Федосов Борис Трофимович
Рудненский индустриальный институт,
Рудный, Казахстан
Об авторе

УДК 681.51.01
Ф338

ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
ЮНИТА 1

         Приведены фрагменты рабочего учебника. Полная версия пособия содержится в прилагаемом файле, ссылка для загрузки которого дана ниже.
         Пособие выполнено в виде электронной книги формата chm, которую можно просматривать на любом компьютере стандартными средствами операционной системы Windows.

1. Математическое описание линейных систем и их элементов

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

1. Характеристика объектов и систем автоматического управления

Объекты и системы управления. Воздействия и реакции. Физические и алгоритмические модели объектов и систем. Принципы автоматического управления. Задачи решаемые САУ. Структурная реализация принципов управления.

2. Уравнения, модели и характеристики линейных систем

Дифференциальные уравнения линейных объектов и систем. Простейшие сигналы – модели воздействий и реакций. Характеристики линейных объектов. Передаточная функция. ККП – комплексный коэффициент передачи. Переходная функция. Весовая или импульсная функция.

3. Типовые звенья

Определение. Классификация звеньев. Простейшие звенья. Пропорциональное звено. Интегрирующее звено. Типовые звенья I порядка. Апериодическое (инерционное) звено. Форсирующее (ускоряющее) звено. Инерционно - дифференцирующее звено. Колебательное звено. Звено запаздывания. Идентификация элементов САР.

4. Соединение звеньев и преобразование структурных схем. Типовая схема САР

Теоремы о соединении звеньев. Преобразование схем с использованием переносов ветвлений и сумматоров через звено. Типовая одноконтурная САР. Многомерные системы управления.


ТЕМАТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Вступление

         Предлагаемый рабочий учебник для дистанционного обучения основан на кратком курсе из 8 - 9 лекций по теории автоматического управления, читаемом автором в четвертом семестре студентам второго курса специальности 210440 "Электроснабжение промышленных предприятий" в Рудненском индустриальном институте. Курс призван дать студентам общее, поверхностное представление о предмете ТАУ и ввиду своей краткости требует строгого подхода к отбору материала. Необходимо не только изложить то, что требуется, но и не сказать лишнего, чтобы не перегрузить курс.
         Студентам других специальностей, изучающих ТАУ и системотехнику, в частности, 330840 "Электропривод и автоматизация технологических комплексов" и 091340 "Информационные системы в экономике" это учебное пособие может быть рекомендовано как вспомогательный и справочный материал для быстрого знакомства с предметом ТАУ.
         Юнита 1 (рабочий учебник) представляет собой целостное методическое пособие по разделу курса ТАУ "Математическое описание линейных систем и их элементов", содержащее конспект лекций, информацию о том, что студент должен знать и уметь по окончанию изучения раздела и вспомогательные материалы. В совокупности с методическими указаниями по выполнению лабораторных работ [1.3] материал юниты 1 позволяет самостоятельно изучить раздел в полном объеме.
         Большое внимание в учебнике уделено иллюстрациям, позволяющим существенно повысить плотность информации. Студентам рекомендуется подробно изучать рисунки.

Введение

1. Цели и задачи курса

ТАУ - общетехнический курс для инженеров специальности ЭЭ. Курс вводит в теорию автоматических систем управления, дает основные теоретические сведения, обеспечивающие понимание принципов функционирования систем управления и грамотную их эксплуатацию.

Цель дисциплины: изучение основных положений ТАУ и ознакомление с методами анализа и синтеза систем автоматического управления в объеме достаточном для грамотной эксплуатации систем управления и постановки задач по их проектированию и модернизации.

Задачи дисциплины:

  1. приобретение знаний
  2. приобретение навыков

2. Предмет курса ТАУ

ТАУ – это научная и техническая дисциплина, она изучает общие принципы системной организации на основе построения математических моделей объектов и систем управления. Это позволяет оценивать характеристики и свойства проектируемых систем, создавать системы, отвечающие заданным требованиям качества.

Анализ - исследование системы управления, путем построения ее математической модели и изучения свойств этой модели. Анализ проводится с целью выяснения вопроса о том, способна ли в принципе модель САР решать задачу управления, и если нет, то какими методами и средствами ее можно сделать работоспособной.

Синтез – (теоретическое конструирование) – это построение модели системы управления, обеспечивающей требуемое поведение объекта управления.

Этапы проектирования системы управления

  1. объект управления: выбирается объект управления. Определяются цели его функционирования, управляемые величины и воздействия, которые могут быть приложены к его входам.
  2. на основании инженерного опыта, интуиции строится функциональная схема системы управления, которая, в принципе, способна решить поставленную задачу управления объектом.
  3. модель. По функциональной схеме строится модель системы управления. Модель представляет собой так называемую структурную схему, отображающую взаимодействие элементов модели, а также набор передаточных функций, описывающих отдельные элементы структуры.
  4. анализ модели. Изучаются свойства и характеристики модели. Определяется ее работоспособность, а также характеристики качества, в первую очередь, точность и быстродействие.
  5. синтез САР. Синтез – теоретическое конструирование. Здесь оптимизируются параметры и структура системы управления, с тем, чтобы обеспечить требуемое качество САР.
  6. техническая реализация.

