Tomasz Żabiński Automatyka i Sterowanie Laboratorium Zagadnienia kolokwium zaliczeniowe 1. Wyjaśnij terminy: identyfikacja, samostrojenie, adaptacja. 2. Wyjaśnij pojęcia komunikacji pionowej i poziomej w systemach automatyki. 3. Wyjaśnij co otrzymujemy w wyniku doboru nastaw regulatora typu PID. 4. Jakie jest zadanie regulacji: stałowartościowej, programowej, nadążnej podaj przykłady? 5. Czym charakteryzują się procesy do sterowania którymi wykorzystuje się adaptację? 6. Czym różni się sterowanie od regulacji? 7. Podaj i scharakteryzuj fazy realizowane przez sterownik RF podczas samostrojenia. 8. Opisz, w jaki sposób sterownik RF pracujący w trybie adaptacji reaguje na zmianę parametrów obiektu. 9. Do jakiego typu układów automatyki należą: BC8150, BX9000, CX1000, RF? 10. Podaj transmitancję oraz naszkicuj teoretyczną odpowiedź skokową układu inercyjnego pierwszego rzędu z opóźnieniem. 11. Do jakich zadań (typowo) wykorzystuje się sterowniki PLC. 12. Jakie główne cechy (szybki, dokładny, niedokładny, wolny itd.) posiadają regulatory: P, PI, PD, PID. 13. Jaką rolę w sterownikach przemysłowych pełni układ watch-dog. 14. Scharakteryzuj tryby pracy Man i Auto regulatora RF. 15. Wyjaśnij terminy UPLOAD i DNLOAD dla sterowników PLC. 16. Naszkicuj rysunek oraz podaj wzory opisujące metodę aproksymacji odpowiedzi skokowej modelem inercyjnym pierwszego rzędu z opóźnieniem. 17. Podaj transmitancje oraz naszkicuj teoretyczne odpowiedzi skokowe (położenie oraz prędkość) serwomechanizmów sterowanych prądowo i napięciowo (układ idealny). 18. Naszkicuj odpowiedzi skokowe (położenie oraz prędkość) serwomechanizmu sterowanego prądowo (układ uwzględniający skończoną wartość napięcia zasilacza). 19. Naszkicuj schemat układu napięciowej regulacji serwomechanizmu. 20. Naszkicuj schemat układu prądowej regulacji serwomechanizmu. 21. Omów metodę eksperymentalnego określenia typu (prądowe, napięciowe) sterowania serwomechanizmu (podaj jakie sygnały obiektowe należy obserwować oraz naszkicuj ich przebieg dla układu rzeczywistego). 22. Omów wpływ ograniczenia sygnału sterującego na przebieg odpowiedzi skokowej serwomechanizmu sterowanego prądowo (bez tarcia). 23. Wymień podstawowe wady i zalety trybów sterowania prądowego i napięciowego. 24. Podaj metodę identyfikacji współczynników transmitancji silnika sterowanego prądowo (odpowiedź skokowa). 25. Podaj metodę identyfikacji współczynników transmitancji silnika sterowanego napięciowo (odpowiedź skokowa). 26. Naszkicuj odpowiedź skokową układu zamkniętego z serwomechanizmem sterowanym prądowo oraz regulatorem PD (z filtrem wstępnym/bez filtru, z tarciem/bez tarcia).
