ПРОГРАМА

для проведення вступних іспитів

Ступінь магістра

Спеціальність 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології»

Освітньо-наукова програма «Комп’ютерні системи та програмна інженерія в автоматизації»

Комплексне завдання

Особливість питань. Набір питань екзаменаційних білетів складає комплексне завдання з розробки сучасної цифрової системи автоматичного регулювання (САР) підвищеної динамічної точності стабілізації технологічних параметрів, що потенційно забезпечує підвищення ефективності відповідного технологічного процесу. Розробка таких систем є однією з основних професійних компетентностей зазначеної спеціальності.

          Вихідні дані (варіант завдання):,

          1) структурна схема об'єкта регулювання (у деяких випадках потребує конкретизації у відповідності до завдання);

          2) перехідні характеристики каналів об'єкта керування (зі статичними та астатичними властивостями);

3) перелік спеціальних вимог до розроблювальних САР (залежно від варіанту): інваріантні; автономні; каскадні; з прогнозуванням вільного руху;

4) перелік вимог до технічних засобів САР:

- контролери з функціями: «інтелектуальний ПЗО (пристрій зв’язку з об’єктом)»; повнофункціональний з вільним програмуванням; повнофункціональний з функціональним програмуванням;

- виконавчі механізми: інтегруючі (електродвигунові з постійною швидкістю переміщення регулюючого органу); пропорційні (пневматичні).

Перелік питань-завдань:

1. Розробіть для заданого ОР спочатку структурну схему найпростішої САР, а потім, відповідно до заданого варіанту, структурну схему САР підвищеної динамічної точності. Отримайте у загальному вигляді передаточну функцію корегуючого зв'язку або, у тому випадку, коли САР має каскадну структуру, опишіть особливості її структури та джерела її переваг перед відповідними одноконтурними САР. Перерахуйте канали об'єкту керування, властивості яких необхідно знати для параметричного синтезу САР (у тому числі найпростішої структури) та конкретизації властивостей корегуючого зв'язку.

2. Коротко опишіть план активного експерименту з вивчення динамічних властивостей ОР за каналом регулювання (для багатомірних САР – для контуру регулювання, автономність якого досягається; для каскадних САР – з урахуванням «проміжної» змінної) та за заданими перехідними характеристиками каналу проведіть структурну та параметричну ідентифікацію його моделі, яка буде використовуватися для розрахунку початкових наближень параметрів регулятора (в САР каскадної структури – для допоміжного регулятора внутрішнього контуру). За виглядом перехідних характеристик інших каналів ОР, властивості яких необхідно знати для конкретизації властивостей корегуючого зв’язку, проведіть їхню структурну ідентифікацію, а параметри обраних моделей задайте приблизно («на око»).

3. Оберіть алгоритм регулятора САР (для САР каскадної структури – допоміжного регулятора), розрахуйте початкові наближення параметрів регулятора за допомогою спрощених (інженерних) методик. Конкретизуйте передаточну функцію корегуючого зв’язку, підставивши в її загальний вигляд (див. п.1) конкретні передаточні функції необхідних каналів ОР та регулятора. Проаналізуйте можливість її фізичної реалізації, спростіть до другого порядку. Сформулюйте задачу параметричної оптимізації для САР, оберіть критерій та доцільний набір оптимізуємих параметрів.

4. Запропонуйте для реалізації САР, відповідно до завдання, конкретний тип контролера, включаючи його ПЗО, а також запропонуйте комплект технічних засобів, що забезпечують: а) збір інформації про змінні, які необхідні для розв’язання задачі регулювання, та введення цієї інформації до контролера; б) вивід з контролеру керуючих дій на виконавчі пристрої із заданим за варіантом виконавчим механізмом; в) зв’язок контролера та комп’ютера АРМ оператора-технолога. Нарисуйте схему технічної структури САР з обраними технічними засобами.

5. Для варіантів, коли контролер виконує функцію інтелектуального ПЗО, тобто коли алгоритм керування реалізується на ПЕОМ, та, коли алгоритм керування реалізується на контролері з «вільним» програмуванням, розробіть цифровий варіант реалізації корегуючого зв'язку (рівняння в дискретному часі) або у випадку каскадної САР – допоміжного регулятора. Для варіантів, коли алгоритм керування реалізується на контролері з «функціональним» програмуванням, розробіть віртуальну структуру контролера.

Примітка.

1. У тих випадках, коли розробка САР здійснюється для найпростішої структури, оцінка за виконання завдання помножується на коефіцієнт 0,75.

2. При виконанні бакалаврами п. 5 оцінка за виконання завдання помножується на коефіцієнт 1,2.


ПРОГРАМА

для проведення додаткового вступного іспиту

Ступінь магістра

Спеціальність 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології»

Освітньо-наукова програма «Комп’ютерні системи та програмна інженерія в автоматизації»

1. У чому полягає сенс понять «керування», «мета керування», «об'єкт керування», «алгоритм керування», «система керування».

