2. Выполнить практическое задание с использованием пакета Simulink программы matlab [12-15], помещенное выше на стр. 14 данных методических рекомендаций, предоставить его на проверку преподавателю и УСТНО ЗАЩИТИТЬ.

3. Оформить титульный лист проделанной самостоятельной работы (см. Приложение А).

4. Титульный лист (формат А4), лист с ответом на вопрос (формат А4), а также выполненное практическое задание (формат А4) подшить с помощью гибкого пластикового скоросшивателя, НЕ ИСПОЛЬЗУЯ ПРИ ЭТОМ ФАЙЛЫ!

5. При сдаче самостоятельной работы и зачета преподавателю, быть готовым к беседе по всем темам курса «теория автоматического управления».

* Пример: если последние две цифры зачетки – 32, то номер вопроса – 27.

6. Перечень вопросов к зачету по дисциплине «теория автоматического управления»

На проведение зачета отводится 2 академических часа на группу. Курсанты (студенты) для подготовки к зачету заранее получают перечень вопросов, приведенный ниже.

Английская версия вопросов во избежание некоторой неопределенности в терминологии приведена согласно оригинальному тексту [2].

1. Дать определение автоматическому управлению и установить его цель. / Defines an automatic control and states its purpose.

2. Описать устройства / оборудование, из которых состоят системы управления, а также их функции. / Describes what devices/equipment construct control systems and their role/functions.

3. Определить связь сенсорного блока (датчика), регулятора, управляемой переменной, управляющей переменной и объекта управления в системе управления. / Relates sensing unit, controller, controlled variable, manipulating variable and controlled object to each of them in the control system.

4. Описать, какие устройства включены в сенсорный блок. / Describes what sort of devices are included in the sensing unit.

5. Привести и объяснить функции в системах управления известных Вам контроллеров / регуляторов: электронные (PID, PLC, computer) контроллеры и пневматические контроллеры. / Describes variety of controllers such as electronic (PID, PLC, computer) controller and pneumatic controller.

6. Определить, что означает: параметры настройки регулятора; входная, выходная величины регулятора; отклонение управляемой переменной в регуляторе. / Defines setting value, input value, deviation and output value/controlled variable in the controller.

7. Принципы автоматического управления. Комбинированные системы автоматического управления.

8. Описать, какие устройства включены в исполнительные механизмы (manipulators). / Describes what sort of devices are included as manipulators.

9. Описать разновидности объектов управления. / Describes variety of controlled object.

10. Описать как автоматическое управление используется в судовой пропульсивной установке, используя в качестве примеров: систему регулирования температуры и систему регулирования уровня, включая параметры управления, такие как: инерционность (время регулирования) / time lag; постоянная времени / time constant; время запаздывания / dead time; а также апериодические звенья первого / второго порядка / first/second-order lag element, возмущение / disturbance и сдвиг (ошибка регулирования) / offset. / Describes how automatic controls are utilized in the ship's propulsion machinery, taking examples of temperature and level control systems, including control parameters such as time lag, time constant, dead time, first/second-order lag element, disturbance and offset.

11. Привести классификацию систем автоматического управления. / Classifies systematically automatic controls in terms of control methodologies.

12. Объяснить, что означает оптимальное управление. / States what an optimal control means.

13. Коротко объяснить суть управления с обратной связью и прямой связью. / Explains briefly feedback control and feedforward control.

14. Коротко описать: позиционное (ON-OFF) управление; последовательное управление; PID - управление и программное управление, а также объяснить, как эти виды управления применяются в системах управления. / Describes briefly ON-OFF control, sequential control, PID control and program control. Explains how these automatic controls are applied to the control systems.

15. Коротко объяснить суть программного управления и то, как это управление осуществляется. / Explains briefly program control and how the control is realized.

16. Описать применение программного управления в судовой пропульсивной установке. / Describes the applications of program control in the ship's propulsion machinery.

17. Объяснить, что означает позиционное (ON-OFF) управление. / Explains what ON-OFF control means.

18. Объяснить характеристики позиционного (ON-OFF) управления. / Explains the characteristics of ON-OFF control.