27. Naszkicuj odpowiedź skokową układu zamkniętego z serwomechanizmem sterowanym prądowo oraz regulatorem PID (z filtrem wstępnym/bez filtru, z tarciem/bez tarcia - regulator nastrojono met. linii pierw. na przebiegi aperiodyczne 28. Naszkicuj odpowiedź skokową układu zamkniętego z serwomechanizmem sterowanym prądowo oraz regulatorem P-PI (z tarciem/bez tarcia, regulator nastrojono met. linii pierw. na przebiegi aperiodyczne 29. Naszkicuj odpowiedź na wymuszenie liniowe układu zamkniętego z serwomechanizmem sterowanym prądowo oraz regulatorem PD (z filtrem wstępnym/bez filtru, z tarciem/bez tarcia, dla prędkości znacznie większej od prędkości Stribecka - regulator nastrojono met. linii pierw. na przebiegi aperiodyczne 30. Naszkicuj odpowiedź na wymuszenie liniowe układu zamkniętego z serwomechanizmem sterowanym prądowo oraz regulatorem PID (z filtrem wstępnym/bez filtru, z tarciem/bez tarcia, dla prędkości znacznie większej od prędkości Stribecka - regulator nastrojono met. linii pierw. na przebiegi aperiodyczne 31. Naszkicuj odpowiedź na wymuszenie liniowe układu zamkniętego z serwomechanizmem sterowanym prądowo oraz regulatorem P-PI (z tarciem/bez tarcia, dla prędkości znacznie większej od prędkości Stribecka - regulator nastrojono met. linii pierw. na przebiegi aperiodyczne 32. Naszkicuj statyczną charakterystykę tarcia oraz zaznacz: tarcie statyczne (Fs), tarcie wiskotyczne (Fv), tarcie Coulomba, prędkość Stribecka. 33. Jakie niekorzystne zjawiska wprowadza tarcie w zadaniach sterowania układami mechatronicznymi. 34. Wyjaśnij pojęcia hunting oraz stick-slip (naszkicuj odpowiedzi serwomechanizmu ilustrujące te zjawiska oraz podaj ich przyczynę i warunki w których występują). 35. Jakie cechy muszą posiadać układy regulacji aby zapewniać zerowe błędy ustalone dla wymuszeń: skokowych, liniowych, parabolicznych a jakie dla zakłóceń: skokowych i liniowych. 36. Jaką rolę w układzie sterowania serwomechanizmu spełnia wzmacniacz mocy (np. układ MSA-12-80 firmy Galil). 37. Wyjaśnij dlaczego serwomechanizm prądowy z regulatorem PID oraz filtrem wstępnym posiada ustalony błąd śledzenia dla wymuszenia liniowego (uwzględnij w odpowiedzi informacje o liczbie członów całkujących). 38. Wyjaśnij dlaczego serwomechanizm prądowy z regulatorem P-PI posiada ustalony błąd śledzenia dla wymuszenia liniowego (uwzględnij w odpowiedzi informacje o liczbie członów całkujących). 39. Jaki kształt przebiegów dynamicznych dla odpowiedzi skokowych jest preferowany w serwomechanizmach (jakiego typu przebiegi oraz dlaczego). 40. Podaj cechy jakimi powinna się charakteryzować odpowiedź układu na wymuszenie a jakimi na zakłócenie (np. wartość odpowiedzi ustalonej). 41. Wymień podstawowe elementy pakietu TwinCAT wykorzystywane do programowania sterowników i scharakteryzuj ich funkcje. 42. Do czego służy AMS Router w pakiecie TwinCAT. 43. Opisz w punktach proces przygotowania do zaprogramowania sterownika w pakiecie TwinCAT. 44. W jaki sposób realizowane jest powiązanie zmiennych logicznych zadeklarowanych w programie PLC z fizycznymi we/wy sterownika w pakiecie TwinCAT.
