Har du peiling i reguleringsteknikk?

1. Hva er hovedoppgaven for et reguleringssystem?

   Å sørge for at reguleringsavviket er lik null
   Å sørge for at prosessutgangen er konstant
   Å sørge for at reguleringsavviket er innenfor akseptable grenser

2. Hva er det som for de fleste prosesser gjør at tilbakekopling fra målte prosessvariable er et effektivt (ofte nødvendig) reguleringsprinsipp?

   Prosessutgangen er påvirket av ikke-målte forstyrrelser.
   Prosessens transferfunksjon fra pådrag til prosessutgang er ikke kjent.
   Prosessens frekvensrespons er ikke kjent. 

3. Er det nødvendig å kjenne prosessens matematiske modell for å kunne stille inn en PID-regulator for prosessen?

   Ja, i alle tilfeller
   Nei, vi kan i alle tilfeller bruke en eksperimentell metode, f.eks. Ziegler-Nichols' metode
   Ja, men bare dersom vi ikke kan oppnå spesifikasjonene med en eksperimentell metode

4. Anta at du bruker en matematisk modell av en eksisterende prosess til å stille inn regulatorparametrene for prosessen. Kan du være trygg på at det virkelige reguleringssystemet med den funne regulatoren vil oppføre seg tilfredsstillende?

   Nei, for det fins ingen fullgode modellbaserte designmetoder. 
   Ja, for en kan alltid regne med at modellen er nøyaktig.
   Ja, men bare hvis modellen er nøyaktig, hvilket ofte forutsetter at modellen er tilpasset den virkelige prosessen på basis av loggedata fra prosessen.

5. Hva er foroverkopling fra forstyrrelsen?

   Å kople fra en måling av forstyrrelsen til pådraget
   Å kople fra en måling av forstyrrelsen til referansen
   Å kople fra en måling av forstyrrelsen til prosessmålingen

6. Kan du teste om reguleringssystemet er robust overfor prosessmodellfeil i de tilfeller der du ikke kan utføre eksperimentelle tester?

   Ja, til en viss grad, ved å analysere reguleringssystemets egenskaper for forskjellige typer modellfeil. Regulatorfunksjonen skal da holdes fast.
   Ja, til en viss grad, ved å analysere reguleringssystemets egenskaper for forskjellige typer modellfeil. Regulatorfunksjonen skal da re-designes for de forskjellige modellene. 
   Nei, det er umulig å utføre noen som helst slags modellbasert robusthetstest. En må benytte eksperimenter på den virkelige prosessen.

7. Hvordan lyder massebalansen for en væsketank?

   Masseutstrømningen er lik masseinnstrømningen.
   Endringen av masse pr. tid i tanken er lik masseinnstrømningen minus masseutstrømningen.
   Endringen av volum pr. tid i tanken er lik volumutstrømningen minus voluminnstrømningen.

8. Hva er transferfunksjonen fra u til y for blokkdiagrammet vist i figuren nedenfor?

   

   y(s)/u(s) = [b/(s+ba)]e^-ts
   Transferfunksjonen kan ikke finnes fordi tidsforsinkelsesleddet er en ulineær funksjon.
   y(s)/u(s) = [b/(s+ba)]*(t - t)

9. Finn den statiske modellen svarende til følgende dynamiske modell:

   a*dy(t)/dt = b*y(t) + c*u(t - t)

   y(t) = (-c/b)*u(t - t)
   y_s = (-c/b)*u_s
   y_s = (-c/b)*(u_s - t) 

10. Karakteriser følgende matematiske modell:

    a*dy(t)/dt = b*y²(t) + c*u(t)

    1. ordens. Lineær.
    2. ordens. Lineær.
    1. ordens. Ulineær.

