Soojusautomaatika eksami vastused (0)

Tallinna Tehnikaülikool - Masinaehitus - Soojusautomaatika

5 VÄGA HEA

Soojusautomaatika eksamiküsimuste vastused

Põhimõisted automatiseeritud tootmise alalt. Automaatikasüsteemide klassifikatsioon nende otstarbe järgi. Näited.
Automatiseeritud tootmise põhimõisted:

Objekt

Regulaator

Andur

Tajur

Automaatikasüsteem
Automaatikasüsteemide klassifikatsioon otstarbe järgi:

Automaatreguleerimise süsteemid (ARS)

Distantsioonjuhtimise süsteemid (DJS)

Tehnoloogilise kaitse süsteemid

Automaatblokeeringu süsteemid (ABS)

Reservseadme automaatse käivitamise süsteem (RAKS)

Automaatsed tehnoloogilise kontrolli süsteemid (ATKS)

Signalisatsioonisüsteemid (SS) valgus ja helisüsteemid

Tehnoloogiline SS andmed seadmete töö ja üksikute parameetrite kohta

Avarii SS teatavad võimalikest avariilistest olukordadest ja juba tekkinud avariidest

tsentraalsed SS on ette nähtud signalisatsioonisüsteemi korrasoleku ja töövalmiduse kontrolliks

Komando SS sidemete loomiseks üksikute tööpunktide vahel.
Katlaautomaatika eesmärgid

reguleerimisautomaatika

ohutusautomaatika
Reguleerimisautomaatika peab tagama parameetrite hoidmise soovitava väärtuse juures.
Ohutusautomaatika peab tagama katla ja tema abiseadmete ohutu töö, plahvatuste ja lõhkemiste vältimise.

Põhimõisted automaatreguleerimissüsteemide (ARS) alalt
Reguleerimise all mõistetakse toimingut, mille eesmärgiks on teatava parameetri soovitava väärtuse tagamine. 1. käsitsi, 2. automaatreguleerimine
Reguleerimise objekt on tehniline seade, millel viiakse läbi automaatreguleerimist (aurukatel, auruturbiin , soojusvaheti, soojussõlm)
Automaatreguleerimissüsteem (ARS) koosneb:

reguleerimisobjektist:

automatregulaatorist (AR)
AUTOMAATJUHTIMISE STRUKTUURSKEEM ,
g(t) Xh(t)
ARS sisend XR(t) Xob(t)
RO tööd iseloomustatakse reguleeritava suuruse hetkväärtusega (t) aeg
Xob reguleeritav suurus
Automaatreguleerimiseks on vaja ette anda soovitatava suuruse väärtus – seaduriga
Summaator ehk võrdluselement võrdleb reguleeritava parameetri hetkväärtust ja etteantud väärtust.
Xob(t) reguleeritava parameetri hetkväärtus
g(t) etteantud väärtus (seadeväärtus)
ε(t) kõrvalekalle e. hälve ε(t) = g(t)- Xob(t)
XR(t) reguleeritav toime (regulaatori toime objektile )
Xh(t) häiriv toime (häiriv mõju, häiring)
ARS koostisosi nimetatakse lülideks.
Tagasiside all mõistetakse mõju või toimet, mis on suunatud lüli või süsteemi väljundist tema sisendisse.
Peatagasiside on tagasiside tingimata väljundist sisendisse.
Tehakse vahet positiivse ja negatiivse tagasiside vahel. Tagasiside on positiivne kui summaatoris liituvad kaks signaali: tagasiside signaal ja lüli sisendisse otsesuunas antud signaal.
TS on negatiivne kui kaks signaali on vastassuunalised.

Automaatreguleerimissüsteemide klassifikatsioon. ARS näited.
Reguleeritava parameetri järgi

Temperatuur

Rõhk

Vooluhulk
Jne.
Muutustega kohanemine:
Adaptiivne Iseseaduvad, iseorganiseeruvad, iseõppivad automaatreguleerimissüsteemid on vähemal või suuremal määral võimelised analüüsima reguleeritava või juhitava süsteemi (ühe või mitme agregaadi ehk objekti) töörežiimi ja selle alusel viimast täpsustama. Arvutitega reguleerimine.
Mitteadaptiivne
Reguleeritava suuruse tasakaaluväärtuse järgi
ARS jagatakse staatilisteks ja astaatilisteks sõltuvalt reguleeritava suuruse tasakaaluväärtusest. Reguleerimissüsteemi loetakse tasakaalus olevaks siis, kui reguleeritav suurus on muutumatu, regulatsioonisüsteem on välja lülitatud ja objektile ei mõju ühtegi häiringut. Kui objektile mõjub häiring, siis algab reguleerimisprotsess, mille vältel reguleeritav suurus muutub. Reguleerimisprotsess lõpeb uue tasakaaluolukorra saabumisega. Väga paljud seadmed peavad töötama muutuva koormusega.
Astaatiline, automaatreguleerimissüsteem: reguleeritava suuruse tasakaaluväärtus on konstantne sõltumata objekti koormusest.
Staatiline, automaatreguleerimissüsteem: reguleeritava suuruse tasakaaluväärtus sõltub mõnevõrra objekti koormusest. Kasutatakse statismi mõistet:
δ=2 – 4 %
Toime pidevuse järgi:

Pidevatoimelised regulaatorid , kus regulaator on objektiga ühenduses püsivalt ja tema poolt avaldatav reguleeriv toime on reguleeritava suurusega pidevas seoses.

