(להנדסאי מכונות) הוראות לנבחן פרק שני: בקרת תהליכים ומכשור לבקרה ולאלקטרוניקה תעשייתית 80 נקודות

Transcript

1 גמר לבתי ספר לטכנאים ולהנדסאים סוג הבחינה: מדינת ישראל אביב תשס"ח, 2008 מועד הבחינה: משרד החינוך סמל השאלון: מערכות מכטרוניות ה' (להנדסאי מכונות) הוראות לנבחן א. משך הבחינה: ארבע שעות. ב. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה שני פרקים, ובהם שמונה שאלות. עליך להשיב על שאלה 1 שבפרק הראשון ועל ארבע מבין השאלות 2 8 שבפרק השני. פרק ראשון: מערכות מכטרוניות 20 נקודות פרק שני: בקרת תהליכים ומכשור לבקרה ולאלקטרוניקה תעשייתית 80 נקודות סה"כ: 100 נקודות ג. חומר עזר מותר לשימוש: כל חומר עזר ומחשבון. ד. הוראות מיוחדות: 1. בטרם תתחיל לענות על השאלות, קרא בעיון את השאלון וּודא שההנחיות בדף השער מובנות לך היטב. 2. ענה על השאלות על פי הסדר הנראה לך. 3. ענה על מספר השאלות הנדרש בשאלון. המעריך יעריך את מספר התשובות הנדרש בלבד, לפי סדר כתיבתן במחברתך, ולא יתייחס לתשובות הנוספות. 4. בכל שאלה ניתנו הנתונים לפתרונה. אם לדעתך חסר נתון, הוסף אותו על פי שיקול דעתך ופתור בעזרתו את השאלה. רשום בתשובתך את הנתון שהוספת. 5. בתשובה לשאלה חישובית, עליך להציג את שלבי הפתרון באופן מפורט ולהסבירם בקצרה. קבלת מ רב הנקודות מותנית במילוי דרישה זו. ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. בשאלון זה 9 עמודים בהצלחה!

2 - 2 - השאלות בשאלון זה שני פרקים, ובהם שמונה שאלות. עליך לענות על שאלה 1 שבפרק הראשון (20 נקודות), ועל ארבע מבין השאלות 2 8 שבפרק השני (לכל שאלה 20 נקודות). פרק ראשון: מערכות מכטרוניות (20 נקודות) ענה על שאלה 1 שאלת חובה. שאלה 1 באיור לשאלה זו נתון תרשים מלבנים של חוג לבקרת מהירות. איור לשאלה 1 חוג הבקרה כולל: מנוע D.C. בקר ספרתי מסוג PI מגבר הספק טכומטר למדידת מהירות ממיר A/D וממיר D/A המשך בעמוד 3

3 - 3 - מהירות המנוע מבוקרת בחוג סגור בתחום r.p.m הקשר בין תפוקת הטכומטר ובין מהירות המנוע נתון בביטוי:. V out = n K T [r.p.m.] n מהירות המנוע V KT רגישות הטכומטר r. p. m. [V] V out תפוקת הטכומטר א. 1. הסבר כיצד פועל טכומטר. 2. נתונים: מהירות המנוע: r.p.m. n = 1,200 תפוקת הטכומטר: V out = 6 V מה תהיה תפוקת הטכומטר במהירות סיבוב של r.p.m.? 1,500 חוג הבקרה צריך לבקר את מהירות המנוע בכושר אבחנה (רזולוציה) של r.p.m ב. חשב את מספר הסיביות המינימלי הדרוש בממיר ה A/D. 2. לממיר A/D אחר יש 14 סיביות. הקריאה המתקבלת במוצא הממיר הזה היא? r.p.m.. מהי מהירות המנוע שנמדדה ביחידות 12,000 LSB ג. הסבר מהו תפקידו של החלק האינטגרלי (I) בבקר. PI המשך בעמוד 4

4 - 4 - פרק שני: בקרת תהליכים ומכשור לבקרה ולאלקטרוניקה תעשייתית (80 נקודות). ענה על ארבע מבין השאלות 2 8 (לכל שאלה 20 נקודות). שאלה 2 באיור לשאלה זו נתונה דיאגרמת בודה אסימפטוטית של מערכת בקרה כלשהי. איור לשאלה 2 א. רשום את פונקציית התמסורת של המערכת, (s). G ב. מהו תדר העירור שמעבר לו היחס בין אמפליטודת אות המוצא ובין אמפליטודת אות המבוא קטן מ 1 (כלומר, התדר שבו המערכת מנחיתה את אות המבוא)? ג. מצא את היחס בין אמפליטודת אות המוצא ובין אמפליטודת אות המבוא כאשר תדר העירור הוא. ω = 5 rad sec המשך בעמוד 5

