Упражнения
10.1. Аналитическая аппаратура. Дайте определение и кратко объясните принцип действия следующих аналитических приборов:
а) терморезистора, термопары, мембранного манометра, ваттметра Холла, торсионного динамометра, тензометра, газового ротаметра, термического массового расходомера, датчика емкости;
б) рН-электрода, гальванического и полярографического зондов для определения концентрации растворенного кислорода, электрохимического зонда для определения давления растворенного CO2, электрода на основе иммобилизованного фермента;
в) масс-спектрометра, газового хроматографа, парамагнитного O2-анализатора;
г) спектрометра, нефелометра, флуорометрии.
10.2. ЭВМ и функции управления. Дайте определения следующим понятиям; а) аналогоцифровой преобразосатель, мультиплексор, цифро-аналоговый преобразователь; б) аппаратное обеспечение, программное обеспечение; в) процесс, датчик, детектор, монитор, регулятор, исполнительный элемент.
10.3. Оценка состояния и расчет параметров системы. а) Объясните различие между непосредственно измеряемыми и оцениваемыми (рассчитываемыми) переменными системы.
б) Какое аппаратное н (илн) программное обеспечение необходимо для оценки состояния системы?
10.4. Управление процессом и преобразование Лапласа. С помощью преобразования Лапласа удобно проводить оценку линейных или линеаризованных систем управления. По определению преобразованием любой функции времени f(t) является F(s):
Это тождество часто изображают сокращенно: F(s) = L{f(t)}.
а) Опишите свойства преобразования производной и интеграла
б) Покажите, что преобразование Лапласа для отклонения выходного
сигнала регулятора o(t)—os [уравнение (10.10)] равно
и что таким образом передаточная функция или отношение трансформации выходного сигнала (коррекции) к трансформации входного сигнала (погрешности) в s-области описывается уравнением
10.5. Регулирование рН. Льюднкин и Пайрет описали кинетику образования молочной кислоты в периодическом микробиологическом процессе уравнением (7.93):
а) Предположим, что зависимость x(t) при приблизительно постоянном рН описывается логистическим уравнением
Найдите соответствующую зависимость p(t), если p(0)=0.
б) В нерегулируемом процессе накопление молочной кислоты (pKa = 3,88) приводит к изменению рН. Предположим, что мы решили установить рН около 6,5. Найдите выражения, описывающие изменение рН в нерегулируемом процессе:
Предложите программу добавления концентрированного раствора основания, позволяющую поддерживать рН на таком уровне, чтобы отклонения (рН — рН0) не превышали 0,1.
в) С помощью уравнения (10.10) и выражения для зависимости e(t) в нерегулируемом процессе найдите выражение, описывающее выходной сигнал O(t) пропорционально-дифференциально-интегрального регулятора.
г) Рассмотрим пропорциональный регулятор [уравнение (10.10) при τD = 0 и τ1 = ∞]. Наибольшее допустимое отклонение (рН – рН0 = 0,1) должно привести к такой скорости добавления основания mB, которая соответствует максимальной скорости образования продукта VR(dp/dt)max. Какой нужен коэффициент пропорциональности Кс, чтобы обеспечить удовлетворительное регулирование, если выходной сигнал O(t) равен скорости добавления основания mB?
д) Найдите выражение, описывающее зависимость рН(t) для регулируемого процесса, упрощенная схема управления которым приведена на рис. 10.У5.1. Увеличением объема системы за счет добавляемого концентрированного основания тв можно пренебречь. Примите, что рНm = рН, т. е. определение рН производится мгновенно и с достаточно высокой точностью.