Diskreetse toimega regulaatorid, mis jagunevad omakorda

releetoimelisteks

Impulssregulaatoriteks
Releetoimelisel reguleerimisel on regulaator objektiga ühenduses küll kogu aeg, kuid tema poolt avaldatav toime on katkeline, omades kaks või enam diskreetset väätust.(näiteks temperatuuri reguleerimine temperatuurireleega varustatud elektriküttekeha abil)
Impulssreguleerimist kasutatakse suhteliselt suure inertsiga aeglasetoimeliste objektide puhul. Ühe automaatregulaatori abil juhitakse samaaegselt mitut samalaadset objekti. Selleks kasutatakse automaatset kommutaatorit, mis lülitab regulaatori perioodiliselt ümber ühelt objektilt teisele.
Keerukuse järgi: Ühe ja mitmekontuurilised

ühekontuurilised: üks regulaator reguleerib ühte objekti või ühte parameetrit

mitmekontuurilised: Mitme füüsikalise suuruse (protsessi või objekti) üheaegne reguleerimine. Reguleerimisobjekt kuulub üheaegselt mitmesse vastastikku rohkem või vähem sõltuvasse süsteemi ja temale toimib mitu regulaatorit.
Otsetoime regulaator töötab jõu või energia arvel, mida arendab andur. Nt. WC-ujuk
Kaudse toimega reguleerimissüsteem kasutab välist energiaallikat.

ARS ehituse põhiprintsiibid.
AUTOMAATJUHTIMISE STRUKTUURSKEEM,
g(t) Xh(t)
ARS sisend XR(t) Xob(t)
RO tööd iseloomustatakse reguleeritava suuruse hetkväärtusega (t) aeg
Xob reguleeritav suurus
Automaatreguleerimiseks on vaja ette anda soovitatava suuruse väärtus – seaduriga
Summaator ehk võrdluselement võrdleb reguleeritava parameetri hetkväärtust ja etteantud väärtust.
Xob(t) reguleeritava parameetri hetkväärtus
g(t) etteantud väärtus (seadeväärtus)
ε(t) kõrvalekalle e. hälve ε(t) = g(t)- Xob(t)
XR(t) reguleeritav toime (regulaatori toime objektile)
Xh(t) häiriv toime (häiriv mõju, häiring)
ARS koostisosi nimetatakse lülideks.

Otsene ja kaudne reguleerimine. Otsetoime regulaatorid temperatuuri reguleerimiseks ja kulu, vooluhulga ning rõhu reguleerimiseks. Näited.
Mistahes reguleerimissüsteemi korral on tarvis kasutada teatud jõudu reguleerimisorgani asendi muutmiseks. Jõudu on tarvis hõõrdejõu ületamiseks, raskusjõust tingitud momendi ületamiseks, rõhkude vahest tingitud jõu ületamiseks.
Reguleerimisorganid võivad olla väga väikesed ja väga suured. Vastavalt sellele ka reguleerimiseks vajalik energia.
Otsetoime regulaator töötab jõu või energia arvel, mida arendab andur.
Kaudse toimega reguleerimissüsteem kasutab välist energiaallikat.
Otsetoime e. omajõulised reguleerimissüsteemid on lihtsamad ja odavamad, kuid neid ei õnnestu kasutada igas olukorras. Puuduseks on ka see, et ei ole võimalik realiseerida keerulisi reguleerimisalgoritme.
Kaudse toimega reguleerimise järgi tekib vajadus, kui väljundsignaalid on nii nõrgad, et ei ole küllaldased reguleerimisorgani asendi muutmiseks.
Otsetoime regulaatorid kulu reguleerimiseks: I.I. Polzunovi aurumasina nivooregulaator ja J. Watti aurumasina pöörete arvu regulaator SA leht 2 lk. 2.

Ühe- ja mitmekontuurilised automaatreguleerimissüsteemid.
Keerukuse järgi: Ühe ja mitmekontuurilised
A) ühekontuurilised: üks regulaator reguleerib ühte objekti või ühte parameetrit
B) mitmekontuurilised: Mitme füüsikalise suuruse (protsessi või objekti) üheaegne reguleerimine. Reguleerimisobjekt kuulub üheaegselt mitmesse vastastikku rohkem või vähem sõltuvasse süsteemi ja temale toimib mitu regulaatorit.