11. Finn transferfunksjonen fra u til x fra følgende modell:

    d²x(t)/dt² = a*x(t) + b*u(t-t)

    Transferfunksjonen kan ikke finnes fordi modellen er ulineær.
    x(s)/u(s) = {1/[(s-t)² _¯ a]}e^-ts
    x(s)/u(s) = [1/(s² _¯ a)]e^-ts

12. Kan du finne transferfunksjonen fra u til y for følgende modell?

    y(t) = K*u²(t)

    Nei, det er helt meningsløst å snakke om transferfunksjoner for ulineære modeller.
    Ja, og den er y(s)/u(s) = K*u(s).
    Ja, men transferfunksjonen må da finnes for en linearisert modell:
    dy(s)/du(s) = 2*K*u₀ der dy og du er avviksvariable i arbeidspunktet og u₀ er verdien av u i arbeidspunktet.

13. Hva er ikke korrekt vedrørende transferfunksjoner og initialtilstander:

    For lineære modeller er transferfunksjoner uavhengige av initialtilstanden. 
    For ulineære modeller er transferfunksjoner uavhengige av initialtilstanden.
    For ulineære modeller er transferfunksjoner avhengige av initialtilstanden.

14. Gitt følgende tilstandsrommodell:
    dx₁/dt = x₂
    dx₂/dt = b*x₂ + a*x₁ + c*u
    Hvilket av følgende sett av matriser (i Matlab-notasjon) beskriver tilstandsrommodellen på matrise/vektor-formen
    dx/dt = A*x + B*u

    A = [0,1;a,b] og B = [0;c]
    A = [0,1;b,a] og B = [0;c]
    A = [0,1;a,b] og B = [c]

15. Er følgende modell en tilstandsrommodell?
    dx/dt = a*x² + b*u

    Ja
    Nei
    Ja, men bare hvis a = 0

16. Hva er forsterkningen K og tidskonstanten T for følgende transferfunksjon:
    y(s)/u(s) = 2/(4*s + 8)

    K = 2 og T = 4
    K = 0,5 og T = 2
    K = 0,25 og T = 0,5

17. Gitt et 1. ordens system med forsterkning K og tidskonstant T som er påvirket av et sprang med høyde A. Hva er stasjonærverdien av systemets sprangrespons?

    K*A 
    K*A/T
    A

18. Er den stasjonære verdien av et signal nødvendigvis en konstant (statisk verdi)?

    Nei, for det fins jo periodiske stasjonære signaler.
    Ja, selvsagt!
    Ja, for stasjonærverdien er lik signalets middelverdi.

19. Lineære modeller: Hvilken av påstandene er utvilsomt korrekt?

    Systemer som har lineære modeller er enklere å regulere enn systemer som har ulineære modeller.
    Lineære modeller er enklere å analysere enn ulineære modeller fordi det fins langt flere analysemetoder for lineære modeller.
    Lineære modeller beskriver virkeligheten bedre enn ulineære modeller.

20. Hva menes med "dynamisk modell" generelt?

    En matematisk modell der parametrene varierer som funksjoner av tiden
    En matematisk modell som beskriver hvordan variable i systemet utvikler seg som funksjoner av tiden
    En matematisk modell som representerer bevegelseslikningene for et mekanisk system

21. Hva menes med et systems responstid?

    Tiden fra systemet påvirkes til det så vidt begynner å reagere 
    Tiden fra systemet påvirkes av et sprang til responsen har nådd 63% av sin stasjonærverdi
    Varigheten av sprangresponsen inntil den har stabilisert seg (blitt konstant)

22. Hva menes med et systems transientrespons?

    Den delen av responsen som dør ut når tiden går mot uendelig
    Den delen av responsen som står igjen når tiden går mot null
    Verdien av responsen straks etter at systemet er påvirket (dvs. responsens grenseverdi når en tiden går mot null)

23. Hva er forsterkningen K, den relative dempningsfaktor z og den udempede resonansfrekvens w₀ for følgende 2. ordens transferfunksjon:
    h(s) = 4/(2*s² + 4*s + 8)

    K = 4. z = 4. w₀ = 8.
    K = 0,5. z = 0,5. w₀ = 2.
    K = 4. z = 1. w₀ = 8.

24. Hva er den tilnærmede responstiden for et 2. ordens system med udempet resonansfrekvens 6 rad/s?

    0,25 sek.
    0,5 sek.
    2 sek.

