Tehtävä 1. Vaihtoehtotehtävät.

Transkriptio

1 Kem-9.47 Prosessiautomaation perusteet Tentti.4. Tehtävä. Vaihtoehtotehtävät. Oikea vastaus +,5p, väärä vastaus -,5p ja ei vastausta p Maksimi +5,p ja minimi p TÄMÄ PAPERI TÄYTYY EHDOTTOMASTI PALAUTTAA TENTIN MUKANA NIMI: (OS: ) OPINTOKIRJA: VIRERAILULUENNOT KUUNNELTU: VALV. LASK: a b c d Jos esim. tehtävän vastaus on c), on merkintä P.S. Kysymyspapereihin saa tehdä omia merkintöjään OIKEIN: VÄÄRIN: YHTEENSÄ:

2 Kem-9.47 Prosessiautomaation perusteet Tentti.4. x& y. Prosessin tilaesitys on: 3 () t x() t + u() t () t [ ] x() t Mikä seuraavista on prosessia kuvaava differentiaaliyhtälö? a) 3 && y() t y& () t + y( t) 3u(t ) b) && y() t + y& () t y() t 3u() t c) && y() t + y& () t y() t 3u() t d) & y () t y& () t + 3y( t) 3u(t ). Mitä seuraava instrumentointi merkintä tarkoittaa? PDI a) Paineen derivoiva mittaus (valvomo ohjattu) b) Paineen ja tiheyden mittaus (valvomo ohjattu) c) Paine-eron mittaus (valvomo ohjattu) d) Lämpötilan integroiva tallennus (paikallinen ohjaus)

3 Kem-9.47 Prosessiautomaation perusteet Tentti Napa-nolla kuvio Erään prosessin napa-nolla kuvio on:.5 Pole- Zero Map.5.5 Imag Axis Real Axis Mikä seuraavista väittämistä kuvaa parhaiten prosessia. (Navat x, nollat o) a) Prosessi on epästabiili. b) Prosessi on stabiilisuusrajalla. Vasteen värähtely ei "kuole" pois. c) Prosessi on asymptoottisesti stabiili, mutta sen vaste värähtelee vaimenevasti d) Prosessi on stabiili, eikä se värähtele

4 Kem-9.47 Prosessiautomaation perusteet Tentti.4. 4 & 5. Bode tulkinta Erään prosessin Bode-kuvaaja on esitetty alla Bode Diagram Phase (deg) Magnitude (db) Frequency (rad/sec) Vahvistusvara on: a) 8 db b) 6 db c) -6 db d) -8 db Vaihevara on: a) b) -35 c) 35 d) 65

5 Kem-9.47 Prosessiautomaation perusteet Tentti Lohkokaaviot Mikä seuraavista vaihtoehdoista kuvaa alla esitetyn lohkokaavion kokonaissiirtofunktiota? + G + - G 3 G G 4 G a) G TOT + G GG3 G b) G G TOT G G G + G ( ) 4 ( ) G c) G TOT + G G G G d) G TOT ( G G ) GG 3 G G G G

6 Kem-9.47 Prosessiautomaation perusteet Tentti Laplace - muunnos Eräs prosessi on aikatasossa. () t + 5y& () t 4y() t u& () t u( t) & y + 4 Mikäli oletat alkuarvot nolliksi, mikä on prosessin siirtofunktio? a) b) G G () s () s s + s + 5s 4 s s + 5 s + c) G () s s s s d) G () s s s s 8. Järjestelmä on minimivaiheinen, jos a) kaikki sen navat sijaitsevat vasemmassa puolitasossa eikä sillä ole kuollutta aikaa. b) kaikki sen navat sijaitsevat oikeassa puolitasossa eikä sillä ole kuollutta aikaa. c) kaikki sen nollat sijaitsevat vasemmassa puolitasossa eikä sillä ole kuollutta aikaa. d) kaikki sen nollat sijaitsevat oikeassa puolitasossa eikä sillä ole kuollutta aikaa.

7 Kem-9.47 Prosessiautomaation perusteet Tentti Ziegler-Nicholson. Alla on esitetty erään prosessin Bode diagrammi. (Tämä vie paljon aikaa) Bode Diagrams Phase (deg); Magnitude (db) Frequency (rad/sec) Systeemille viritettiin PID-säädin Ziegler-Nicholsonin kriteerin avulla. Mikä ehdotetuista säädöistä on paras. a) b) c) d) K P 3,8 * -4 K P 8 K P 3,8 * -4 K P 8 T I,3 T I,3 T I,6 T I,6 T D,7 T D,7 T D,7 T D,7

