KURZUS: Számítógépes folyamatirányítás
MODUL: A folyamat
2.2. lecke: A zavarjelek (bevezetés)
Cél: A lecke célja, hogy a tananyag felhasználója | |||
| |||
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha | |||
| |||
Időszükséglet: 1.5 óra | |||
Kulcsfogalmak: | |||
| |||
Sajnálatos módon a folyamat és főként a környezet nem csak szép arcát mutatja a számítógép felé, hanem rút vonásai is lépten-nyomon kiütköznek. Ezek a rút vonások a zavarjelek. Figyelemreméltó tény, hogy a zavarjelekkel lényegesen többet lehet (és kell) foglalkozni, mint a folyamatjelekkel. | |||
Félreértés ne legyen: nematechnológiaifolyamatra ható zavarokkal foglalkozunk, hiszen ezek semlegesítése éppen az irányítás feladata. Mi itt az irányító rendszert támadó zavarjeleket vizsgáljuk. Talán elsőre furcsa, de egy olyan jel, amely a technológiai folyamatra zavarként hat, a vezérlő rendszer számára hasznos jel (vagyis: folyamatjel), hiszen annak éppen ezt a jelet kell érzékelnie. | |||
A zavarjelek tanulmányozása és az elhárításukra irányuló törekvés korántsem csak a számítógépes folyamatirányítást érinti, egyáltalán nem e szakma sajátos belterülete. Itt azonban fokozott jelentőségre tesz szert, mert | |||
| |||
1. A zajos jelátvitel modellje | |||
A leckerész feldolgozása után vázolja fel és elemezze a zajos jelátvitel általános modelljét; és sorolja fel a zavarelhárítás elvi lehetőségeit! | |||
Az irányító rendszer - mint már említettük - információátviteli rendszernek is tekinthető, ennek megfelelően jelforrásokból, jelvevőkből és csatornákból épül fel (1. ábra). | |||
| |||
A jelforrás kibocsátja a hasznos jelet, az áthalad a csatornán, ahol csatolás révén bekerült zavar szuperponálódik rá, így a jelvevőhöz már torzult információ érkezik. (A zajforrást tekinthetjük parazita jelforrásnak, a csatolást pedig parazita csatornának is.) Az ábrából kiolvashatók a zavarelhárítás elvi lehetőségei is: a zajforrás vagy a csatolás megszüntetésével megakadályozható a zavarjel bejutása a mérőrendszerbe, a már bekerült zavarjel pedig a jelvevő elé tett szűrő segítségével eltávolítható. Eme lehetőségek egyike sem realizálható ideális módon; általában mindegyiket meg kell kísérelni, mert csak együttes alkalmazásuk hozhatja meg a kívánt eredményt. | |||
A fentieket villamos jelátviteli rendszerekre (a továbbiakban: mérőrendszerek) konkretizálva a következőket mondhatjuk. A jelforrás és a zajforrás áramköri szempontból generátor, a jelvevő, a csatorna és a csatolás pedig impedancia. A csatorna és a jelvevő döntően rezisztív (ellenállásos) jellegű, míg a csatolás a domináns fizikai hatás természetének megfelelően konduktív, induktív, illetve kapacitív jellegű (vagy ezek kombinációja) lehet. | |||
| |||
| |||
| |||
A mérőrendszerbe bekerült zaj eltávolítása (a hasznos jelről való utólagos leválasztása) szűréssel kísérelhető meg. A szűrhetőség általános feltétele az, hogy a jel és a zaj domináns spektrális tartományai elkülönüljenek egymástól. Ha ez nem teljesül, a zaj nem szűrhető. | |||
2. A zavarjelek típusai | |||
A zavarjeleket - a hasznos jelekhez hasonlóan - több szempont szerint több típusba sorolhatjuk. Az alábbiakban ezeket tekintjük át. | |||
A) Időbeli változás | |||
Idézze fel, mit tud korábbi tanulmányaiból a jelek spektrális felbontásáról és frekvenciatartománybeli jellemzőiről! | |||
Időbeli változás (vagy spektrumtartomány) szerint megkülönböztetünk egyenfeszültségű (vagy kisfrekvenciás), váltakozó feszültségű, valamint tranziens (nagyfrekvenciás) zavarokat. | |||
| |||
B) A mérőkörben való megjelenés | |||
A 3. ábra egy zajmentes mérőrendszert ábrázol. | |||
| |||