45. Opisz różnicę w procesie przygotowania do programowania sterownika BC8150 w porównaniu do sterowników BX9000 i CX1000 dotyczy AMS Router. 46. Do czego służy opcja Create Bootproject w pakiecie TwinCAT PLC Control. 47. Scharakteryzuj język ST programowania sterowników. 48. Scharakteryzuj język FBD programowania sterowników. 49. Scharakteryzuj język LD programowania sterowników. 50. Scharakteryzuj język IL programowania sterowników. 51. Scharakteryzuj język SFC programowania sterowników. 52. Scharakteryzuj jednostki organizacyjne oprogramowania zgodne z normą IEC 61131-3 (funkcje, bloki funkcjonalne, programy). 53. Napisz przykładową deklarację, w języku ST, zmiennej adresowanej o nazwie ZmiennaIn przeznaczonej do odczytu wejścia binarnego. 54. Napisz przykładową deklarację, w języku ST, zmiennej adresowanej o nazwie ZmiennaOut przeznaczonej do zapisu wyjścia binarnego. 55. Wymień standardowe bloki funkcjonalne dwustanowe zdefiniowane w normie IEC 56. Wymień standardowe bloki funkcjonalne detekcji zbocza zdefiniowane w normie IEC 57. Wymień standardowe bloki funkcjonalne liczników zdefiniowane w normie IEC 58. Wymień standardowe bloki funkcjonalne czasomierzy zdefiniowane w normie IEC 59. Opisz zasadę działania przerzutnika SR. 60. Opisz zasadę działania przerzutnika RS. 61. Opisz zasadę działania semafora. 62. Opisz zasadę działania bloku detektora zbocza narastającego. 63. Opisz zasadę działania bloku detektora zbocza opadającego. 64. Opisz zasadę działania licznika dodającego. 65. Opisz zasadę działania licznika odejmującego. 66. Opisz zasadę działania licznika dodająco-odejmującego. 67. Opisz zasadę działania czasomierza załączającego TON. 68. Opisz zasadę działania czasomierza wyłączającego TOF. 69. Opisz zasadę działania generatora impulsu TP. 70. Jaka instrukcja języka ST pozwala w wygodny sposób realizować sekwencję stanów gdy nie jest stosowany język SFC. 71. Czy program PLC musi być tworzony tylko przy pomocy jednego wybranego języka czy też mogą być w nim wykorzystywane różne języki programowania? 72. Jakie główne funkcje spełnia przełącznik nawigacyjny sterownika BX9000, czy możliwe jest zaprogramowanie własnych funkcji tego przełącznika w programie PLC. 73. Jaki system operacyjny czasu rzeczywistego zastosowano w sterowniku CX1000. 74. Zdefiniuj pojęcie systemu operacyjnego czasu rzeczywistego. 75. Zdefiniuj pojęcie systemu czasu rzeczywistego. 76. W jaki sposób określana jest konfiguracja sprzętowa (ilość i rodzaj we/wy) sterowników BC8150, BX9000 oraz CX1000. 77. Do czego służy opcja Scan Boxes... w pakiecie TwinCAT System Manager. 78. Do czego służy opcja Simulation Mode w TwinCAT PLC Control. 79. Czy w TwinCAT System Manager możliwe jest powiązanie zmiennych adresowanych ulokowanych w obszarze wejściowym lub wyjściowym z fizycznymi wejściami/wyjściami sterownika dla programu w którym włączono opcję Simulation Mode.
80. Do czego służy opcja Append PLC Project... w TwinCAT System Manager. 81. Do czego służy opcja Activate Configuration w TwinCAT System Manager i kiedy należy ją wykonywać. 82. Wymień i charakteryzuj tryby pracy TwinCAT System Manager. 83. Wymień i scharakteryzuj akcje związane z krokami w programie SFC (bez kroków IEC). 84. Do czego służą tranzycje w programie SFC 85. Jakie operacje należy wykonać w pakiecie TwinCAT aby po odłączeniu komputera nadrzędnego sterownik realizował program. 86. W jakim trybie pracy TwinCAT System Manager możliwe jest wyszukiwanie modułów we/wy podłączonych do szyby K-bus sterowników BC8150, BX9000, CX1000. 87. Do czego służą opcje Force i Write Values w pakiecie TwinCAT PLC Control. 