Stabiliseerivad-, programm- ja jälgivsüsteemid. Näited. Staatiline ja astaatiline reguleerimine. Näited.
Stabiliseeriva automaatreguleerimise eesmärgiks on hoida reguleeritav suurus, reguleerimisobjekti väljundsuurus, küllaldase täpsusega nõutaval väärtusel. See tähendab, et väliste häiringute puudumisel peab süsteem olema tasakaalus: y=y0 ja võrdlusskeemi väljundis hälve puudub: ε=y-y0=0.
Kui objektile mõjuvad häiringud, siis kaldub reguleeritav suurus esialgsest kõrvale ja tekib hälve ε≠0. Hälve on regulaatorile sisendsignaaliks, mille toimel regulaator avaldab objektile reguleerivat toimet μ. μ peab olema ε-le vastasmärgiline, sest on suunatud hälbe likvideerimisele. Kui automaatreguleerimissüsteem likvideerib hälbe ja taastab tasakaaluolukorra y=y0, siis asub reguleerimisseadis uues asendis s=s0+sh, kus sh on püsiva häiringu kompenseerimiseks vajalik reguleerimisorgani asendi muutus.
Kui esialgset tasakaalu rikkunud häiring kaob, siis on see uueks häiringuks, mille regulaator peab likvideerima. Muude tingimuste samaks jäädes, peab automaatreguleerimissüsteemi reguleerimissüsteemi reguleeriv organ naasma oma esialgsesse asendisse s. Kui ta seda suudab, siis on automaatreguleerimissüsteem stabiilne.
Stabiilsuseks nimetatakse automaatreguleerimissüsteemi omadust: kui süsteem mingi põhjuse (häiringu) poolt tasakaalust välja viiakse ja see põhjus seejärel kaob, peab süsteem endisesse tasakaaluolukorda tagasi pöörduma, kui muud tingimused vahepeal muutunud ei ole.
Reguleerimisprotsess ise võib olla ajalise kuju poolest kahesugune . Aperioodilise protsessi korral viiakse tekkinud hälve regulaatori toimel uuesti nullini või püsirežiimis lubatavasse piiridesse monotoonselt, ilma et reguleeritav suurus ületaks nivood y0. Võnkuvat siirdeprotsessi iseloomustab ülereguleerimine, kus siirdeprotsess kujutab endast reguleeritava suuruse sumbuvat võnkumist uue püsiväärtuse ümber. Võngete suurus ja iseloom ei olene ainult reguleeritavast objektist, vaid ka regulaatori juhttoimest s.t. reageerimisest reguleeritava suuruse hälbele selle tekkimisel ja muutumisel ajas.
Ebastabiilne automaatreguleerimissüsteem ei ole töövõimeline. Juhusliku häiringu tagajärjel tekib püsiv hälve ja süsteem ei ole võimeline tasakaaluolukorda ise tagasi minema. Võnkumise korral võivad võnked kesta muutumatu amplituudiga. Sel juhul töötab süsteem stabiilsuse piiril . Tavaliselt võnkeamplituud kasvab.
Automaatreguleerimissüsteemi stabiilsus oleneb nii objekti kui ka regulaatori dünaamilistest omadustest ja nende kokkusobivusest. Üks ja sama süsteem võib olla stabiilne või mittestabiilne olenevalt regulaatori häälestamisest.
Stabiilsuse kadumise oht on iseloomulik suletud süsteemidele, kus põhitagasiside võib lakata õigesti toimimast. Võnkumiste ja võimalike mittestabiilsuste põhjuste selgitamiseks vaatleme vee temperatuuri reguleerimist, kus külma vette lisatakse kuuma vett. Temperatuuriandur asub reguleerimisklapist teatud kaugusel allavoolu. Kui reguleeritud vee temperatuur külma vee temperatuuri järsu alanemise tagajärjel samuti alaneb ajahetkel t0, siis jõuab signaal andurini aja τ pärast. Seega reageerib andur vee temperatuuri muutusele ajahetkel t1 = t0+ τ. Ajavahemik τ oleneb klapi ja anduri vahelisest kaugusest ja vee kiirusest. Kui oletada, et mõõteseadis ja regulaator on inertsivabad ja toimivad silmapilkselt, siis alates hetkest t1 ilmub regulaatori väljundile reguleeriv toime μ=-kε, mille tulemusena reguleerimisklapp avaneb rohkem ja lisatava kuuma vee hulk suureneb. Kui klapp avanemine ja vee segunemine toimub kiiresti, siis tõuseb ka vee temperatuur kiiresti. Signaal sellest jõuab aga andurini alles aja τ pärast. Selle aja sees on aga reguleeritud vee temperatuur tõusnud esialgsest tasemest kõrgemale ja tegelik hälve on muutunud vastasmärgiliseks. Seepärast annab andur hetkel t2=t0+2τ signaali temperatuuri alandamiseks. Edasi protsess kordub. Osa ajast τ, mille võrra signaal hilineb, kulub hälbe likvideerimisele ja osa uue vastasmärgilise hälbe tekitamisele. Tekib võnkuv protsess perioodiga T=2τ ja sagedusega f=1/T=1/2τ, mis on reguleerimissüsteemi ehitusega määratud.
Võnkumiste tekkimiseks on olukord kõige soodsam , kui signaalide hilistus objektis ja mõõteriistas on just nii suur, et reguleeriv toime on kogu aeg vastasmärgiline reguleeritava suuruse tegeliku hälbega. Reguleeritava suuruse muutus jääb reguleerivast toimest maha 180°. Kuna regulaator muudab signaali samuti 180°, siis on summaarne faasimuutus 360° ja süsteem läheb igast juhuslikust häiringust võnkuma. Sagedust, millega süsteem sel juhul võngub, nimetatakse süsteemi kriitiliseks sageduseks (omavõnkesagedus).
Võnkumiste tekkimine vee temperatuuri reguleerimissüsteemis
Igal automaatreguleerimissüsteemil on oma kriitiline sagedus, sest olgu süsteem nii kiiretoimeline kui tahes, mingi ajaline inerts on tal ikkagi, mis põhjustab ringleva signaali faasi nihkumist . Kas süsteem on stabiilne, kus võnkumised sumbuvad, mittestabiilne järjest suureneva amplituudiga võnkumisega, või stabiilsuse piiril püsiva amplituudiga võnkuv, oleneb kontuuri elementide võimendusteguritest kriitilisel sagedusel f0.
Süsteemi stabiilsuseks on tarvis, et avatud süsteemi võimendustegur kriitilisel sagedusel oleks väiksem kui üks. Kui avatud süsteemi võimendustegur kriitilisel sagedusel on suurem kui üks, ei ole see automaatreguleerimissüsteem talitlusvõimeline – kontuuri sulgemisel osutub ta mittestabiilseks.
Kui süsteemi sageduskarakteristikud on teada, saab süsteemi stabiilsust kontrollida. Kui summaarne logaritmiline amplituudkarakteristik on kriitilisel sagedusel f0 ühest väiksem, siis on süsteem stabiilne. Kriitilisel sagedusel langeb faasikarakteristik φ(ω) –180°-ni.
Reguleerimissüsteemi stabiilsuse ja reguleerimisprotsesside iseloomu matemaatiline analüüs seisneb süsteemi vabaliikumise võrrandi uurimises.
Selleks, et lineaarse ja konstantsete kordajatega diferentsiaalvõrrandiga kirjelduv automaatreguleerimissüsteem oleks stabiilne, on tarvilik ja piisav, kui selle süsteemi diferentsiaalvõrrandile vastava karakteristliku võrrandi reaaljuured on negatiivsed ja kompleksjuurte reaalosad samuti negatiivsed
H. Nyquisti kriteerium (1932): automaatreguleerimissüsteem (ARS), mis on avatud olekus stabiilne, on stabiilne ka suletuna, kui avatud süsteemi amplituudi- ja faasikarakteristik sageduse ω muutumisel 0→∞ ei haara komplekstasapinnal punkti koordinaatidega (-1, i0).
Kui süsteem on avatuna ebastabiilne ja tema karakteristliku võrrandi juurtest m on positiivse reaalosaga, siis sama süsteem suletuna on stabiilne, kui tema (avatud) amplituudi- ja faasikarakteristik ω muutumisel 0→∞ haarab punkti (-1, i0) m/2 korda
Kõik suletud kontuuriga I ja II järku võrrandiga ARS on alati stabiilsed. Mittestabiilsus saab esineda ainult III ja kõrgemat järku siirdevõrrandiga süsteemides.
Astaatiline, automaatreguleerimissüsteem: reguleeritava suuruse tasakaaluväärtus on konstantne sõltumata objekti koormusest.
Staatiline, automaatreguleerimissüsteem: reguleeritava suuruse tasakaaluväärtus sõltub mõnevõrra objekti koormusest. Kasutatakse statismi mõistet:
δ=2 – 4 %

Pidev ja diskreetne reguleerimine. Kahe- ja kolmepositsiooniline reguleerimine. Näited.

