नियंत्रण अभियांत्रिकी 1: अभ्यास प्रश्न और परीक्षा प्रश्न

पुनर्निवेश नियंत्रण का पहला पाठ्यक्रम: लाप्लास रूपांतर और अंतरण फलन, ब्लॉक आरेख, क्षणिक अनुक्रिया, राउथ–हरविट्ज़ कसौटी और मूल बिंदुपथ से स्थायित्व, स्थायी-अवस्था त्रुटि, PID नियंत्रण और आवृत्ति अनुक्रिया। अधिकांश परीक्षा प्रश्न किसी अंतरण फलन से शुरू होते हैं और एक ध्रुव, एक लब्धि या एक विनिर्देश पूछते हैं।

क्रैम पैक (PDF)सूत्र-पत्रक, विधि के चरण और पूरे हल सहित अभ्यास प्रश्न, प्रिंट करने के लिए तैयार।

इस कोर्स के विषय

  1. लाप्लास रूपांतरसारणी युग्म और मान प्रमेय · आंशिक भिन्नों से प्रतिलोम रूपांतर · अवकल समीकरण और अंतरण फलनगणनाएँ
  2. ब्लॉक आरेखश्रेणी, समांतर और पुनर्निवेश · संवृत-लूप अंतरण फलन और त्रुटियाँ · विक्षोभ, स्थायित्व और ध्रुवगणनाएँ
  3. सोपान अनुक्रियाप्रथम-कोटि तंत्र · द्वितीय-कोटि प्राचल · भौतिक तंत्र और डिज़ाइनगणनाएँ
  4. स्थायित्व: राउथ–हरविट्ज़ और मूल बिंदुपथराउथ सारणी और ध्रुवों की गिनती · स्थायित्व के लिए K का परास · मूल बिंदुपथगणनाएँ
  5. स्थायी-अवस्था त्रुटि और PID नियंत्रणतंत्र का प्रकार और त्रुटि स्थिरांक · स्थायी-अवस्था त्रुटियाँ और लब्धि · P, PI और PD अभिकल्पगणनाएँ
  6. बोडे आरेख और सीमाएँफ़िल्टर और अनंतस्पर्शी · परिमाण और कला · स्थिरता सीमाएँगणनाएँ

नियंत्रण अभियांत्रिकी 1 के लिए परीक्षा सुझाव

  • पहले संवृत-लूप अभिलाक्षणिक बहुपद लिखिए: स्थायित्व, अवमंदन और मूल बिंदुपथ सब उसी से निकलते हैं।
  • स्थायी-अवस्था त्रुटि निकालने से पहले s = 0 पर ध्रुव गिनिए: तंत्र का प्रकार बताता है कि कौन-सी त्रुटि परिमित है।
  • द्वितीय-कोटि के हर की तुलना s² + 2ζωₙs + ωₙ² से कीजिए ताकि अवमंदन अनुपात और प्राकृतिक आवृत्ति पढ़ी जा सके।

हल किए गए उदाहरण

लाप्लास रूपांतरआसान
t (s)f(t)f(∞) = ?

एक संकेत f(t) का लाप्लास रूपांतर F(s) = 28/(s(s² + 2s + 23)) है। अंतिम मान प्रमेय से वह मान f(∞) ज्ञात कीजिए जिस पर f(t) स्थिर होता है।

F(s) = 28/(s(s² + 2s + 23))

ज्ञात करें: f(∞)

संकेत दिखाएँ
  1. अंतिम मान प्रमेय: s → 0 के लिए f(∞) = lim s·F(s)।
  2. पहले जाँचें कि s·F(s) के सभी ध्रुव बाएँ अर्ध-तल में हैं, ताकि f(t) वास्तव में स्थिर हो।
  3. s·F(s) = 28/(s² + 2s + 23).
उत्तर और चरण-दर-चरण हल दिखाएँ