2. Яка (в загальному вигляді) структурна схема неавтоматичної системи керування, тобто яка схема взаємодії середовища, об'єкту та суб'єкту, і які функції виконуються суб'єктом?

3. У чому суть автоматизації? Яка (у загальному вигляді) структурна схема автоматичної системи керування? Які функції в автоматичній системі залишаються за суб'єктом?

4. Які окремі задачі керування можуть бути виділені при декомпозиції загальної задачі? У чому їх суть (коротко).

5. Яким чином можна вести класифікацію автоматичних систем керування за задачами, що вирішуються за їхньою допомогою? У чому суть задач, що вирішуються такими системами?

6. Яка інформація використовується керуючим пристроєм, якщо автоматична система реалізує принцип жорсткого програмного керування? Наведіть структурну схему такої системи. У чому полягають особливості її застосування?

7. Яка інформація використовується керуючим пристроєм, якщо автоматична система реалізує принцип керування за збуреннями . Наведіть структурну схему такої системи. У чому особливості структури системи та її застосування?

8. Яка інформація використовується керуючим пристроєм, якщо автоматична система реалізує принцип замкнутого керування. Наведіть структурну схему такої системи. У чому особливості структури системи та її застосування?

9. Яка інформація використовується керуючим пристроєм, якщо автоматична система реалізує принцип комбінованого керування? Наведіть структурну схему такої системи. У чому особливості її застосування?

10. У чому різниця «бажаного» у (уж) для системи регулювання та оптимізації? Поясніть, виходячи із сутності задач, що вирішуються САР та САО.

11. Що розуміється під терміном «рух» в автоматичній системі керування? Чим рух викликається? Який рух називається примусовим та вільним? Якими диференціальними рівняннями описуються ці види руху?

12. Який сенс вкладається в поняття «динамічна система»? Дайте визначення перехідним та сталим процесам в динамічних системах, поясніть визначення графіками процесів.

13. Які цілі переслідує аналіз процесів в автоматичних системах керування? У чому полягають задачі синтезу систем? Порівняйте ці задачі за трудомісткістю.

14. Дайте поняття стійкості процесів в автоматичних системах керування. Наведіть приклади стійких і нестійких процесів. Які кількісні оцінки можуть характеризувати якість процесів в системах?

15. Які властивості реальних процесів повинні відображати математичні моделі об'єктів керування при розробці найпростіших систем автоматичного регулювання? Опишіть сутність експерименту, у результаті якого ці властивості може бути вивчено.

16. Наведіть приклад кожної з відомих Вам методик параметричної ідентифікації математичних моделей (у формі передаточних функцій) за експериментальною перехідною характеристикою об'єкта керування.

17. Якими функціями можна описати властивості випадкового стаціонарного процесу? Як коректно обрати крок квантування та довжину реалізації випадкового процесу для отримання статистичних оцінок цих функцій?

18. Сформулюйте поняття інваріантності систем автоматичного регулювання до контрольованих збурень та наведіть приклад структурної схеми такої САР.

19. Сформулюйте поняття автономності багатомірних систем автоматичного регулювання та наведіть приклад структурної схеми такої двовимірної САР.

20. Наведіть приклад каскадної двоконтурної системи автоматичного регулювання та поясніть її достоїнства у порівнянні з одноконтурною САР.

21. Наведіть приклад системи автоматичного регулювання, у якій здійснюється прогнозування власного руху регульованої змінної на час запізнення вперед, та поясніть її достоїнства у порівнянні із САР найпростішої структури.

22. Наведіть передаточну функцію ПІД-регулятора, його структурну схему, назву налаштувальних параметрів та його перехідну характеристику.

23. Наведіть одну з відомих Вам методик налаштування параметрів ПІД-регулятора, сформулювавши, спочатку, необхідний для її реалізації, перелік вихідних даних.

24. Наведіть приклад стійкого перехідного процесу в одноконтурній лінійній системі автоматичного регулювання та проілюструйте на ньому основні показники якості.

25. Наведіть структурну схему найпростішої системи автоматичного регулювання з нелінійним двопозиційним регулятором. У чому особливість сталих режимів роботи такої системи? Поясніть це на графіках процесів регулювання.

26. Поясніть на графіках зміст понять квантування безперервних сигналів за рівнем та часом, а також відновлення квантованих сигналів у безперервні. Як називаються пристрої, що виконують ці операції в контролерах?

27. Поясніть на графіках поняття «транспортування спектру» та «випадання спектру», які можуть виникати при квантуванні сигналів за часом? Які проблеми ці ефекти можуть викликати в цифрових САК, і як їх перебороти?

28. Запишіть рекурентний вираз для виконання функції інтегрування у реальному часі, яка повинна бути реалізована в цифровому контролері.