A jelforrás egy feszültséggenerátor, melynek forrásfeszültsége az UH hasznos jel. A jelvevő, ha nagy bemeneti impedanciájú (ami általában telesül), az UH feszültséget érzékeli. A hasznos jel változása a jelvevő bemeneti pontjainak potenciálját ellentétes irányban változtatja, vagyis a hasznos jel un. ellenfázisú jel. | |||
Ezt a mérőrendszert a zavarjelek két módon (két helyen) támadhatják meg. | |||
| |||
| |||
| |||
| |||
Minthogy a jelvevő a bemeneti pontjai közé eső feszültséget érzékeli (ezt értelmezi "hasznos jelnek"), az azonos fázisú zavarjel mindaddig veszélytelen, míg a bemeneti pontok potenciálját azonos mértékben tolja el. A két potenciál bemeneti pontok közé eső különbsége ilyenkor nulla, tehát a jelvevő semmit nem érez az azonos fázisú zavarjelből. Sajnos azonban ez a feltétel a két jelvezeték mentén elhelyezkedő impedanciák egyenlőtlenségéből eredő aszimmetriák miatt soha nem teljesül, vagyis a két bemeneti potenciál nem azonos mértékben tolódik el. Ekkor különbségük már nem zérus, és ellenfázisú jelként jelentkezik, vagyis a hasznos jelre szuperponálódik. Az azonos fázisú zavarjel tehát hajlamos ellenfázisú zavarrá alakulni. | |||
Az ellenfázisú zavarjeleknek két fajtáját különböztetjük meg. Vannak az un. elsődleges (primer) ellenfázisúzavarjelek, amelyek már eleve ellenfázisúként keletkeznek és épülnek be a mérőkörbe, és vannak az un. másodlagos (szekunder) ellenfázisúzavarjelek, amelyek azonos fázisú zavarjel átalakulásával jönnek létre. | |||
| |||
Az említett zavarjelek adott, konkrét áramkörben (dezaktivizált jelforrás mellett) mérhetők is, pontosabban két jól mérhető feszültségből (U1 és U2) számíthatók (6. ábra): | |||
A mérési eljárás során UEF összegzett értéke mérhető, egyes összetevői nem választhatók külön. UAF-re a fenti képlet csak akkor ad jó közelítést, ha UEF<<UAF. | |||
Az azonos fázisú zavarjel ellenfázisúvá alakulásának mértékét egy viszonyszámmal, a közösjel-elnyomással (Common Mode Rejection, CMR) szokás jellemezni. Definíciója: | |||
[dB] | |||
ahol Uef-be csak a szekunder ellenfázisú zavarjelek számítandók be. Zérus CMR érték azt jelenti, hogy a teljes UAF ellenfázisú zavarként hat. Ha pl. 1V azonos fázisú zavarból 1mV ellenfázisú zavar keletkezik, a CMR 60dB. Nyilvánvaló, hogy egy mérőrendszer annál jobb, minél nagyobb a CMR értéke. Az ideális érték végtelen nagy lenne, de ez természetesen nem érhető el. | |||
Lépjen ki a tananyagból! Gondolja át a lecke tartalmát, rekonstruálja a szerkezetét! Vegyen elő egy lapot és írja le a lecke vázlatát! Ne sajnálja az erre fordított időt! Ha gondosan megcsinálja, már majdnem tudja is az anyagot. |
Önellenőrző kérdések | |||||||||||
1. Mondja el saját szavaival a zavarjel jelen kontextus-beli értelmezését! | |||||||||||
2. Egy olajlepárlási technológia irányítási rendszerében az alábbiak közül melyek minősülnek a mérési folyamatra ható zavarjelnek?
![]() | |||||||||||
3. Rajzolja fel a zajos jelátvitel modelljét és sorolja fel a zavarelhárítás elvi lehetőségeit! | |||||||||||
4. Jelölje meg a helyes választ! A kapacitív csatolás csökkenthető:
![]() | |||||||||||
5. Valamely hasznos jel spektrális tartománya 0,...,10 Hz. Szűrhető-e egy rá telepedő 5 Hz-es zaj?
![]() | |||||||||||
6. Mondja el a jelvevő azonos fázisú és ellenfázisú vezérlésének fogalmát! Jelölje meg a helyes állításokat az alábbiak közül!
![]() | |||||||||||
7. Egy mérőkörben 1,5 V azonos fázisú zavarjelből 15 mV ellenfázisú zavarjel keletkezik. Mekkora a CMR?
![]() | |||||||||||
8. Egy mérőkörben 80 dB CMR mellett 2 mV szekunder ellenfázisú zavarjel mérhető. Mekkora azonos fázisú zavarjel hozta ezt létre?
![]() |