Pidevatoimelised regulaatorid, kus regulaator on objektiga ühenduses püsivalt ja tema poolt avaldatav reguleeriv toime on reguleeritava suurusega pidevas seoses.

Diskreetse toimega regulaatorid, mis jagunevad omakorda

releetoimelisteks

Kahepositsiooniline

Kolmepositsiooniline
Iga reguleerimisseadust saab kirjeldada põhivõrrandiga (dif. integr . võrrand) regulaatori ülekandefunktsiooni abil.
Enamikel juhtudel aetakse läbi lineaarse reguleerimisega. Rangemas käsitluses päris lineaarset reguleerimisseadust on raske realiseerida, lineaarne reguleerimine on teatud määral mittelineaarne. Kõik reguleerimisseadused on idealiseeritud, nad on tüüpiliste mudelite karakteristikud ja vastavad reaalse reguleerimisaparatuuri omadustele ainult ligikaudu. Täpsemal vaatlusel osutuvad mudelitest erinevaks nii regulaatorite võrrandid, siirdekarakteristikud kui ka kõik ülejäänud karakteristikud.
Mistahes reaalse regulaatori erinevust vastavast mudelist saab näidata regulaatori ülekandefunktsiooni abil, esitades selle lähimale reguleerimisseadusele (P, I, PI, PID või PD) vastava ideaalregulaatori ülekandefunktsiooni WIR(s) ja nn. ballastülekandefunktsiooni korrutisena.
WR(s)=WIR(s)WB(s)
Mida vähem ballastülekandefunktsioon erineb ühest, seda paremini vastab regilaatori toime nimi-reguleerimisseadusele.
Lineaarsed reguleerimisseadused realiseeritakse pidevatoimelistel regulaatoritel, kusjuures regulaatori pidev toime ei taga veel lineaarsust. Need pole kattuvad mõisted. Positsioonreguleerimine teostatakse releedega.
Releetoimeline kahepositsiooniline ( binaarne ) regulaator.
Kahepositsioonilisel e. binaarregulaatoril on kaks olekut (lahti, kinni), mis vastavad 100 % või 0 % signaalile.
Reguleerimisel toimub reguleeritava suuruse võnkumine sätteväärtuse ümber. Võnkumise amplituud ja periood on seda suuremad, mida suurem on süsteemi hilistusaja τ ja ajakonstandi T suhe. Niisuguseid regulaatoreid kasutatakse peamiselt lihtsates temperatuuri reguleerimise süsteemides, nagu elektriküttekehad, -ahjud, - radiaatorid .
Binaarregulaatori omadusi saab parandada (nt. suure hilistusega ahjude puhul) elektrooniliste tagasisidede abil. Tagasisidet kasutatakse lülitussageduse suurendamiseks, mis aitab vähendada ka võnkumise amplituudi. Lisaks sellele paranevad juhtimisomadused dünaamilises talitluses. Lülitussagedus võib olla piiratud väljundmooduliga. Mehhaaniliste täiturite puhul (nt. Releede ja kontaktorite korral) ei tohiks lülitussagedus olla suurem kui 1.... % lülitust minutis. Suuremaid lülitussagedusi võimaldavad pooljuhtkommutaatorid (nt. IGBT transistoridel või türistoridel lülitid). Suure lülitussageduse tõttu pole väljundsuuruse võnkumine enam märgatav ning reguleerimisel saadakse pidevreguleerimisega võrreldavad tulemused.
Kui pidevreguleerimise korral on regulaatori väljundis pidevsignaal, siis tagasisidega binaarregulaatori puhul on regulaatori juhttoimeks pulsilaiusmoduleeritud signaal.
Kolmepositsiooniline reguleerimine
Nendel regulaatoritel on väljundis kaks lülitit. Regulaatori talitlust saab optimeerida elektrontagasiside abil.

Reguleerimisorganid gaasilise keskkonna ja vedelike kulu reguleerimiseks. Kahe-tee ja kolme-tee ventiilid . Reguleerimisorganite karakteristikud. Mootorajamiga reguleerimisorganid. Magnetajamiga klapid (solenoidklapid).
Reguleerimisorganid võivad olla väga väikesed ja väga suured. Vastavalt sellele ka reguleerimiseks vajalik energia.
Otsetoime regulaator töötab jõu või energia arvel, mida arendab andur.
Kaudse toimega reguleerimissüsteem kasutab välist energiaallikat.
Otsetoime e. omajõulised reguleerimissüsteemid on lihtsamad ja odavamad, kuid neid ei õnnestu kasutada igas olukorras. Puuduseks on ka see, et ei ole võimalik realiseerida keerulisi reguleerimisalgoritme.
Kaudse toimega reguleerimise järgi tekib vajadus, kui väljundsignaalid on nii nõrgad, et ei ole küllaldased reguleerimisorgani asendi muutmiseks.
Suitsugaaside koostise määramiseks kasutatakse magnetilisi gaasianalüüsi andureid , mille töö põhineb gaasikomponentide erineval käitumisel magnetväljas.
Gaas - või vedelkütuse korral peatatakse kütuse juurdevool solenoidklappide abil.
Tööstuslikud regulaatorid, üldiseloomustus.
Reguleerimiseks kasutatakse põhiliselt tööstuslikult toodetud regulaatoreid. Need võivad olla:

eriotstarbelised

üldotstarbelised
Eriotstarbelised on ette nähtud teatud objektide grupile, näiteks hoonete soojussõlmede küttevee temperatuuri regulaatorid. Nad võtavad arvesse objekti iseärasusi.
Üldotstarbelised ei ole seotud kindla objektide klassiga, neid võib kasutada väga mitmesuguste objektide reguleerimiseks.
Osa tööstuslikult toodetud regulaatoreid on sobitatud kindla anduri tüübiga, näiteks termopaaridega. Teine osa võimaldab kasutada unifitseeritud nivooga sisendsignaali spetsiaalsetest anduritest, nt. alalisvoolu signaal vahemikus 4÷20 mA või 0÷5 mA. Oluline pole mitte andur, vaid anduri väljundsignaali suurus.
Andurid peavad töötama koos täiturmehhanismidega, mis on väga erinevad. Tänapäeval on põhiliselt elektrilised , vahelduvpinge asünkroonmootorid, mis pannakse tööle impulssrežiimis.
Reguleerimisteooria alused