5 - 5 - שאלה 3 באיור א' לשאלה זו מתוארים במישור המרוכב הקטבים והאפסים של תהליך כלשהו. א. רשום את פונקציית התמסורת של התהליך. איור א' לשאלה 3 מוסיפים לתהליך הנתון בקר יחסי, שהגברו, K וסוגרים משוב יחידה שלילי, כמתואר באיור ב' לשאלה. איור ב' לשאלה 3 חשב את תחום ההגברים של הבקר שבעבורו המערכת תהיה יציבה בחוג סגור. ב. חשב את תחום ההגברים של הבקר שבעבורו יהיו למערכת קטבים לא יציבים בחוג סגור. ג. סרטט באופן סכמתי את דיאגרמת המג"ש (דיאגרמת (Root Locus של המערכת. ד. המשך בעמוד 6

6 - 6 - שאלה 4 באיור לשאלה זו נתון תרשים מלבנים של מערכת בקרה בחוג סגור. איור לשאלה 4 א. רשום את פונקציית התמסורת של החוג הסגור. ב. חשב את ההגבר K שבעבורו תתקבל תגובת יתר יחסית (overshoot) של = 73% 0 M לכניסת אות מדרגה בגודל כלשהו. ג. קובעים את ההגבר = 400 K. חשב את יחס הריסון,, ζ ואת התדר הטבעי,, ω n במצב זה. ד. חשב את שגיאת העקיבה במצב מתמיד לכניסת אות r הנתון בביטוי: r = 4t (כניסת ריצה), כאשר ההגבר הוא = 200 K. שאלה 5 באיור לשאלה זו מתוארת מערכת. איור לשאלה 5 המשך בעמוד 7

7 - 7 - רכיבי המערכת: בקר 8051 לחצן המחובר לכניסה INT0 (פסיקה חיצונית 0 ( רמקול רשום תכנית פסיקה להפעלת הרמקול כאשר הלחצן סגור. א. שינו את חיבורי המערכת המתוארת באיור כדלקמן: ב. חיברו את הרמקול ל P1.0 חיברו את הלחצן ל P1.7 רשום תת שגרה חדשה להפעלת הרמקול כאשר הלחצן סגור. שאלה 6 באיור לשאלה זו מתוארת מערכת עקיבה הכוללת שני חוגי משוב: חוג : 1 חוג משוב בעל הגבר יחידה חוג : 2 חוג משוב טכומטרי בעל הגבר V rad sec איור לשאלה 6. ω = 2 rad אות המבוא θ r הוא אות שצורתו גל סינוס. תדירות האות היא sec א. חשב במישור התדר (מישור "jω" ( את היחס בין אמפליטודת אות המוצא לבין אמפליטודת אות המבוא, כתלות בהגבר. K C ב. מצא את הגבר הבקר, K C שבעבורו אמפליטודת אות המוצא תהיה 90% מאמפליטודת אות המבוא. המשך בעמוד 8

8 - 8 - שאלה 7 נתונה משוואת בקר יחסי. m (t) = K p e (t) + M 0 m תפוקת הבקר e שגיאת המערכת המבוקרת K p הגבר הבקר M 0 תפוקת הבקר בהיעדר השגיאה באיור לשאלה נתון אופיין הבקר, בעבור הגבר K p מסוים: איור לשאלה 7 הערכים של e, m ו M 0 נתונים באחוזים, וההגבר K p נתון ללא ציון היחידות. א. מצא את הערך של. M 0 ב. מצא את הערך של ההגבר. K p ג. נתונה המשוואה של בקר יחסי אחר, + 40 e. m = 20 m תפוקת הבקר e שגיאת המערכת המבוקרת הערכים של e, m ו M 0 הם באחוזים. סרטט את אופיין הבקר. המשך בעמוד 9

9 - 9 - שאלה 8 באיור א' לשאלה מתוארת מערכת הממירה אות אנלוגי לאות ספרתי באמצעות ממיר A/D וזאת כדי לשמור אותו בזיכרון ספרתי. איור א' לשאלה 8 א. אות המבוא למערכת,, V in משתנה בתחום של. ±1.25 V מצא את ההגבר A הדרוש כדי שינוצל כל תחום ההמרה של הממיר.A/D ב. נתונים: ממיר ה A/D במערכת הוא ממיר בעל 8 סיביות. מתח המבוא למערכת הוא V in = 0.5 V הגבר המגבר הוא: = 4 A חשב (ביחידות (LSB את המילה הבינארית המתקבלת במוצא ממיר ה A/D. ג. מבקשים לדגום אות אנלוגי בתחום של ±1.25 V ולשמור את האות הדגום בזיכרון בעל 1000 תאים. 1. חשב את מספר הסיביות המינימלי הדרוש לממיר ה A/D. 2. חשב עבור אות המבוא את כושר האבחנה (רזולוציה) של הממיר ביחידות. mv בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך.