselt ümmargune õhuke plaat, mis on kinnitatud mööda väliskontuuri.
3.6 Kuidas saab muuta membraani (kui automaatikasüstemi elemendi) väljundi elektriliseks signaaliks?
3.7 Mida mõõdetakse difmanomeetriga?
Kui tekib vajadus mõõta kahe rõhu vahet, siis kasutatakse difmanomeetrit,
3.8 Mis on difmanomeetri kui automaatikasüsteemi elemendi sisendiks, mis on tema väljundiks?
3.9 Kuidas saab muuta difmanomeetri (kui automaatikasüstemi elemendi) väljundi elektriliseks signaaliks?
Eespool toodu põhjal muundatakse rõhk esmalt mehaaniliseks nihkeks. Kuna enamus automaatika-süsteeme on elektrilised, siis järgnevaks probleemiks on nihke muundamine elektriliseks suuruseks, mida on võimalik mõõta. Põhimõtteliselt sobivad selleks kõik vaadeldud nihketajurid.
4. Kulutajurid
4.1 Millisel füüsikalisel nähtusel põhineb kulumõõtja-difmanomeetri töö?