Lineaarsed ja mittelineaarsed ARS. Tüüpilised mittelineaarsed karakteristikud. ARS uurimise ülesanded ja meetodid. Protsessid dünaamilistes süsteemides. Staatika ja dünaamika karakteristikute ja võrrandite mõisted.
Igas reguleerimissüsteemi lülis kulgeb signaal elemendi sisendist väljundile. Kuna elemendi sisend- ja väljundsignaali kandjateks võivad olla mitmesugused füüsikalised suurused, siis ei tarvitse sisend- ja väljundsignaalide mõõtühikud omavahel kokku langeda (reguleerimisklapi varda pikkus sentimeetrites, rõhu muutus paskalites e. N/m2).
Püsirežiimil on signaali tugevus lüli sisendis ja väljundis püsiv (tema muutumise kiirus ja kiirendus on nullid ). Kui me sisendsignaali muutmisel leiame igale tema püsiväärtusele vastavad püsivad väljundsignaali väärtused, siis võime need uuritavale elemendile iseloomuliku väärtused kanda tabelisse või graafikule selle elemendi staatilise karakteristikuna. Kui püsiolekus elemendi sisendsignaali muuta mingi hälbe Δxs võrra, siis saame staatiliselt karakteristikult leida, kui suureks kujuneb hälve Δxv uue püsiolukorra saabumisel pärast siirdeprotsessi (üleminekuolukorra) lõppu.
Kui elemendi staatiline karakteristik on kujult sirgjooneline (lineaarne), siis on kõik tema punktid (kõik lüli püsiolekud) arvutatavad sirge võrrandi abil ja sellist lüli (elementi) nimetatakse lineaarseks.
Tegelikult on suur osa reguleerimisobjektidest ja reguleerimisaparatuurist oma olemuselt mittelineaarsed, nende staarilised karakteristikud on kas kõver- või murdjoonelised. Kuid paljude staatiliste karakteristikute olulistes tööpiirkondades, mis on väikesed, on karakteristikud ligilähedased lineaarsetele – karakteristikud on lineariseeritavad.
Releed ja lõtkuga elemendid.
Kui kõik reguleerimiskontuuri moodustavad elemendid on lineaarsed, siis ka kogu automaatreguleerimissüsteem on lineaarne. Juba ühe oluliselt mittelineaarse elemendi olemasolu muudab kogu süsteemi mittelineaarseks.
Lineaarse või lineariseeritud staatilise karakteristikuga elemendi püsiva väljundsuuruse ja seda põhjustanud sisendsuuruse, samuti nende vastavate hälvete suhe on igas elemendi töökarakteristiku punktis ühesugune, konstantne. Seda suhet, mida saab avaldada ka lineaarse karakteristiku tõusunurga α tangensina, nimetatakse elemendi staatiliseks ülekandeteguriks. Ülekandetegur on dimensiooniga suurus.
Reguleerimissüsteemi elemendid vaatamata oma mitmekesisusele, mõjutavad läbivaid signaale vaid mõnel üksikul oluliselt erineval viisil. Elementide omaduste väljaselgitamiseks kasutatakse kokkulepitud standardse iseloomuga sisendsignaale. Tüüpilisemaid on hüppesignaal.
Vaatame sisend – ja väljundsignaalide muutuste lõplikke väärtusi. Staatiline ülekandetegur on sellisel juhul:
kus xv on väljundsuuruse ühikutes ja xs on sisendsuuruse ühikutes.
Suhtelised hälbed:
ja
kus xsN ja xvN on staatilise karakteristiku tööpunkti nimiväärtused
Suhteline ülekandetegur ehk võimendustegur
Kui elemendi tööpunkt katab staatilisel karakteristikul teatud tööpiirkonna, milles ei ole võimalik määrata ühtki eelisolekut, sobivad baassuurusteks tööpiirkonna keskmised suurused:
Võimendustegur on siis
k on dimensioonita suurus, näitab tundlikkust.

Dünaamika diferentsiaalvõrrandite koostamine. Dünaamika diferentsiaalvõrrandite lineariseerimine. Näited.
Automaatreguleerimissüsteemides on tavaliselt mõni mittelineaarne osa ( graafik pole sirgjoon ). Lineariseerimiseks valitakse teatud algpunkt.
xsis=xsis,0+Δxsis
Mittelineaarne funktsioon arendatakse Taylori ritta :
See on sisuliselt mittelineaarne võrrand. Ligikaudu lineaarne võrrand saadakse, kui eeldatakse, et Δxsis läheneb nullile ehk on väga väike, ja mida suurem on tema aste, seda väiksem ta on ning võrrandi võib kirjutada kujul:
See on nüüd ligikaudu lineaarne võrrand.
Esimene tuletis on puutuja tõusunurga tangens ja selle puutuja väärtuse ligikaudse väärtuse saab määrata.
Lineariseerimine annab seda täpsemad tulemused, mida väiksem on Δxsis.

