rus ispitna pitanja
DESCRIPTION
Pitanja iz sva tri kolokvija iz kolegija Računalno upravljanje plovnim objektimaTRANSCRIPT
RAČUNALNO UPRAVLJANJE TEHNIČKIM SUSTAVOM
PITANJA IZ 1. DIJELA :
1. Objasnite što je sustav i koje su podjele sustava.
Sustav cjelina koju čine komponente međusobno povezane tako da ostvaruju
funkcionalnost cjeline. Sustav može biti i više sustava međusobno povezanih u jedan složen
sustav. Preduvjet za bilo kakav rad sa sustavom je njegovo poznavanje. Dakle, sustav se mora
nekako opisati. Model sustava:
Kvalitativni modeli (opis modela riječima);
Kvantitativni modeli (Matematički modeli).
Matematički model sustava:
Fizikalni model;
Eksperimentalni model linearne i nelinearne algebarske, diferencijalne i integralne
jednadžbe (bijele i sive kutije);
Prijenosna funkcija (Prijenosna funkcija je odnos Laplaceove transformacije izlaznog i
ulaznog signala sustava uz početne uvjete jednake nuli. Ovakav opis sustava, iako ne
daje uvid u fizikalna zbivanja u sustavu, jednostavniji i bolje opisuje ulazno izlazno
ponašanje sustava što ga čini prikladnijim za projektiranje upravljačkih sustava (tj.
sustava vođenja)
Strukturni model sustava:
2. Koji su temeljni upravljački zadaci?
Tri su temeljna upravljačka zadatka:
Mjerenje (engl. Measurement);
Upravljanje u otvorenoj petlji (engl. Command);
Upravljanje u zatvorenoj petlji (regulacija, engl. Control).
3. Objasnite razlike između upravljanja u otvorenoj i zatvorenoj petlji.
Sustav vođenja s negativnom povratnom vezom zove se regulacijski sustav.
Regulacijski sustav ili regulacijski krug (eng. Closed-loop Control System) je zatvoreni
sustav vođenja koji se sastoji od objekta vođenja, osjetila koje registrira djelovanje objekta na
okolinu (mjeri) i pretvara u oblik razumljiv subjektu (jedinici za vođenje), usporednika ili
komparatora koji ove veličine uspoređuje sa željenim (referentnim) vrijednostima reguliranog
parametra, jedinice za vođenje (regulatora) i aktuatora (izvršne sprave) koja upravljački signal
pretvara u oblik kojim se može djelovati na objekt vođenja (preko ulaznih parametara).
Sustav izravnog upravljanja sastoji se od istih elemenata kao i regulacijski sustav, ali nije
zatvoren u regulacijski krug (nema povratne veze). Subjekt upravljanja generira upravljačku
veličinu bez usporedbe ostvarenih rezultata i željenih ciljeva, samo na temelju unaprijed
definiranog programa. Njegovo je djelovanje precizno definiranom vremenskim rasporedom
djelovanja ili vremenskim programom djelovanja. Ovaj se postupak naziva upravljanje u
otvorenoj vezi (eng. Open-loop Control).
4. Koji su osnovni zahtjevi koji se postavljaju pred RSU?
RSU mora komunicirati s procesom u stvarnome vremenu, tj. mora biti u stanju reagirati
na promjene u procesu u dovoljno kratkom vremenu da ne dolazi do degradacije vladanja
procesa. Čimbenici koji određuju može li RSU raditi u stvarnome vremenu su:
Brzina mikroprocesorskih jedinica,
Brzina operacijskog sustava,
Izvedba aplikacijskog softvera,
Brzina i učinkovitost komunikacije,
Broj I/O događaja.
Višezadaćnost (engl. multitasking), tj. sposobnost obavljanja više zadataka istodobno bez
međusobnog sukoba među njima. Zadaci su:
Prekidi iz procesa. RSU mora reagirati na dolazeći signal iz procesa.
Vremenski inicirani zadaci. RSU mora moći izvesti akciju u zadanom vremenskom
trenutku.
Upravljački signali procesu. RSU mora moći izračunavati i slati upravljačke signale
procesu.