19. Объяснить, как применяется позиционное (ON-OFF) управление. / Explains how ON-OFF control is utilized.

20. Перечислить компоненты, которые входят в систему позиционного (ON-OFF) управления. / Lists components comprising ON-OFF control system.

21. Описать позиционное (ON-OFF) управление на соответствующих примерах систем автоматического управления. / Describes ON-OFF control taking some applications as examples.

22. Объяснить, что означает последовательное управление. / Explains what a sequential control means.

23. Объяснить характеристики последовательного управления. / Explains the characteristics of a sequential control.

24. Объяснить, как используется последовательное управление. / Explains how a sequential control is utilized.

25. Перечислить компоненты, которые включаются в систему последовательного управления. / Lists components comprising a sequential control system.

26. Описать последовательное управление, принимая во внимание некоторые примеры применения такого управления. / Describes sequential controls taking some applications as examples.

27. Объяснить принципы / теорию ПИД-регулирования. / Explains the principles/theory of PID control.

28. Объяснить, как могут быть реализованы P, I и D - законы управления, пользуясь простыми электронными и пневматическими схемами. / Explains how P, I and D actions can be electrically/pneumatically available showing simple electronic circuits and pneumatic diagrams.

29. Доказать, что ПИД-регулирование является классическим методом управления, но даже в настоящий момент, оно как и раньше является прочным основанием для управления любой физической величиной или процессом. / States that PID control is classical control methodology but even now, it is still firm basis for controlling any physical/process value.

30. Доказать, что программируемый логический контролер (PLC) и компьютерный контролер производит те же действия, что и ПИД-регулятор во время управления любой физической величиной или процессом. / States that PLC and computer controller produces the same actions as analog PID controller when controlling physical/process value.

31. Объяснить P, I, D, PI, PD и PID - законы управления соответственно, используя входные воздействия: «единичный скачок» (step) или «заданный темп» (ramp input). / Explains P, I, D, PI, PD and PID actions respectively using step or ramp input.

32. Объяснить характеристики P - закона управления, а также диапазон пропорциональности (PB – proportional band). / Explains the characteristics of P action as well as proportional band (PB).

33. Объяснить характеристики I и D - законов управления. / Explains the characteristics of I and D actions.

34. Объяснить, как P, I и D - законы управления влияют на систему контроля, доказав, что P - значение способствует прочности управления, И - значение, способствует точности управления, а D - значение способствует скорости управления. / Explains how P, I and D actions contribute to control systems, stating that P value contributes to strength of control, I value contributes to accuracy of control and D value contributes to speed of control.

35. Описать влияние единичной функции (единичного скачка) на систему с ПИД-регулятором и объяснить результаты этого влияния. / Describes the step response test to PID action and what can be understood by its results.

36. Объяснить, как определить параметры P, I и D для оптимального управления. / Explains how P, I, and D parameters for optimal control can be determined.

37. Описать компоненты, которые входят в систему ПИД-регулирования, включая чувствительный элемент, преобразователь (измерительного типа), манипулятор и контроллер. / Describes the components comprising PID control systems including sensing unit, transducer, manipulator and controller.

38. Дать определение пирометру и термометру, а также определить диапазон температур, для которых в измерителях температуры используется ртуть. / States that it is common practice to call the measuring instrument for temperatures: above 500 ºС a pyrometer; below 500 ºС a thermometer; states the temperature range for which mercury is used.

39. Определить жидкости, которые могут использоваться для измерения низких температур. / Names the fluids which can be used for the measurement of lower temperatures.

40. Описать основные особенности термометров, которые базируются на системе заполнения (filled system), в том числе:

• ртуть в стали / mercury in steel;

• пары давления / vapour-pressure;

• газонаполненный / gas-filled.

Describes the principal features of thermometers based on the filled system, including: mercury in steel; vapour-pressure; gas-filled.

41. Описать основные особенности биметаллических термометров. / Describes the principal features of a bimetallic thermometer.