Konstantsete kordajatega dünaamika diferentsiaalvõrrandite lahendamine.
Konstantsete kordajatega lineaarne dünaamika diferentsiaalvõrrand on üldkujul järgmine:
an,… a0, bm,… b0, ck,….. c0 on konstantsed kordajad , mis tulevad arvuliste suurustena sisse kui koostada diferentsiaalvõrrand reaalse süsteemi kohta. Indeksitest n (võrrandi esimene kolmandik) tähistab süsteemi väljundsuurust, m (teine kolmandik) tähistab häiringu mõju ja k tähistab regulaatori toimet.
Terve objekti diferentsiaalvõrrandi järk võib osutuda väga kõrgeks, eriti soojuslike objektide korral. Diferentsiaalvõrrandi koostamisel jagatakse üldkuju suureks arvuks osadeks , millest igaüks omab konstantset temperatuuri ja vastavat soojusmahtuvust. Mida suuremaks valida osade arv, seda täpsem on diferentsiaalvõrrand ja seda kõrgem on võrrandi järk, kusjuures n≥m≥k.
Kui võtta reguleerimise ja häiringu toime kokku, siis saadakse uus võrrand:
Diferentsiaalvõrrandi lahendamine
xv(t)=xvvl(t)+xvsl(t)
xvvl(t) on vabaliikmete komponent , mis kajastab süsteemi muutumist juhul kui puudub väline toime või kui see on minimaalne.
xvsl(t) on sundliikmete komponent, mis kajastab süsteemi parameetrite muutumist välise toime olemasolul .
Diferentsiaalvõrrandi lahendamise etapid

Määratakse homogeense diferentsiaalvõrrandi üldlahend

Määratakse mittehomogeense diferentsiaalvõrrandi erilahend

Määratakse mittehomogeense diferentsiaalvõrrandi üldlahend

Määratakse mittehomogeense diferentsiaalvõrrandi omalahend
Mittehomogeenne diferentsiaalvõrrand
Homogeenne võrrand saadakse eeldusel, et f(sis)=0,:
Homogeense diferentsiaalvõrrandi lahendeid otsitakse kujul: xvvl(t)= Cest , kusjuures C ja s on esialgu tundmatud.
Lahendi esimene tuletis:
Teine tuletis:
Asendades võrrandisse saame:
a2Cs2est+a1Csest+a0Cest=0
Eeldusel, et C ja est ei võrdu nulliga, jagame avaldise läbi Cest-ga.
Saadakse lineaarse diferentsiaalvõrrandi karakteristlik võrrand:
a2s2+a1s+a0=0
Lahendusvariandid :

s1 ja s2 on mittevõrdsed reaallahendid: s1≠s2

s1 ja s2 on võrdsed reaallahendid: s1=s2=s

s1 ja s2 on komplekslahendid: s1=a+i·b; s2=a- i·b
Reaallahendite korral saadakse monotoonne siirdeprotsess, komplekslahendite korral on tegu võnkeprotsessiga.
2. etapp: sundliikumise komponendi leidmiseks vaadeldakse süsteemi käitumist välise toime e. mõju olemasolul. Võib kasutada suvaliste konstantide varieerimise meetodit e. Langrange meetodit. C1 ja C2 määratakse nii, et oleks rahuldatud ka mittehomogeenne diferentsiaalvõrrand.
3. etapp: Liidetakse kokku vaba- ja sundliikumise komponendid.
4. etapp: Integreerimiskonstantide leidmiseks on vaja algtingimusi igale järgule. Algtingimused peavad kajastama süsteemi olekut vaatluse alghetkel : xv,t=…=0;
; Nullilised algtingimused
Kõige lihtsam on integreerimiskonstantide leidmine siis, kui vaatluse alghetkel on süsteem täielikus tasakaalus.
Üldkujul antakse karakteristlik võrrand:
anpn+an-1pn-1+an-2pn-2+…+a1p+a0=0
Sellel on n lahendit. Üks lahendamise võimalustest on tähistada polünoom kujul:
f(x)= anpn+an-1pn-1+an-2pn-2+…+a1p+a0
Andes ette p väärtusi saab leida polünoomi nullkohad. Saab leida ainult reaallahendeid.

Laplace ’i otsene ja pöördteisendus. Laplace’i teisenduse põhiomadused. Dünaamika diferentsiaalvõrrandite lahendamine Laplace’i integraalse teisenduse meetodil.
Laplace’i otsese teisenduse mõisted:

Funktsioon on tehe ( eeskiri ), mis seab antud arvule vastavusse mingi teise arvu. Näiteks: y= sinx ; y=2x; y=x2

Funktsionaal on tehe (eeskiri), mis seab igale funktsioonile vastavusse mingi arvu. Näiteks: määratud integraal radades a, b. Y väärtus sõltub funktsioonist f(x), sin x, x2 jne.