25. Hva karakteriserer sprangresponsen for et 2. ordens system med relativ dempningsfaktor mellom 0 og 1? 

    Sprangresponsen har ingen oscillasjoner.
    Sprangresponsen er rent oscillatorisk, dvs. udempet.
    Sprangresponsen er oscillatorisk, men dempet.

26. Figuren nedenfor viser responsen for et system etter et sprang med høyde 4 på inngangen. Anslå systemets modell.

    

    1. ordens system med forsterkning 2 og tidskonstant 10 i serie med en tidsforsinkelse på 5 sek.
    1. ordens system med forsterkning 0,5 og tidskonstant 10 i serie med en tidsforsinkelse på 5 sek.
    2. ordens system med forsterkning 2, relativ dempningsfaktor 1 og udempet resonansfrekvens lik 2 i serie med en tidsforsinkelse på 5 sek. 

27. Hvordan kan et systems frekvensrespons finnes ved eksperimenter?

    Ved å påtrykke systemet sinussignaler med forskjellige frekvenser. 
    Ved å påtrykke systemet sinussignaler med forskjellige amplituder.
    Ved å påtrykke systemet sinussignaler med forskjellige amplituder og forskjellige frekvenser.

28. Et system påvirkes av et cosinussignal med frekvens 4 rad/sek og amplitude 5. Den tilsvarende stasjonære responsen er et cosinussignal samme frekvens og med amplitude 2. Hva er frekvensresponsens amplitudeforsterkning ved denne frekvensen?

    5/4 = 1,25
    5/2 = 2,5
    2/5 = 0,4

29. Anta at du skal finne frekvensresponsen for et system ut fra eksperimenter. Hvilken av følgende er en fornuftig framgangsmåte? 

    Påtrykk sinussignaler med forskjellige frekvenser. Signalene skal ha så stor amplitude at de dekker hele systemets arbeidsområde. 
    Påtrykk sinussignaler med forskjellige frekvenser. Signalene kan ha hvilke som helst amplituder.
    Bring systemet til det aktuelle arbeidspunktet. Påtrykk så sinussignaler med forskjellige frekvenser. Signalene skal utgjøre relativt små variasjoner omkring inngangens arbeidspunktverdi.

30. Et systems frekvensrespons har amplitudeverdi lik 2 og faseforskyvning - 90 grader ved frekvensen 5 Hz. Anta at systemet påvirkes av et sinussignal med amplitude 10 og frekvens 5 Hz. Hva er den tilsvarende stasjonære responsen, y(t), på systems utgang?

    y(t) = 20*sin(5*t - 90)
    y(t) = 20*sin(2p*5*t - 90) 
    y(t) = 20*sin(2p*5*t - p/2)

31. Gitt et system med følgende transferfunksjon:
    h(s) = (K/s)*e^-ts
    Hva er systemets frekvensrespons?

    h(w) = (K/w)*e^-tw
    h(jw) = (K/jw)*e^-jtw
    h(jw) = (K/w)

32. Gitt et 1. ordens system med forsterkning 1 og tidskonstant 2. Hva er systemets båndbredde?

    0,5 rad/s
    0,5 Hz 
    2 Hz

33. En prosessvariabel måles, og det er målestøy. Målesignalet filtreres. Anta at prosessvariabelen har frekvens i filterets passbånd, mens målestøyen har frekvens i stoppbåndet. Hvordan påvirker filteret målesignalet?

    Prosessvariabelens komponent i målesignalet dempes, mens støyen passerer uendret gjennom filteret. 
    Prosessvariabelens komponent i målesignalet passerer uendret, mens støyen dempes gjennom filteret.
    Prosessvariabelens komponent i målesignalet passerer uendret, mens støyen forsterkes gjennom filteret.