42. Определить, что диапазон и точность электрического термометра варьируется в зависимости от материала, используемого в чувствительном элементе. / States that the range and accuracy of electrical thermometer varies according to the material used in the detecting element.

43. Привести эскиз и описать измерительный прибор температуры – термосопротивление на основе моста сопротивления (Wheatstone bridge). / Sketches and describes a resistance-type measuring instrument based on the Wheatstone bridge.

44. Описать характеристики термистора и условия, при которых он применяется. / Describes the characteristics of a thermistor and the conditions for which it is suitable.

45. Привести эскиз схемы термопары и описать ее работу. / Sketches a circuit used in a thermocouple and describes its operation.

46. Датчики температуры: термопреобразователи сопротивления – Pt-100.

47. Описать принципы действия оптического пирометра. / Describes the principles of an optical pyrometer.

48. Описать физические принципы действия следующих измерителей давления:

• 1. манометры / manometers;

• 2. водяные манометры / simple water;

• 3. цистерны / wide-cistern or well;

• 4. наклоненные трубки / inclined-tube;

• 5. ртутные манометры / mercury;

• 6. датчики давления / pressure gauges;

• 7. трубки Бурдона / Bourdon;

• 8. мембранные датчики / diaphragm-sealed gauge;

• 9. сильфонные датчики / twin-bellows differential-pressure cell;

• 10. тензодатчики.

49. Датчик давления с потенциометрическим преобразователем.

50. Датчик давления с индуктивным преобразователем.

51. Датчик давления с дифференциально трансформаторным преобразователем.

52. Датчик давления с емкостным преобразователем.

53. Датчик давления с тензорезисторным преобразователем.

54. Датчик давления с пьезоэлектрическим преобразователем.

55. Датчики уровня: поплавковые.

56. Датчики уровня: мембранные.

57. Датчики уровня: пьезометрические.

58. Поплавковые датчики весового типа.

59. Датчики уровня: емкостные.

60. Датчики уровня: омические.

61. Датчики уровня: радиоволновые.

62. Датчики расхода жидкости.

63. Датчики крутящего момента: тензорезисторные.

64. Датчики крутящего момента: магнитоупругие.

65. Датчики крутящего момента: с индукционными преобразователями.

66. Сельсины. Устройство и принцип действия контактных и бесконтактных сельсинов. Область применения на судах. Современные аналоги.

67. Индикаторный режим работы сельсинов. Трансформаторный режим работы сельсинов.

68. Тахогенераторы. Строение, конструктивное исполнение, принцип действия, характеристики, область применения на судах. Современные аналоги.

69. Поворотные трансформаторы. Строение, конструктивное исполнение, принцип действия, характеристики, область применения на судах. Современные аналоги.

70. Описать обычные типы пожарных детекторов. / Describes the common types of fire detector.

71. Описать основные особенности:

• 1. детектора взрывного газа / explosive-gas detector;

• 2. монитора вибрации / vibration monitor;

• 3. анализатора кислорода / oxygen analyser;

• 4. анализатора CO2 / CO2 analyser;

• 5. измерителя относительной влажности / relative humidity metre;

• 6. измерителя солености / salinity measurement;

• 7. измерителя растворенного кислорода / dissolved-oxygen metre;

• 8. РН-метра / pH metre.

72. Описать процедуру или выполнить настройку, тестирование и обслуживание измерительных приборов (детекторов, анализаторов и т. п.).

73. Описать передатчики: функции, назначения. / Describes the function of a transducer.

74. Описать датчики: функции, структура, назначение. / Describes the function of a transmitters.

75. Пневматические элементы управления: описать расположение заслонок и форсунок. / Pneumatic Controlling Elements: describes the flapper and nozzle arrangement.

76. Объяснить, что имеется в виду под отрицательной обратной связью и положительной обратной связью в пневматических системах автоматического управления. / Explains what is meant by negative feedback and by positive feedback.

77. Привести эскизы расположения заслонки и сопла с отрицательной обратной связью в пневматических системах автоматического управления. / Sketches a flapper and nozzle arrangement with negative feedback.