Перечень умений

В данном разделе дается перечень основных навыков решения типовых задач, которыми должен владеть студент после освоения материала первой юниты, а также алгоритмы их решения - порядок рассуждений и действий.

Умение

Алгоритм

1

Определить тип САР
по ее структурной схеме

Найти на схеме объект управления, его управляемую величину, задающую величину САР, устройство сравнения (если оно есть) и регулятор. Определить, имеется ли в САР главный контур управления. Если он есть, то САР реализует управление по отклонению.

Если главного контура управления нет, то САР разомкнутая. Если в этом случае на регулятор поступает сигнал возмущения, то схема САР разомкнутая, с управлением по возмущению, если не поступает - схема разомкнутая, с жестким управлением.

Если на регулятор подается сигнал рассогласования от устройства сравнения и возмущение, то схема САР комбинированная, с управлением как по отклонению, так и по возмущению.

2

Определить тип
и параметры звена
по его переходной функции

Если переходная функция звена растет линейно и неограниченно, то это интегратор. Его постоянная времени совпадает со временем, за которое переходная характеристика достигает уровня единицы.

Если переходная функция начинает расти линейно, а затем скорость ее роста постепенно уменьшается и характеристика стремится асимптотически к некоторому уровню, то звено - апериодическое. Уровень определяет коэффициент усиления звена, а момент пересечения касательной, проведенной в нулевой момент времени к переходной характеристике - его постоянную времени.

Если переходная функция в нулевой момент времени идет горизонтально, а затем с колебаниями или без них стремится к некоторому уровню, то это колебательное звено. Размах колебаний и время их затухания определяют постоянную времени и декремент затухания звена (см. рис. 3.14 в гл. 3). Коэффициент усиления определяется уровнем, к которому стремиться переходная функция.

И так далее.


ТРЕНИНГ УМЕНИЙ

Раздел предназначен для приобретения и закрепления студентом навыков решения типовых задач, связанных с описанием систем автоматического управления и их элементов. По каждому разделу, рассматриваемому в первых четырех лекциях, дается пример решения задачи на основе стандартного алгоритма и предлагаются задачи для самостоятельного решения.

Содержание
  1. Определение типов систем автоматического регулирования (САР) по их функциональным схемам
  2. Определение параметров звеньев по их переходным функциям
  3. Определение параметров звеньев по их частотным характеристикам
  4. Определение параметров выходного сигнала линейной САР
  5. Определение передаточных функций системы звеньев
  6. Построение частотных характеристик последовательного соединения звеньев
  7. Приведение схемы произвольной САР к типовому виду

1. Пример выполнения упражнения тренинга на умение 1

Определение типов систем автоматического регулирования (САР)
по их функциональным схемам

Задание

Дана функциональная схема САР частоты вращения вала двигателя постоянного тока (ДПТ):

gif-file, 20KB

Рис. Т 1.1. САР ЧВ ДПТ. ДПТ - двигатель постоянного тока, У – усилитель, Г – генератор, ТГ – тахогенератор (датчик частоты вращения вала)

Определить тип САР.

Решение

Выполните последовательность действий в соответствии с алгоритмом, указанным в перечне для умения №1.


Алгоритм

Конкретное соответствие данной ситуации
предложенному алгоритму

1

Найти на схеме объект управления, его управляемую величину, задающую величину САР, устройство сравнения (если оно есть) и регулятор.

Объект управления - ДПТ, его управляемая величина - частота вращения вала n [об/сек], задающая величина САР это напряжение хз, [В], устройство сравнения есть, это сумматор. Регулятором можно считать последовательное соединение усилителя и генератора.

2

Определить, имеется ли в САР главный контур управления. Если он есть, то САР реализует управление по отклонению.

Главный контур управления в САР имеется.

3

Если на регулятор подается сигнал рассогласования от устройства сравнения и возмущение, то схема САР комбинированная, с управлением как по отклонению, так и по возмущению.

На регулятор возмущение не подается.
Ответ: на схеме приведена замкнутая САР с управлением по отклонению

Выполните самостоятельно следующие задания

Задание 1.1

Дана функциональная схема САР частоты вращения вала двигателя постоянного тока (ДПТ):

gif-file, 20KB

Рис. Т 1.2. ДПТ - двигатель постоянного тока, У – усилитель, Г – генератор

Определить тип САР.


gif-file, 20KB

Проверка на этой странице не производится. Ссылки работают только в файле учебника (см. ниже).


КУРС: ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ. Юнита 1
        
         Математическое описание линейных систем и их элементов

Файл пособия: TAU_Un_1_v_123.zip 1.04 МБ, 18.05.2005

Файл пособия: [ TAU_Un_1_v_127_100720.zip 1.1 МБ, 20.07.2010]

gif-file, 20KB

Юнита 1 (рабочий учебник) представляет собой целостное методическое пособие по разделу курса ТАУ "Математическое описание линейных систем и их элементов", содержащее конспект лекций, информацию о том, что студент должен знать и уметь по окончанию изучения раздела и вспомогательные материалы. В совокупности с методическими указаниями по выполнению лабораторных работ [1.3] материал юниты 1 позволяет самостоятельно изучить раздел в полном объеме.

18.05.2005

Обновлено 20.07.2010


К содержанию
<< 3.1. Рабочие учебники

<< К оглавлению
раздела Избранное