34. En regulator har PB-verdi (proporsjonalbånd) 40. Hva er da verdien av regulatorforsterkningen?

    40/100 = 0,4
    1/40 = 0,025
    100/40 = 2,5

35. Noen ganger skrives den ideelle PID-regulatoren på formen
    u = u₀ + K_pe + K_i*I₀^t e dt + K_d*de/dt   (I-symbolet representerer her integral)
    Hva er K_p, K_i og K_d uttrykt ved standardparametrene K_p, T_i og T_d?

    K_p= K_p, K_i = T_i og K_d = T_d.
    K_p= K_p, K_i = K_p*T_i og T_d = K_p*K_d.
    K_p= K_p, K_i = K_p/T_i og T_d = K_p*K_d.

36. Hva er hensikten med det nominelle pådragsleddet? 

    Å sørge for at det statiske reguleringsavviket er null når PID-regulatoren står i automatisk modus
    Å kompensere for kjente forstyrrelser
    Å gi prosessen et brukbart pådrag når P-, I- og D-leddene er koplet ut

37. Hvordan virker integratorbegrensning (anti-windup)?

    Det beregnede pådraget begrenses slik at pådragsorganet ikke skal gå i metning.
    Integralleddet i pådraget begrenses (integreringen stoppes) når pådragsorganet går i metning, slik at langvarige oversving unngås.
    Integraltiden gis en begrenset verdi for at reguleringssystemets stabilitet skal sikres.

38. I forbindelse med regulatorinnstilling bør prosessen være i arbeidspunktet der reguleringen skal foregå, før regulatorinnstillingen foretas. To viktige begrunnelser for dette er angitt nedenfor, mens én av de i alt tre begrunnelsene er feilaktig - hvilken?

    For å være sikker på at prosessdynamikken er den samme under regulatorinnstillingen som under den normale (automatiske) reguleringen. 
    For at prosessen i kortest mulig tid opereres unna arbeidspunktet - av sikkerhetsmessige og økonomiske grunner
    For å sørge for at reguleringsavviket blir minst mulig under statiske forhold

39. Hva er hensikten med redusert vekting av referansen i derivatleddet?

    Å unngå store, brå endringer av pådraget ved brå variasjoner i målestøyen
    Å unngå store, brå endringer av pådraget ved brå variasjoner i forstyrrelsen
    Å unngå store, brå endringer av pådraget ved brå endringer av referansen

40. Anta at du ved bruk av Ziegler-Nichols' regulatorinnstillingsmetode i et tilfelle har funnet at den kritiske forsterkningen er 1 og den kritiske periodetiden er 1 sek. Hva er da verdien av K_p, T_i, T_d og filtertidskonstanten T for en PID-regulator? Anta at T_f/T_d = 0,1.

    K_p= 0,6, T_i = 0,5 sek, T_d = 0,125 sek, T_f = 0,1*T_d = 0,0125 sek.
    K_p= 0,45, T_i = 0,83 sek, T_d = 0 sek, T_f = 0,1*T_d = 0 sek.
    K_p= 0,5, T_i = 0,5 sek, T_d = 0,125 sek, T_f = 0,1*T_d = 0,0125 sek.

41. Hvilken av følgende parameterendringer gir i de fleste tilfeller dårligere stabilitet i reguleringssløyfa?

    Økt integraltid i regulatoren
    Redusert prosessforsterkning
    Økt regulatorforsterkning

42. Figuren nedenfor viser svingingene i prosessmålingen ved Åstrøm-Hägglunds metode for regulatorinnstilling ("relémetoden"). Pådragsamplituden er 5%. Hva er kritisk forsterkning K_pk (=4M/(pE)) og kritisk periode T_k?

    

    K_pk = 20/p og T_k = 0,25
    K_pk = 20/p og T_k = 0,5
    K_pk = 10/p og T_k = 0,5

43. Hva er fordelen med Åstrøm-Hägglunds metode i forhold til Ziegler-Nichols' metode

    At metoden er enklere å implementere
    At svingningene oppstår automatisk og at amplituden kan kontrolleres
    At regulatorparametrene får bedre verdier

44. Når en prosess har negativ prosessforsterkning (dvs. at prosessutgangen reduseres når pådraget økes), skal regulatorforsterkningen være negativ (ellers skal den være positiv). Hvilken av følgende prosesser har ikke negativ (altså positiv) prosessforsterkning?