Sustavski i programski inicirani događaji. Računalo mora moći komunicirati s drugim
računalima i periferijskim uređajima.
Operatorski inicirani događaji. RSU mora moći prihvaćati i odgovarati na naredbe
operatora.
5. Sposobnosti RSU-a.
Da bi mogao udovoljiti navedenim zahtjevima, RSU mora imati sljedeće sposobnosti:
– “Polling”: Periodičko uzorkovanje podataka koji označavaju/mjere stanje procesa. Problemi
koji se moraju razmatrati su:
• Frekvencija uzorkovanja,
• Redoslijed uzorkovanja i
• Format uzorkovanih podataka.
– “Interlocks”: Sigurnosni mehanizmi za koordinaciju akcija dvaju ili više uređaja i
sprječavanje interferencije / miješanja među njima. “Interlock” može proizvesti vanjski uređaj
(ulaz) ili sami RSU (izlaz). Npr. sprječavanje da istodobno svi semafori na križanju imaju
zeleno svjetlo.
- Prekidni režim (Interrupt mode): Sposobnost RSU‐a da suspendira izvođenje tekućeg
programa i izvede drugi program kao odgovor na signal iz procesa koji označava događaj u
procesu višeg prioriteta.
- Obradba iznimaka (Exception Handling): Iznimka je izvan normalnog događaj ili željenog
režima rada procesa ili RSU‐a. Obrada iznimaka je bitna, glavna, funkcija upravljačkog
algoritma. Događaji koji mogu izazvati rutine obradbe iznimaka uključuju:
• Loša kvaliteta proizvoda;
• Vrijednosti procesne varijable izvan normalnog područja;
• Nedostatak sirovina ili energije neophodnih za odvijanje procesa;
• Opasni uvjeti, npr. požar;
• Neispravnost RSU‐a.
6. Objasnite razlike između sustava realnog vremena i off-line sustava.
On line sustav (sustav realnog vremena) - sustav kod kojeg se podaci izravno
električnim vodovima unose u računalo. Računalo izravno upravlja izvršnim organima
vrijeme unosa podataka reda veličine mikrosekunde upravljanje brzim procesima – npr.
automobilski motor.
Off line sustav - unos podataka ručno ili preko nekog medija vrijeme unosa podataka
sati, dani, tjedni. npr. program za obradu plaća.
7. Senzori s analognim izlazom.
Analogni senzori – položaj, tlak, temperatura, protok, brzina, razina … i pri tome se
primjenjuju razna fizikalna i/ili kemijska načela za dobivanje električnog signala. Osnovna
svojstva senzora su točnost i brzina odziva (sposobnost senzora da se što više približi mjerenoj
veličini). Na točnost senzora utječe:
Statička greška - odstupanje vrijednosti koje je senzor detektirao od točne vrijednosti
fizikalne veličine u slučaju stalne fizikalne veličine. Izražava se u postotcima odstupanja
od cijelog mjernog područja.
Dinamička greška - odstupanje vrijednosti koje je senzor detektirao od točne vrijednosti
fizikalne veličine u slučaju promjene fizikalne veličine. Nastaje samo kad se mjerena
veličina mijenja i pada na nulu kad se mjerena veličina ustali (uzrok je što vrijednost
koju senzor mjeri kasne za stvarnom promjenom mjerene veličine).
Greška ponovljivosti dobivenog signala (reproducibilnost) - maksimalno odstupanje
ponovnih mjerenja od srednje vrijednosti u slučaju kad je mjerena vrijednost stalna.
Mrtvo vrijeme (dead time) - vremenski pomak od trenutka kad se mjerena veličina
stvarno promijeni da trenutka kada se iskaže na izlazu senzora – usporava cijeli ulazni
lanac pa je neprihvatljivo za brze procese.
Mrtvo područje (dead zone) - najveća promjena mjerene veličine do koje može doći a
da se ne promjeni izlazni signal iz senzora (osjetljivost senzora).
8. Senzori s digitalnim izlazom.
Najjednostavniji digitalni senzor je prekidač – senzor s jednobitnim izlazom – ili ima
signala ili ga nema. Može se aktivirati:
ručno (javljač požara),
plovkom,
IC zrakom,
porastom tlaka (presostat).
