EKSAMEN. Ta med utregninger i besvarelsen for å vise hvordan du har kommet fram til svaret.

Transkript

1 EKSAMEN Emneode: ID30005 Emne: Industriell I Dato: Esamenstid: l til l. 300 Hjelpemidler: re A4-ar (ses sider) med egne notater. "ie-ommuniserende" alulator. Faglærer: Robert Roppestad Esamensoppgaven: Oppgavesettet består av 6 sider inlusiv denne forsiden, samt vedleggside. otalt 7 sider. Kontroller at oppgaven er omplett før du begynner å besvare spørsmålene. a med utregninger i besvarelsen for å vise hvordan du har ommet fram til svaret. Sensurdato: Karaterene er tilgjengelige for studenter i Studentweb senest to viredager etter oppgitt sensurfrist. Følg instrusjoner gitt på:

2 Avdeling for informasjonstenologi 2 Oppgave. (20%) A. (8%) Små undervannsfaroster (ROV er, Remotely operated vehicle) se figur., benyttes for å undersøe forhold under vann. ROV en på bildet har en propell som an flytte den vertialt i vannet. Den har også propeller for å flytte den horisontalt i vannet. I tillegg har den amera og flere sensorer. Den blir drevet av batterier som oppladdes før den sjøsettes. Det er ønselig at brueren sal unne angi med et setpunt hvilen dybde den bør gå til, og med det holde den på gitt dybde. Forlar hvile omponenter du vil trenge for å realisere et slit reguleringssystem i ROV en. egn et blodiagram som viser løsningen, og forlar hvordan du mener systemet sal vire. Hvile forstyrrelser vil være de dominerende for ROV ens reguleringssystem? Figur. Esempel på ROV. B. (6%) Hva er oppgaven til et måle-element? Besriv gjerne med et esempel. Nevn 4 måle-elementer som an benyttes i reguleringssystemer. Hvorfor må et måle-element være alibrert, og hvordan gjøres det? C. (6%) Forlar hva prosess-instrumenteringsdiagram (P&ID) er, og hvordan instrumenter angis i slie diagram. Vis og forlar hvordan 4 ulie instrumenter/utstyr an angis.

3 Avdeling for informasjonstenologi 3 Oppgave 2. (28%) A. (7%) idsrespons og frevensresponsanalyse vil unne gi uli informasjon om et systems egensaper. Forlar hvile systemegensaper disse to metodene an gi oss. Forlar hvordan vi an benytte Matlab for å gjøre slie undersøelser. B. (0%) Figur 2. viser frevensresponsen (åpen sløyfe transferfunsjonen A(s)) til et reguleringssystem for temperatur-regulering i et rom. Frevensresponsen er opptegnet når det i reguleringssystemet er benyttet en P-regulator med K=2. Kan du fra figur 2. avgjøre om reguleringssystemet er stabilt for K=2? Begrunn svaret. Hvilen fasemargin og forsterningsmargin har systemet? Hvilen forsterning K vil gjøre systemet marginalt stabilt, Krit? Hva vil sje med reguleringssystemet hvis vi benytter K = Krit? Hvilen forsterning bør vi benytte i dette systemet med en P-regulator, hvis vi ønser å oppnå anbefalte (gode) stabilitetsmarginer? Begrunn svaret. 0 Bode Diagram Magnitude (db) Phase (deg) Frequency (rad/s) Figur 2. Frevensresponsen A(s) til regulerings-systemet.

4 Avdeling for informasjonstenologi 4 C. (5%) Figur 2.2 viser responsen fra temperatur-reguleringssystemet (målt temperatur) når vi har påtryt et enhets-sprang i referansen når vi benytter en P-regulator med aseptable stabilitetsmarginer. Hva an vi «lese» ut fra denne responsen om systemets egensaper? Forlar hva vi bør gjøre med reguleringssystemet for å forbedre det? (Du trenger ie regne ut verdier)..4 Step Response.2 Amplitude ime (seconds) Figur 2.2 Sprangresponsen til reguleringssystemet. D. (6%) De fleste PID-regulatorer har «auto-tuning» funsjon. Forlar hva auto-tuning er og hvile parametere/verdier den an gi oss. Forlar ort om metoden(e) som regulatorer an benytte for å auto-tune. Anta at du har utført autotuning i et reguleringssystem, og prøvd verdiene som framommer, men så viser det seg at systemet fungerer dårlig. Hva vil du gjøre for å få reguleringen til å fungere bedre?