    En kjøleprosess der et stoff skal temperaturreguleres med kaldtvann. Økt pådrag på kaldvannsventilen gir økt kaldtvannsstrøm.
    En væsketank der nivået skal reguleres. Pådraget virker på utløpsventilen.
    En væsketank der nivået skal reguleres. Pådraget virker på innløpsventilen.

45. Hvorfor medfører økt tidsskritt i en tidsdiskret PID-regulator (med uendrede PID-parametre) dårligere stabilitet i reguleringssløyfa? 

    Fordi det da introduseres økt forsterkning i sløyfa
    Fordi det da introduseres økt tidsforsinkelse i sløyfa
    Fordi de numeriske approksimasjonene til derivasjon og/eller integrasjon da blir dårligere

46. Hvilken numerisk approksimasjon til derivasjon og/eller integrasjon er  (sannsynligvis) den vanligste i kommersielle PID-regulatoralgoritmer?

    Eulers forovermetode
    Eulers bakovermetode
    Tustins metode (trapesmetoden)

47. Gitt et reguleringssystem med følgende transferfunksjoner:
      h_r(s) er regulatorens transferfunksjon
      h_u(s) er transferfunksjon fra pådraget til prosessutgangen
      h_v(s) er transferfunksjonen fra forstyrrelsen til prosessutgangen
      h_m(s) er måleelementets transferfunksjon
    Hva er reguleringssystemets sløyfetransferfunksjon, h₀(s)?

    h₀(s) = h_r(s)h_u(s)h_v(s)h_m(s)
    h₀(s) = h_r(s)h_v(s)h_m(s)
    h₀(s) = h_r(s)h_u(s)h_m(s)

48. Gitt et reguleringssystem med sløyfetransferfunksjon, h₀(s). Hva er da reguleringssystemets følgeforhold, M(s)? 

    M(s) = h₀(s)/[1 + h₀(s)]
    M(s) = 1/[1 + h₀(s)]
    M(s) = h_r(s)/[1 + h₀(s)]

49. Hvilken av følgende alternative definisjoner av et reguleringssystems båndbredde er feil?

    Båndbredden er lik følgeforholdets -3dB-frekvens.
    Båndbredden er lik sløyfetransferfunksjonens amplitudekryssfrekvens.
    Båndbredden er lik sløyfetransferfunksjonens fasekryssfrekvens.

50. Anslå responstiden T_r for et reguleringssystem som har båndbredde w_b lik 3,0 rad/s.

    T_r  = w_b = 3 sek
    T_r  = 1,5/w_b = 0,5 sek
    T_r  = 20*log₁₀(w_b) = 9,5 sek 

51. Hvilken av følgende påstander er feilaktig med hensyn til betydningen av reguleringssystemets båndbredde?

    Økt båndbredde medfører at prosessforstyrrelser påvirker prosessutgangen mindre. 
    Økt båndbredde medfører at målestøy påvirker prosessutgangen mindre.
    Økt båndbredde medfører at prosessutgangen følger referansen (settpunktet) bedre. 

52. Hvilken av følgende justeringer vil neppe (isolert) øke reguleringssystemets båndbredde?

    Økning av regulatorforsterkningen
    Økning av integraltiden
    Økning av derivattiden 

53. Hva er essensielt for at et kaskadereguleringssystem skal virke effektivt mht. forbedret kompensering for prosessforstyrrelsens virkning på prosessutgangen?