88. Narysuj program w języku LD realizujący przy pomocy styków funkcję OR oraz AND. 89. Opisz zasadę działania, w języku LD, styku normalnie otwartego i normalnie zamkniętego narysuj symbole graficzne reprezentujące te elementy. 90. Opisz zasadę działania, w języku LD, cewki zwykłej i zwykłej negującej narysuj symbole graficzne reprezentujące te elementy. 91. Opisz zasadę działania, w języku LD, cewki ustawiającej i kasującej narysuj symbole graficzne reprezentujące te elementy. 92. Na czym polega technologia szybkiego prototypowania (rapid prototyping) w automatyce na przykładzie pakietu Matlab/Simulink/RT-CON. 93. Scharakteryzuje pojęcie sterowania w układzie otwartym i zamkniętym. 94. Podaj wzór regulatora PID w dziedzinie czasu i w dziedzinie transmitancji operatorowej Laplce a. 95. Naszkicuj schemat układu regulacji z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, podaj nazwy bloków i sygnałów. 96. Naszkicuj odpowiedzi aperiodyczne, aperiodyczne krytyczne, z przeregulowaniem, oscylacyjne i niestabilne układu automatyki dla skokowej wartość wymuszenia (skok jednostkowy). 97. Podaj nazwy 5 metod konstruowania systemów sterowania i podaj ich krótką charakterystykę. 98. Scharakteryzuj cechy regulatorów PAC, podaj ich pełną nazwę polską i angielską. 99. Podaj nazwy głównych systemów informatycznych stosowanych w przedsiębiorstwach produkcyjnych oraz określ cel ich stosowania. 100. Podaj definicję transmitancji operatorowej Laplace a. 101. Naszkicuj schemat układu regulacji z ujemnym sprzężeniem zwrotnym i podaj wzór na transmitancję układu zamkniętego. 102. Napisz program dla pakietu Matlab do symulacji odpowiedzi skokowej transmitancji typu: inercja pierwszego rzędu o parametrach k=1.5 T=0.5. 103. Napisz program dla pakietu Matlab do symulacji odpowiedzi skokowej transmitancji typu: inercja pierwszego rzędu z opóźnieniem o parametrach k=1.5 T=1, =2 sek. 104. Naszkicuj rysunek i zaznacz na nim typowe parametry stabilnej odpowiedzi skokowej układu automatyki. 105. Podaj definicję przeregulowania i czasu regulacji 2% - naszkicuj wyjaśniający rysunek. 106. Określ na czym polega stabilność typu BIBO. 107. Podaj transmitancję układu II-go rzędu
108. Opisz sposób przeprowadzenia eksperymentu i doboru nastaw regulatora PID metodą Zieglera-Nicholsa. 109. Opisz sposób doboru bezpiecznych nastaw regulatora PID. 110. Jaki wpływ na parametry odpowiedzi skokowej układu ma wprowadzenie do jego transmitancji dodatkowego zera a jaki wprowadzenie dodatkowego bieguna. LITERATURA: 1. L. Trybus 2005: Teoria sterowania skrypt oraz wykłady, PRz 2. T. Żabiński: Podstawy Automatyki - wykłady 3. A. Markowski, J. Kostro, A. Lewandowski 1985: Automatyka w pytaniach i odpowiedziach, WNT 4. Wprowadzenia do ćwiczeń laboratoryjnych oraz dokumentacje techniczne dla sterowników 5. J. Mazurek, H. Vogt, W. Żydanowicz 2002: Podstawy Automatyki, WPW 6. J. Kasprzyk: Programowanie sterowników przemysłowych, WNT Warszawa 2006 Pozostałe: Armstrong-Hélouvry, Dupont B., P. and Canudas de Wit C. (1994). A survey of models, analysis tools and compensation methods for the control of machines with friction. Automatica, 30, 1083-1138. Canudas de Wit C., Olsson H., Åström K. J., Lischinsky P. (1995). A New Model for Control of Systems with Friction. IEEE Trans. on Automatic Control, 40 (3), 419-425. Canudas de Wit, C. (2003). Modeling and Control of Systems with Dynamic Friction. Mini-Course on: Control of Systems with Dynamic Friction. Hensen, Ronnie H.A. (2002). Controlled Mechanical Systems with Friction. Ph.D. thesis Eindhoven University of Technology, Department of Mechanical Engineering, Systems and Control Group.