Säätötekniikan tehtäviä

1. Tehtävänä on tehdä Matlabilla massa-kitka-jousi-järjestelmän siirtofunktio (järjestelmä on vaakasuoralla pinnalla oleva kappale)ja piirtää järjestelmän askelvaste X(s)/F(s). m = 1kg, viskoosikitka on b = 10 Ns/m ja jousen jousivakio k = 20 N/m.
2. Lisää edelliseen tehtävään asematakaisinkytkentä.
3. Tehtävänä on tehdä Simulinkilla massa-kitka-jousi-järjestelmän siirtofunktio (järjestelmä on vaakasuoralla pinnalla oleva kappale)ja piirtää järjestelmän askelvaste X(s)/F(s). m = 1kg, viskoosikitka on b = 10 Ns/m ja jousen jousivakio k = 20 N/m.
4. Muokkaa 3. tehtävästä auton vakionopeussäädön simulaatio. Lisää säätimen lähtöön tehon rajoitus eli yli 100 kW:n tehoa ei saa käyttää kiihdytyksessä. Anna auton massaksi 1500 kg ja tehoksi 100 kW. Piirrä nopeus, pyydetyn voiman ja tehon tuottaman voiman kuvaajat.
5. Muuta säätimet Simulinkin PID-lohkoiksi.
6. Mallinna Simulinkillä massa-kitka-järjestelmä.  m=1000, b=0.5 ja k=1. Mallinna järjestelmään kaskadisäätö ja lisää sekä asema, että nopeussäätimiksi PID-säätimet (käytä valmista Simulinkin PID-lohkoa). a. viritä järjestelmä nopeussäädöllä eli ohita asemasäädin b. ota asemasäädin mukaan järjestelmään ja viritä järjestelmä c. lisää järjestelmään toimilaitteen eteen kuollutalue ja testaa sen vaikutus toimintaan. d. lisää toimilaitteen ja lähdön väliin välys (backlash) d. lisää piirin takaisinkytkentään siirtoviive ja testaa millä arvolla järjestelmä tulee epästabiiliksi. e. lisää järjestelmään ylikompensoitu kuolleen alueen poisto ja testaa sen vaikutus järjestelmään (laita kompensoinniksi kaksinkertainen kuollut alue).
7. Mallinna DC-moottorin toiminta || | ||
                                                                                                                                                         
   Moottorin tekniset tiedot :
   * roottorin hitausmomentti (J) = 0,01 kgm²/s²
   * mekaanisen järjestelmän vaimennuskerroin (b) = 0,1 Nms
   * moottorivakio (K=K_e=K_t) = 0.01 Nm/A
   * resistanssi (R) = 1 Ω
   * induktanssi (L) = 0,5 H
   * tulo (V): syöttöjännite
   * lähtö Θ (theta): akselin kulma
   * roottori ja akseli ovat jäykkiä
   Moottori tuottaa momentin T ja kulmanopeuden dΘ/dt.

           T = K_t i           e = K_e dΘ/dt

         Mekaaniset ja sähköiset differentiaaliyhtälöt jotka voidaan kirjoittaa Newtonin ja Kirchoffin laeista, ovat seuraavat:

          J d² Θ / dt² + b dΘ/dt =K i

          L di / dt + R i= V - K dΘ/dt

         Piirrä järjestelmän askelvaste ja Bode-diagrammi.

Ohje:

- tee Laplace muunnos kahdelle edellä olevalle yhtälölle

- Eliminoi virta ensimmäisestä yhtälöstä sijoittamalla toinen ekaan

- ratkaise suhde Θ/V, tämä on moottorin siirtofunktio

9. Ratkaise edellisestä tehtävästä kulmanopeus ja piirrä sen askevaste ja Bode-diagrammi.

10. Ratkaise tehtävästä 8 kiihtyvyys ja piirrä sen askevaste ja Bode-diagrammi.

11. Tee edellisten perusteella PID-säädetty tasavirtamoottorikäyttö Matlabilla. Ratkaisu

12. Tee edellinen esimerkki Simulinkillä.

13.Lataa talo.mdl ja TalonAlkuarvot.m tiedostot työtilaan. Tutustu valikkoon ModelExplorer­>Talo­ >Model Workspace­>Properites, täällä määrätään alustustiedoston nimi. Muuta alustustiedoston nimi ja kokeile toimiiko  vielä. Poista talosta ikkunat, paljonko vaikuttaa lämmityskustannuksiin. Laita sähkön hinnaksi 0.30 Euroa /kWh.  Mikä on lämmityskustannus/vuosi. Tuplaa seinien paksuus, mikä on
vaikutus? Muista käyttää komentoja clear workspace ja Reinitialize from source aina sen jälkeen kun muutat .m tiedoston sisältöä.

14. Qt:llä toteutettu  simulaattori.Tutki miten saat yhdistettyä malliin Qwt x-y-grafiikan jokaista liikettä varten.