Operaator seab igale funktsioonile vastavusse mingi teise funktsiooni. Laplace teisendused on operaator.
Laplace teisendus
Kus s on operaatormuutuja. Funktsiooni f(t) nimetatakse originaaliks ja F(t) nimetakse kujutiseks.
Näide: Konstandi kujutis:
f(t)=a, F(s)=(a/s)
Tõestus:
Veel üks näide: funktsiooni f(t)=e-at, kus a>0, kujutis on F(s)=1/(s+a)
Laplace teisenduste omadusi:
1. Homogeensus : af(t)→aF(s) a on konstant
2. Liidetavus: f(t)+φ(t) →F(s)+Φ(s)
3. Lineaarsus
L[Af(t)+Bg(t)]=AL[f(t)]+BL[g(t)]=AF(s)+BG(s)
4. Tuletise kujutis
L[f’(t)]=sF(s)-f(0)
f(0) kui t→0; nulliste algtingimused korral, kui f(0)=0, siis L[f’(t)]=sF(s)
L[f’’(t)]=sL[f’(t)] - f’(0)-f’(0)=s2F(s)-sf(0)-f’(0)
L[f’’’(t)]=s3F(s)-s2f(0)-sf’(0)-f’’(0)
Üldkujul:
L[f(n)(t)]=snF(s)-sn-1f(0)-sn-2f’(0)..........f(n-1)(0)
5. Originaali integreerimine
6. Mastaabi muutmise teoreem
7. Kujutise nihutamine , e. originaali korrutamine eksponentfunktsiooniga
L[eatf(t)] = F(s-a)
8. Hilinemisteoreem
L[f(t-b)]=e-sbF(s)
9. Originaali korrutamine miinusargumendiga vastab kujutise diferentseerimisele
L[-tf(t)] = F’(s)
Üldistus: L[(-1)ntnf(t)] = F(n)(s)
10. Originaali jagamine argumendiga (kujutise integreerimine)
kus ()
11. Teoreem originaali algväärtuse kohta
lim f(t)t→0 = lims→∞sF(s)
12. Teoreem originaali lõppväärtuse kohta
lim f(t)t→∞ = lims→0sF(s)
Laplace’i pöördteisendus
f(t) = L-1[F(s)] =
kusjuures γ on valitud niiviisi, et lõpmata integraal koondub
Alati ei pruugi olla ühene, kuigi suuremalt jaolt on
Näiteks: kujutisele
vastab originaal f1(τ) = ekτ
=2 kohal on katkevuskoht
Pöördteisendus on lineaarne.
L-1[AF(s)+BG(s)]=Af(τ)+Bg(τ) = AL-1[F(s)]+BL-1[G(s)]
Kujutise järgi originaali leidmine on keeruline, kuid selleks on tabelid.
Reguleerimissüsteemide uurimine lihtsustub tunduvalt, kui esitame diferentsiaalvõrrandid nende nn. operaatorkujutistena ja võtame appi ülekandefunktsioonid. Nimetatud võte põhineb Laplace’e teisendustel. Operaatormeetodi kasutamisel asendatakse diferentsiaalvõrrandid lahendamisel suhteliselt lihtsate algebraliste võrranditega. See võimaldab lahendusi leida ka diferentsiaalvõrrandite integreerimise üksikasju tundmata. Diferentsiaalvõrrandite üleviimiseks nende kujutistele tuleb diferentsiaalvõrrandi kõigi tuletisoperatsioonide tähised asendada nn. operaatormuutujaga s vastavas astmes (kirjutada d/dt asemel s, d2/dt2 asemele s2, d3/dt3 asemele s3 jne.), integreerimisoperatsioonid aga asendada s pöördväärtusega (∫...dt asemel 1/s, ∫∫..dtdt asemel 1/s2 jne.) Diferentsiaalvõrrandi muutuja x(t) asemel kirjutatakse tema operaatorkujutise tähis X(s). Tingimuseks , mida operaatorkujutisele üleminekul täita tuleb, on diferentsiaalvõrrandi vastavus nn. null-algtingimustele (s.t. et vaatluse alghetkel t0 ja enne seda peab vaadeldav element või süsteem olema püsivas režiimis x(0)=0, kui t≤0).
Näiteks diferentsiaalvõrrand
Asendub algebralise võrrandiga
T2s2Xv(s)+2βTsXv(s)+Xv(s) = kXs(s)
mida on lihtsam kirjutada nii
(T2s2+2βTs+1)Xv(s) = kXs(s)
kus Xs(s) ja Xv(s) on sisend- ja väljundsignaali operaatorkujutised
Väljundsignaali operaatorkujutis on kergesti avaldatav
Asendame saadud avaldisse sisendsignaali kujutise. Kui sisendsignaaliks on hüppesignaal
xs(t) = A, kui t≥0
0, kui t

.DOC Laadi alla originaalfail 75 lk · .doc · 110 allalaadimist

100 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 100 punkti.

~ 75 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2009-01-31 Kuupäev, millal dokument üles laeti

110 laadimist Kokku alla laetud

0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

Stru4ek Õppematerjali autor

1. Põhimõisted automatiseeritud tootmise alalt. Automaatikasüsteemide klassifikatsioon nende otstarbe järgi. Näited.

Automaatikasüsteemide klassifikatsioon otstarbe järgi:
1. Automaatreguleerimise süsteemid (ARS)

automaatjuhtimise struktuurskeem

Sarnased õppematerjalid

rtf

Automaatika alused

Sissejuhatus. Automaatika süsteeme kasutatakse tootmisprotsessis, kus ta kõrvaldab inimese osavõtu selles protsessis ja võimaldab teostada selliseid protsesse mis on inimesele kahjulikud. Automaatika süsteemi kuuluvad automaat kontrollimine ja automaat reguleerimine. Esimene neist teostab mõõtmisi ja teine teostab reguleerimist e. parameetri hoidmist kindlal tasemel või parameetri hoidmist kindlal tasemel reguleerimisprogrammi järgi. Automaatika süsteemi nimetatakse automatiseerimiseks see võib olla osaline näiteks üks tööpink või tööliin või tsehh ja samuti võib esineda täielik automatiseerimine, sel juhul automatiseeritakse mitu tehnoloogilist protsessi mis on oma vahel seotud. Kompleks

Automaatika alused

docx

Automaatika konspekt

Automaatika süsteeme kasutatakse tootmisprotsessis, kus ta kõrvaldab inimese osavõtu selles protsessis ja võimaldab teostada selliseid protsesse mis on inimesele kahjulikud. Automaatika süsteemi kuuluvad automaat kontrollimine ja automaat reguleerimine. Esimene neist teostab mõõtmisi ja teine teostab reguleerimist e. parameetri hoidmist kindlal tasemel või parameetri hoidmist kindlal tasemel reguleerimisprogrammi järgi. Automaatika süsteemi nimetatakse automatiseerimiseks see võib olla osaline näiteks üks tööpink või tööliin või tsehh ja samuti võib esineda täielik automatiseerimine, sel juhul automatiseeritakse mitu tehnoloogilist protsessi mis on oma vahel seotud. Kompleks

Elektriaparaadid

docx

Automaatika aluste konspekt

Suletud reguleerimissüsteemi struktuurskeem ja tööpõhimõte. P Programmseade (nukkvõll, tiftidega ketas, perfolint või arvutimälu). Annab ette sätte y0(t). A - Andur muundab väljundsignaali ülekandmiseks ja võrdlemiseks sobivaks suuruseks. VE - VõrdlusElemendi väljundis tekib vea signaal (). V Võimendi võimendab veasignaali. TM Võimendi väljundsignaal mõjub TäituvMehhanismile, mille kaudu regulaator mõjutab Reguleerivat Elementi. RE Reguleeriv Element mõjutab Objekti, muutes sellelel antavalt ainet või energia hulka. Tagasiside. Tagasiside on väljundi mõju sisendile. Positiivse tagasiside korral on sisendisse tagasi antav signaal sisendsignaaliga samas faasis ja seega tugevdab üldist sisendsignaali. Negatiivse tagasiside signaal on sisendsignaaliga vastasfaasis ja seega nõrgendab üldist sisendsignaali.