5 Avdeling for informasjonstenologi 5 Oppgave 3. (6%) A. (7%) Du har en datamasin som er oppoblet med en mirofon og en høyttaler. Du sal digitalisere lyden fra en person som synger i mirofonen. Etter digitaliseringen sal sangen avspilles i en høyttaler. egn en oversitstegning (blosjema) over hvile «operasjoner» som inngår i løsningen fra lyden ommer til mirofonen til den avspilles i høyttaleren. Forlar hva de forsjellige delene utfører. Det er ønselig at samplingene lagres med 6 bit i digitaliseringen. Hvordan vil det påvire resultatet? Det blir bestemt at samplingsfrevensen sal være 88.2 Hz. Forlar og begrunn hvilet frevensområde den digitaliserte lyden vil ligge i. Det er ønselig at man unngår aliasfrevenser i resultatet. Forlar hvordan du vil løse det, og angi hvile frevenser som må filtreres bort. B. (9%). Et system er besrevet med følgende differensialligning; 2X 0X F(t) F(t) = inngangs-signalet X(t) = utgangs-signalet Benytt s baovermetode (se vedlegg), og finn differensligningen som besriver systemet. Vi ønser å teste hvordan utgangen følger et sinus-signal gitt ved F(t) = sin (5t). Benytte en samplingstid = 0.0se og beregn hva responsen X() blir for = 0,, 2. Anta at X(t) har verdien 0 ved start (initialverdi). Forlar hvordan du an lage et dataprogram som simulerer systemet for t = [0 ->0] se Forlar ort hva du an gjøre for å oppnå en mer nøyatig simulering hvis resultatet ie er godt no. Oppgave 4. ( 22%) A. (6%) NI-USB-6008 IO-enhet an benyttes til å lese og srive til IO. Forlar ort hvile generelle IO-oppgaver den an benyttes til. Anta at du får utlevert en NI-USB-6008 IO-enhet. Forlar ort hva du må gjøre med IO-enheten og en PC for å få enheten operativ.

6 Avdeling for informasjonstenologi 6 B. (7%) Anta at du sal utføre en PID-regulering, og at algoritmen under benyttes. u = u - + K( + i )e K d - Ke - - (y 2y y ) 2 Forlar hva den utfører og hvile parametere og signaler den baserer seg på. Forlar hvorfor verdien U bør begrenses før den benyttes. Hvordan vil du i et program få denne algoritmen til å gå periodis bestem av tiden? C. (9%) Du ønser å teste ut en PID-regulator mot en simuleringsmodell før du tester mot den virelige prosessen. Du får oppgitt at følgende modell gitt ved sin transferfunsjon representerer den virelige prosessen godt. X(S) = H(s) = 0.25 U(S) S 2 +S+0.25 Der U(s) angir inngangen til prosessen og X(s) angir utgangen. Bru s baovermetode (se vedlegg), og en samplingstid = 0. se. Finn først modellens Z-transform, H(z). Finn deretter den disrete evivalenten (differensligningen) som besriver modellen. Forlar hvordan du an benytte den i et program som simulerer et reguleringssystem. Oppgave 5. ( 4%) A. (9%) Forlar ort hva som ligger i begrepet feltbusser. Hvile fordeler an man få ved å benytte en feltbuss? re feltbusser som ofte nevnes i gitte sammenhenger er: ProfiNet, Profibus DP, og Profibus PA. Forlar ort hva som er spesielt med hver av dem, og hvordan de benyttes sammen i industrielle I systemer. B. (5%) OPC-servere benyttes i noen industriell I-systemer. Hva er oppgaven til en OPC-DA-server, og hvorfor an det være fornuftig å benytte slie servere?

7 Avdeling for informasjonstenologi 7 Vedlegg. Disretisering Betegnelse baovermetode forovermetode X X x x x x f f 2. Ziegler-Nichols metode for justering av PID-parametre. Regulatortype K i d P 0.5 Krit PI 0.45 Krit 0.85 PD 0.65 Krit 0.2 PID 0.65 Krit Substitusjonsregler mellom s og z Betegnelse z baovermetode s z forovermetode s z ustins metode 2( z ( z s Substitusjonsregler ) ) z z z s s 2 s 2 s