लाप्लास रूपांतर: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt अवकलजों को s से गुणा में बदल देता है: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0)। मानक युग्म: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), और विस्थापन s → s + σ समय फलन को e−σt से गुणा करता है। परिमेय F(s) का प्रतिलोम लेने के लिए उसे आंशिक भिन्नों में बाँटें: सरल ध्रुव p का अवशेष A = [(s − p)·F(s)], s = p पर है। अंतिम मान प्रमेय: f(∞) = lims→0 s·F(s), केवल तभी मान्य जब s·F(s) के सभी ध्रुव बाएँ अर्ध-तल में हों। प्रारंभिक मान प्रमेय: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s)।

जाँचें कि प्रमेय लागू होता है

प्रमेय केवल तभी लागू होता है जब f(t) स्थिर हो; काल्पनिक अक्ष पर या दाएँ अर्ध-तल में कोई ध्रुव गलत उत्तर देगा।

s·F(s) के ध्रुव: s² + 2s + 23 = 0, सभी बाएँ अर्ध-तल में।

अंतिम मान

f(∞) = lims→0 s·F(s) = lims→0 28/(s² + 2s + 23) = 28/23 = 1.217

उत्तर

f(∞) = 1.217
ब्लॉक आरेखमध्यम
R(s)+1(s + 3)(s + 2)(s + 4)G(s)C(s)−

एक एकांक ऋणात्मक पुनर्निवेश लूप में G(s) = 1(s + 3)/((s + 2)(s + 4)) है। संदर्भ पर आकार 2 का सोपान लगाया जाता है। स्थायी-अवस्था त्रुटि ess ज्ञात कीजिए।

G(s) = 1(s + 3)/((s + 2)(s + 4))R = 2

ज्ञात करें: ess

संकेत दिखाएँ
  1. स्थिति त्रुटि स्थिरांक Kₚ = G(0)।
  2. आकार A के सोपान के लिए स्थायी-अवस्था त्रुटि: A/(1 + Kₚ)।
  3. Kₚ = 1·3/(2·4) = 0.375.
उत्तर और चरण-दर-चरण हल दिखाएँ

ब्लॉक-आरेख बीजगणित: श्रेणी में ब्लॉक गुणा होते हैं (G₁·G₂), समांतर में ब्लॉक जुड़ते हैं (G₁ + G₂), और अग्र पथ G तथा पुनर्निवेश पथ H वाला लूप ऋणात्मक पुनर्निवेश के लिए T = G/(1 + G·H) और धनात्मक पुनर्निवेश के लिए G/(1 − G·H) में सरल होता है। पहले भीतरी लूप सरल करें, फिर बाहर की ओर बढ़ें। संवृत-लूप ध्रुव अभिलाक्षणिक समीकरण 1 + G(s)H(s) = 0 के मूल हैं। स्थायी लूप के लिए आकार A का सोपान इनपुट स्थायी-अवस्था आउटपुट A·T(0) देता है; एकांक पुनर्निवेश के साथ सोपान के लिए स्थायी-अवस्था त्रुटि A/(1 + Kp) है, जहाँ Kp = G(0)।

स्थिति त्रुटि स्थिरांक

Kₚ = G(0) = 1·3/(2·4) = 0.375

स्थायी-अवस्था त्रुटि

ess = A/(1 + Kₚ) = 2/(1 + 0.375) = 1.455

उत्तर

ess = 1.455

अभ्यास कैसे काम करता है

  • “इस कोर्स का अभ्यास करें” असली परीक्षा की तरह इसके सभी विषयों के प्रश्न मिलाकर देता है।
  • हर प्रश्न में नए मान होते हैं, इसलिए आप उत्तर नहीं बल्कि विधि सीखते हैं।
  • अटक गए? पहले एक छोटा संकेत खोलें, और पूरी व्याख्या तभी जब ज़रूरत हो।
  • मॉक परीक्षाओं में समय सीमा होती है और कोई संकेत नहीं मिलता; अंत में आपको अपना स्कोर और पूरी समीक्षा मिलती है।

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