Elektriaparaadid

doc

Automaatika eksami küsimused(vastused)

Juhtimine ja automaatjuhtimine.Küberneetika? Juhtimiseks nim mingi saada tajureid, mille mahtuvus C on lineaarses sõltuvuses paagis oleva vedeliku masina või protsessi mõjutamist, nii et selle töö annaks soovitatud tulemuse. ruumalast V, s. t. C = c V, kus c on tajuri erimahtuvus Juhtida võib inimene või masin ise. Käsitsijuhtimise korral on kõik Induktiivtajurid?-Induktiivtajuriteks nimetatakse suurt rühma tajureid, kus juhtimisfunksioonid usaldatud inimesele. Automatiseeritud juhtimisel on need sisendsuuruse (deformatsiooni, nihke, jõu, momendi) muutus põhjustab jaotatud inimese ja automaatide vahel. Automaadid täidavad funksioone ,mida elektromagnetilise süsteemi induktiivsuse muutumist. Lugedes suhteliselt inimene pole füüsiliselt võimeline täitma, või pole inimesle vastuvõetavamad. väikese õhupiluga ferromagnetilises süsteemis puistevoo tühiseks, võib mähise Automaatjuhtimisega

Automaatika alused

doc

Katlatehnika eksami vastused

vedeliku tootmiseks ja tarbijale edastamiseks. Katlas toimub mingi energialiigi muundamine soojuseks ning vee (või ka termoõli) kuumutamine ja vee aurustamine selle soojuse arvel. Soojuse saamiseks võib kasutada kütuse keemilist energiat, elektrienergiat, otsest päikese energiat jne. Tänapäeval kasutatakse siiski kõige rohkem orgaanilise kütuse energiat. Seepärast vaadeldakse käesolevas konspektis katlaid, kus soojus saadakse orgaanilise kütuse põlemisel. Katel koosneb koldest ja erinevat liiki küttepindadest, mis võivad olla paigutatud ühte või mitmesse korpusesse. Kolle on ettenähtud kütuse põletamiseks ja küttepinnad vabanenud soojuse ülekandmiseks põlemisproduktidelt vedelikule, aurule või põlemisõhule. Aurutootva katla ehk aurukatla küttepinnad ja nende otstarve on järgmised: · toitevee eelsoojendis ehk ökonomaiseris tõstetakse katlasse antud vee

Katlatehnika

doc

Katlatehnika kordamisküsimused

sile ja membraan puhul on soojusvoog toru laupinnal või selle lähedal mõlematel juhtudel üsnagi võrdne. Pealelangeva soojusvoo erinevus perimeetri ulatuses tingib mõlemate torude korral soojusliku ebaühtluse kus soojuskoormus laupinnal on oluliselt suurem kui toru tagaküljel Joonis 12-5. Soojusvastuvõtt ekraantorus: paremal membraantoru, vasakul - siletoru Membraan torude korral liigub soojus piki rib; tipust aluse poole. Seega soojuskoormus ribi aluse piirkonnas kasvab ja teatud tingimustes võib see isegi olla suurem kui membraantoru lauppinnal. Metalli töökindluse seisukohast on tähtis, et soojuse äravool küttepinnalt toimuks vastvõetava metallitemperatuuri tingimustes, mis võimaldaks toru metalli pikaajalist normaalset tööd. Arvutusliku toru metallitemperatuuri ts all mõistetakse suurimat kohalikku

Katlatehnika

docx

Mehaanika KT 1 D

Kontrolltöö nr.1D 1.Põhimõisted (defineeri): Andur. Tajur. Reguleeriv organ. Võimendi. Täitur. Andur on automaatsüsteemi osa, mis muundab kontrollitava füüsikalise suuruse (parameetri) teiseks suuruseks, mida on parem võimendada, mõõta või juhtimiseks kasutada. Tajur on välistoimele tundlik ning sellele vahetult reageeriv anduri osa Reguleeriv organ element, mis vahetult mõjub reguleerimisobjektile reguleeritava suuruse hoidmiseks nõutud tasemel. Võimendi on seade milles teostatakse sisendsignaali võimsuse suurendamine välise energiaallika abil. Täitur on regulaatori element, mis läbi anduri ja võimendi tulevale signaalile (korraldusele) reageeri. Selleks võib olla elektri-, hüdro-, või pneumomootor, solenoidventiil, kraan, siiber jne. 2. Automaatsüsteemide klassifikatsioon (defineeri): Automaatsignalisatsioonisüsteemid (ASS). Laeva automaatikaseadmed klassifitseeritakse: A. Otstarbe järgi: 1.Juhtimisseadme

Abimehanismid

doc

Katla projekt

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL MEHHAANIKATEADUSKOND SOOJUSTEHNIKA INSTITUUT KATLAPROJEKT Tallinn 2007 Sisukord: Seletuskiri: Katla kirjeldus. Omapoolsete valikute põhjendus Kokkuvõte (A Brief summary of the project) Arvutused: Algandmed Põlemisproduktide arvutus Katla soojusbilansi arvutus Kolde soojus ja konstruktorarvutus Festooni soojusarvutus Ülekuumendi ja järelküttepindade soojusbilansi arvutus Ülekuumendi "kuume astme" soojus ja konstruktorarvutus Ülekuumendi "külme astme" soojus ja konstruktorarvutus Ökonomaiseri soojus ja konstruktorarvutus Õhu eelsoojend soojus ja konstruktorarvutus Graafiline osa: Katla pikkilõige lisa 1 Katla ristlõige lisa 2

Katlatehnika

Rohkem sarnaseid