78. Объяснить функцию датчика баланса силы (force-balance transducer) в пневматических системах автоматического управления. / Explains the function of a force-balance transducer.

79. Описать принципиальные особенности и принцип действия электропневматического преобразователя. / Describes the principle features of an electro pneumatic transducer.

80. Объяснить применение моста Уитстона (Wheatstone bridge), используемого в качестве датчика в пневматических системах автоматического управления. / Uses a Wheatstone bridge used as a transducer.

81. Описать физические принципы действия индуктивных преобразователей. / Describes the principles of a variable-inductance.

82. Описать физические принципы действия емкостных преобразователей. / Describes the principles of a variable-capacitance transducer.

83. Описать принципы действия электронной системы баланса силы (electronic force-balance system). / Describes the principles of an electronic force-balance system.

84. Описать физические принципы действия преобразователя «напряжение-ток». / Describes the principles of a voltage-current transducer.

85. Описать основные особенности и принцип действия: пневматического приемника интегратора (pneumatic receiver integrator), потенциометрического самописца (potentiometric pen recorder); объяснить функцию «Х-Y запись» (X-Y recorder) в пневматических системах автоматического управления. / Describes the principal features of: a pneumatic receiver integrator, a potentiometric pen recorder; explains the function of an X-Y recorder.

86. Описать основные принципы действия асинхронных исполнительных двигателей и исполнительных двигателей постоянного тока (ас and dc servo motors) в пневматических системах автоматического управления. / Describes the basic principles of ac and dc servo motors.

87. Пневматический исполнительный механизм (pneumatic) / Pneumatic Manipulator Elements:

• 1. доказать, что контроллер (the final controller) может быть пневматическим, гидравлическим или электрическим; / States that the final controller might be operated pneumatically, hydraulically or electrically.

• 2. представить эскиз регулирующего клапана (diaphragm-operated control valve); / Sketches a diaphragm-operated control valve.

• 3. описать характеристики двигателя и корректирующего элемента; / Describes the characteristics of the motor element and the correcting element in the above objective.

• 4. описать или определить экспериментально характеристики элементов: «mitre valves», «vee-ported valves»; / Describes or, preferably, determines by experiment the flow characteristics and applications of: mitre valves, vee-ported valves.

• 5. объяснить, что имеется в виду под «turn-down ratio»; / Explains what is meant by «turn-down ratio».

• 6. описать условия, которые могут диктовать необходимость применения позиционера (positioner); / Describes the conditions which may dictate the need for a positioner.

• 7. описать основные особенности позиционера (positioner); / Describes the principal features of a positioner.

• 8. объяснить обстоятельства, при которых могут быть использованы поршневые приводы (piston actuators); / Explains the circumstances when piston actuators might be used.

• 9. описать условия, где могут быть использованы поворотные затворы (butterfly valves); / Describes the conditions where butterfly valves might be used;

• 10. описать вентиль регулирования температуры (wax-element temperature-control valve) и указать его нормальный диапазон температур. / Describes the wax-element temperature-control valve and states its normal temperature range.

88. Электрический исполнительный механизм (electrical servomotor):

• 1. описать исполнительный двигатель постоянного тока и объяснить, чем он отличается от обычного двигателя; / Describes a dc servomotor and explains how it varies from the common motor.

• 2. объяснить проблемы использования трехфазного двигателя переменного тока в качестве исполнительного двигателя; / Explains the problems of using a three-phase ac machine as a servomotor.

• 3. описать применение двухфазного двигателя переменного тока, объяснив, как могут быть изменены его характеристики. / Describes the applications of a two-phase ac servomotor, explaining how its characteristics can be varied.

89. Гидравлический исполнительный механизм (hydraulic servomotor):

• 1. описать физические принципы действия гидравлического элемента «swash plate pump»; / Describes the principles of a swash plate pump.

• 2. объяснить преимущества использования высоких давлений «high pressures»; / Explains the advantage of using high pressures.

• 3. объяснить особенности применения гидравлического цилиндра серводвигателя «hydraulic ram servomotor». / Explains the applications of a hydraulic ram servomotor.