Višebitni digitalni senzor:
Inkrementalni davač:
svaki sektor diska predstavlja odgovarajući binarni broj, a pojedini vijenci bit.
- moguće registrirati kut pomoću četiri para optocouplera ili pomoću četkica – prikaz azimuta,
elektronička vaga
- disk se zakrene za odgovarajući kut, svaki kut generira binarni broj koji se unosi u računalo
(tamni dijelovi jedinice, svijetli nule).
Čitač bar koda:
9. Linearizacija prijenosne karakteristike.
Sklop za analognu obradu signala povezuje senzore s multipleksorima i A/D
pretvaračima, te također povezuje izvršne članove s D/A pretvaračima. Sve ono što treba
napraviti sa signalom iz senzora da bi se prilagodio ulazu u A/D pretvarač spada u analognu
obradu signala. Važan je oblik i napon analognog signala!
Linearizacija prijenosne karakteristike
Korektivnom mrežom ispravlja se greška nelinearnosti senzora (moguća i digitalna linearizacija
– računalo izvodi algoritam lineariziranja).
Pojačala moraju imati linearnu prijenosnu karakteristiku. Ona prenose signal u neko drugo
naponsko područje, ali ne smiju mijenjati njegov oblik (informaciju).
10. Multipleksori i multipleksiranje.
Svrha mu je izbjegavanje više A/D pretvarača
Multipleksor usmjerava više senzora na jedan analogni izlaz. Mux svakom senzoru
dodjeljuje određeno vrijeme (time sharing). Na izlazu Mux-a se u jednom trenutku
vremena može nalaziti signal samo jednog senzora.
Vrijeme koje Mux dodjeljuje senzorima može se razlikovati za različite senzore.
Računalo upravlja multipleksorom i određuje redosljed “prozivanja” senzora koji ne
mora biti strogo sekvencijalni.
Postoje analogni i digitalni multipleksori. Analogni multipleksori usmjeravaju analogne
signale, a digitalni multipleksori digitalne signale. Pri tom usmjeravanju ne smije doći do
oštećenja signala (teže je taj zahtjev ispuniti analognim multiplekserima nego digitalnim – lakše
je oštetiti analogni signal).
uslijed smetnje napon s 5 V (100 C) smanji na 4 V (smanjenje iznosi 1 V), nastaje greška od
20% (80 C umjesto 100). U slučaju digitalnog signala gornja smetnja uopće ne utječe na
informaciju. Greške digitalnih signala su rijetke, ali mogu biti katastrofalne – zato postoje
metode korekcije grešaka (više uzastopnih slanja podataka).
11. Sklopovi za uzimanje uzoraka.
Uzimaju se uzorci analognog signala u određenim vremenskim razmacima –
najkritičniji korak – velika mogućnost kvarenja informacije. Funkcija sklopa je uzimanje
trenutne vrijednosti analognog signala i njegovo pamćenje dok se ne izvrši A/D konverzija.
Sample and hold sklop ima dva načina rada:
slijeđenje (tracking)
pamćenje (holding).
12. A/D pretvarači.
13. Serijski i paralelni prijenos podataka.
14. Standardni komunikacijski kanali.
Pitanja iz 2. dijela:
1. Arhitekture RSU.
2. Definiranje problema sinteze sustava automatskog upravljanja.
3. Zahtjevi stabilnosti regulacijskog kruga.
4. Pokazatelji kakvoće u vremenskom području.
5. Pokazatelji kvakoće u području kompleksne varijable.
6. Regulacijska otstupanja u ovisnosti o tipu i vrsti pobude.
7. Problem mjernog šuma.
8. Pristupi sintezi digitalnih regulatora.
9. Osnovni zahtjevi na RSU procesima.
10. PLC (mjesto i uloga, proizvođači, arhitektura, programski jezici).
11. Mikrokontroleri.
12. DSP.
13. FPGA.
14. Izvori šuma i smanjenje smetnji.
15. Prijelaz između automatskog i ručnog načina rada.
16. „Pametna kabina“ PLC programski kod