8 Kem-9.47 Prosessiautomaation perusteet Tentti.4.. Bode:n piirtäminen. Erään prosessin siirtofunktio on G () s s + 7s + Mikä allaolevista on prosessin Bode kuvaaja a) b) 5 Bode Diagram Bode Diagram Phase (deg) Magnitude (db) Phase (deg) Magnitude (db) Frequency (rad/sec) Frequency (rad/sec) c) d) - Bode Diagram Bode Diagram -5 Phase (deg) Magnitude (db) Phase (deg) Magnitude (db) Frequency (rad/sec) Frequency (rad/sec)

9 Kem-9.47 Prosessiautomaation perusteet Tentti.4. Tehtävä II. A) ( p.) Yhdistä kuvaan oikeat teksti a) Kuollut aika b) Nousuaika c) Herätteen muutos d) Aikavakio e) Vasteen muutos Miten lasketaan edellisestä kuvaajasta prosessin vahvistus?. Nousuaika / Kuollut aika. Aikavakio / Nousuaika 3. Vasteen muutos / Herätteen muutos 4. Herätteen muutos / Vasteen muutos

10 Kem-9.47 Prosessiautomaation perusteet Tentti.4. B) Aseta oikeaan järjestykseen taajuusvasteen avulla tehtävän säätöpiirin virityksen vaiheet. (,5p). Määritä avoimen piirin siirtofunktio toimilaitteen tulosta mitauslaitteen lähtöön.. Määritetään kriittinen taajuus, jolla vaihekäyrä on -8 astetta ja saadaan Tkr. 3. Määritetään vahvistuskäyrältä kriittinen vahvistus. 4. Lasketaan viritysarvot kuten Ziegler-Nicholsin menetelmässä ja saadaan säätimen siirtofunktio. 5. Yhdistetään siirtofunktiot ja saadaan koko avoimen piirin siirtofunktio, josta piirretään Boden-diagrammi. 6. Tarkastellaan Boden-diagrammista stabiiliutta. 7. Jos piiri on stabiili, tarkastetaan vielä suljetun piirin taajuusvasteen avulla huippuarvo Mp. Jos parametreja halutaan muuttaa, on piirrettävä uudet Bode-diagrammit. C) (,5p) Nimeä kuvaan säätimen osat:. Eroelin. Mittauselin 3. Käskyelin 4. Säätöelin

11 Kem-9.47 Prosessiautomaation perusteet Tentti.4. D) Prosessiautomaation nykytilanne (järjestelmäratkaisut, ohjelmistot, sovellukset. ( p) E) Vertaile myötäkytketyn ja takaisinkytketyn säädön ominaisuuksia ( p ) F) Signaalin kulkeminen automaatiojärjestelmässä kentältä valvomoon ja takaisin ( p) Tehtävä III. Erästä prosessia kuvaa yhtälö () t + 3 y& () t + y() t u() t && y 3 A) Muodosta prosessin kokonaissiirtofunktio (,p) B) Laske prosessin yksikköpengervaste (,p) C) Määritä vaste y(t),kun heräte u(t) sin (t) (p) D) Hahmottele B) ja C) kohtien vasteet aikatasossa (,p)

12 Kem-9.47 Prosessiautomaation perusteet Tentti.4. Tehtävä IV. A) Piirrä säädetyn järjestelmän napa-nolla-kuvio ja hahmottele askelvasteen likimääräinen muoto, kun prosessia, jota kuvaa differentiaaliyhtälö (,5p) y &( t) + y( t) u( t) säädetään a)p-säätimellä, K p 3 b) PI-säätimellä, K p 3 ja T I, c) PD-säätimellä, K p 3 ja T D, B) Kuvassa esitetyssä ideaalisessa sekoitusreaktorissa tapahtuu isoterminen ensimmäisen asteen reaktio jossa ainetta A muuttuu aineeksi B. Reaktionopeusvakio on k. Syöttövirtauksessa on vain ainetta A ja poistovirtauksessa on molempia aineita A ja B (reaktio ei mene loppuun asti). Virtaus purkautuu ilmanpaineeseen tapahtuu yhtälön Fout ( t) kv h( t) mukaisesti, missä k v on venttiilistä johtuva purkautumiskerroin. Fin C A(t) h Fout A C A (t),cb(t). Johda prosessia kuvaavat yhtälöt ( p). Muodosta epälineaarinen tilaesitys, jolla on fysikaaliset tilasuureet. Valitse tilamuuttujiksi reaktorissa olevan nesteen tilavuus V ja aineiden A ja B konsentraatiot C A ja C B. (,5 p) 3. Tarkastelupisteeksi valitaan tasapainotila. Muodosta tila- ja lähtösuureiden tasapainopisteen arvot tulosuureiden funktiona. (,5 p) 4. Linearisoi tilaesitys tasapainotilassa (,5 p)