    At sekundærsløyfa er basert på tilbakekopling fra en prosessvariabel som er påvirket av forstyrrelsen 
    At sekundærregulatoren har integralvirkning
    At primærsløyfa har integralvirkning 

54. I hvilken rekkefølge bør du stille inn regulatorene i et kaskadereguleringssystem?

    Først primærregulatoren, så sekundærregulatoren
    Først sekundærregulatoren, så primærregulatoren
    Begge regulatorene samtidig 

55. Hva er hensikten med forholdsregulering?

    Å sørge for at forholdstallet mellom pådragene i to regulatorer er fast
    Å sørge for at forholdstallet mellom referansene (typisk strømningsreferanser) for to regulatorer er fast
    Å sørge for at forholdstallet mellom to prosessvariable (typisk strømninger) er fast 

56. Hvilken måling er essensiell for implementering av foroverkopling i et temperaturreguleringssystem for et rom hvis temperatur er påvirket av utetemperaturen?

    Måling av ovnstemperaturen
    Måling av utetemperaturen
    Måling av romtemperaturen 

57. Gitt en prosesstreng bestående av diverse prosessavsnitt langs strengen (f.eks. tanker og reaktorer). Hvordan opprettholdes massebalansen i hver delprosess?

    Vha. massestrømsreguleringssløyfer i alle rørledninger mellom prosessavsnittene 
    Vha. én massestrømsreguleringssløyfe i en rørledning i prosesstrengen, sammen med massebalanseregulering (f.eks. nivåregulering eller trykkregulering) i hvert prosessavsnitt
     Vha. massebalanseregulering (f.eks. nivåregulering eller trykkregulering) i hvert prosessavsnitt

58. På hvilke typer prosesser kan MPC (model-based predictive control = modellbasert prediktiv regulering) anvendes?

    Kun på ulineære prosesser
    Kun på multivariable prosesser
    På alle typer prosesser (ulineære, multivariable, tidsvarierende) 

59. Hva er prinsippet for MPC?

    At operatøren prøver seg fram til gunstig pådrag ved å utføre eksperimenter på en fysisk modell av prosessen og setter deretter dette pådraget på prosessen.
    At en framtidig pådragssekvens eller -serie beregnes av PID-regulatorer som styrer en simulert prosess etter framtidige referanseverdier, og fra denne pådragssekvensen settes den første pådragsverdien ut til prosessen. Dette gjentas for hvert samlingsintervall.
    At en framtidig pådragssekvens eller -serie beregnes som løsningen av et optimalkriterium med prosessmodellen som bibetingelse. Optimalkriteriet er en sum av framtidige vektede kvadratiske avviksledd og kvadratiske pådragsledd. Fra denne optimale pådragssekvensen settes den første pådragsverdien ut til prosessen. Dette gjentas for hvert samlingsintervall.

60. Hvilke muligheter for styring/regulering gir PLS-utstyr?

    Kun binær (eller logisk) styring
    Både binær styring, sekvensiell styring og kontinuerlig regulering (PID-regulering)
    Kun sekvensiell styring

61. Hvilke av følgende er ikke standard pådragssignal fra regulatorer?

    4-20 mA
    0-20 mA
    _¯10 - +10 V 

62. Hvordan kan du omsette et pådragssignal i området 4-20 mA til et proporsjonalt signal i området 1-5 volt?

    Det går nok ikke.
    Ved å la strømmen gå igjennom en motstand med verdi 250 W og la spenningssignalet være spenningsfallet over denne motstanden
    Ved å la strømmen gå igjennom en motstand med verdi 500 W og la spenningssignalet være spenningsfallet over denne motstanden 

63. Gitt de logiske variabelverdiene x1 = 0, x2 = 1 og x3 = 1. Hva er da verdien av den logiske funksjonen y = x1 OR (x2 AND (NOT x3))?

    1
    0
    0,5 

64. Hvilket av følgende Matlab-uttrykk definerer transferfunksjonen
    h(s) = [3/s]*e^-2s og plotter transferfunksjonens frekvensrespons i Bode-diagram?

    K=3;h=tf(K,1,'InputDelay',2); bode(h)
    K=3;h=tf(K,1,'TimeDelay',2); bode(h)
    K=3;h=tf(K,[1,0],'InputDelay',2); bode(h) 

65. Hvilket Matlab-uttrykk kjører en simulering av Simulink-modellen system1.mdl?

    sim('system1')
    lsim('system1')
    simulink('system1') 

Poeng [%]: Karakter: