Главная страница
Навигация по странице:

  • Что представляет собой алгоритм функционирования уст- ройства управления 3. Что характеризуют переменные (параметры) объекта управления

  • Какой технический объект может рассматриваться в каче- стве объекта управления

  • Почему САУ, реализующие принцип обратной связи, на- зываются замкнутыми

  • Когда задающее устройство реализуется в явной форме

  • 18. Что характеризует амплитудно-фазовая частотная характери- стика

  • Почему устойчивость системы определяется только пере- ходной составляющей движения системы

  • 16. Чем отличаются годографы Михайлова для САР с запаздыва- нием и без запаздывания

  • Что понимается под качеством регулирования 2. Основное отличие астатического регулирования от стати- ческого. 3. Что характеризует статическая ошибка

  • Как определяются коэффициенты ошибок 5. В чем состоит особенность коэффициентов ошибок

  • Что характеризует время регулирования 9. От чего зависит величина перерегулирования в системе

  • 11. Какова связь между временем регулирования и частотой среза

  • 14. Что представляет собой линейное разностное уравнение

  • И.А. Штефан Теория автоматического управления. Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной форм. И.А. Штефан Теория автоматического управления. Программа, методи. Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения специальности 120100 "Технология машиностроения"


    Скачать 184.01 Kb.
    НазваниеМетодические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения специальности 120100 "Технология машиностроения"
    АнкорИ.А. Штефан Теория автоматического управления. Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной форм
    Дата13.11.2017
    Размер184.01 Kb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаИ.А. Штефан Теория автоматического управления. Программа, методи.pdf
    ТипМетодические указания
    #5866
    КатегорияПромышленность. Энергетика
    страница1 из 3
      1   2   3

    Министерство образования Российской Федерации
    Кузбасский государственный технический университет
    Кафедра гибких автоматизированных производственных систем
    ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
    Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения специальности 120100 – “Технология машиностроения”
    (сокращенные сроки обучения)
    Составители И.А. Штефан
    В.И. Штефан
    Утверждены на заседании кафедры
    Протокол№ 4 от 11.01.00
    Рекомендованы к печати учебно- методической комиссией специальности 120100
    Протокол № 5 от 04.02.00
    Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса
    КузГТУ
    Кемерово 2000

    1
    ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
    Курс “Теория автоматического управления” (ТАУ) изучается в те- чение восьмого семестра. По учебному плану для студентов заочной формы обучения по курсу ТАУ предусмотрено 10 часов лекций, 6 часов практических занятий и выполнение одной контрольной работы. Всего на изучение курса с учетом самостоятельной работы отводится 100 ча- сов. Завершается изучение курса ТАУ экзаменом.
    1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО
    В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
    1.1. Цель преподавания дисциплины
    Цель преподавания дисциплины ТАУ - обучение студентов мето- дам анализа и синтеза систем автоматического управления (САУ) на базе современных средств управляющей и вычислительной техники в условиях автоматизированного производства.
    1.2. Задачи изучения дисциплины
    При изучении дисциплины студенты должны овладеть методами и приобрести практические навыки решения задач анализа и синтеза сис- тем автоматического и цифрового управления.
    1.3. Перечень дисциплин, знание которых необходимо для изучения данного курса
    Для изучения курса ТАУ необходимо знать следующие дисципли- ны: “Высшая математика” – разделы “Теория рядов. Теория функций комплексной переменной”; “Информатика”; “Электроника и микропро- цессорная техника”; “Теоретические основы электротехники”.

    2 2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И
    МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕЕ ИЗУЧЕНИЮ
    2.1. Введение
    Основные определения и понятия ТАУ. Представление техниче- ских объектов в качестве объектов регулирования.
    Литература: [2, c. 8-13; 10, c. 30-31; 11, c. 6-9].
    Методические указания
    При изучении ТАУ необходимо ознакомиться с понятиями: "алго- ритм управления"; "объект управления"; "процесс управления (управ- ление); "устройство управления"; "система автоматического управления
    ТАУ". При рассмотрении технических объектов с точки зрения управ- ления необходимо научиться выделять управляющие воздействия, кон- тролируемые и неконтролируемые входные воздействия; переменные состояния и выходные переменные.
    Контрольные вопросы
    1.
    Отличие понятий "алгоритм функционирования устройст- ва" и "алгоритм управления".
    2.

    Что представляет собой алгоритм функционирования уст- ройства управления?
    3.

    Что характеризуют переменные (параметры) объекта управления?
    4.

    Какие переменные объекта управления относятся к вход- ным?
    5.
    Отличие контролируемых и неконтролируемых входных воздействий.
    6.
    Отличие переменных состояния от выходных переменных.
    7.

    Какой технический объект может рассматриваться в каче- стве объекта управления?
    2.2. Принципы построения и классификация систем автоматического управления
    Базовые принципы построения САУ: принцип компенсации; принцип обратной связи; комбинированный принцип управления.

    3
    Замкнутые и разомкнутые САУ. Системы автоматического регулирова- ния (САР).
    Функциональные схемы САУ.
    Признаки классификации САУ.
    Системы автоматической стабилизации. Системы программного управления. Следящие системы. Одномерное и многомерное регулиро- вание. Связанное и несвязанное регулирование. Статическое и астати- ческое регулирование. Линейные, нелинейные, непрерывные, дискрет- ные и адаптивные САУ. Цифровые системы управления (ЦСУ).
    Литература: [1,с. 8-25; 2, с. 17-29; 3, с. 13-27; 7, с. 16-31; 11, с. 9-26].
    Методические указания
    При изучении принципов управления особое внимание следует обратить на то, как осуществляется увязка алгоритмов управления с за- данным и фактическим функционированием объектов управления с привидением схемы САУ, реализующей тот или иной принцип управ- ления. Важное место в этом разделе занимает обобщенная функцио- нальная схема САУ, так как она показывает из каких функциональных элементов состоит система, их назначение и роль, которую они играют как при проектировании, так и при функционировании САУ.
    При рассмотрении классов САУ особое внимание следует обра- тить на их классификацию по характеру изменения задающего воздей- ствия от наличия ошибки в установившемся режиме.
    Контрольные вопросы
    1.
    Достоинства и недостатки принципов компенсации и об- ратной связи.
    2.
    Основное достоинство комбинированного принципа управления.
    3.

    Почему САУ, реализующие принцип обратной связи, на- зываются замкнутыми?
    4.
    Назначение функциональных схем САУ.
    5.
    Основное принципиальное отличие объекта управления от остальных элементов САУ.
    6.

    Когда задающее устройство реализуется в явной форме?
    7.
    Основное назначение корректирующих устройств.

    4 8.

    Какие функциональные элементы САУ входят в состав устройства управления (регулятора)?
    9.
    Основное отличие следящих систем от систем программ- ного управления.
    10.
    Отличие связанного и несвязанного регулирования.
    11.
    Основное преимущество астатического регулирования.
    2.3. Математическое описание САУ
    Методы получения математических моделей САУ (поэлементный и системный). Режимы работы САР. Преобразование Лапласа и его свойства. Передаточная функция. Передаточные функции САР по за- дающему и возмущающему воздействиям. Передаточная функция ошибки. Операторный метод решения дифференциальных уравнений.
    Структурные схемы САУ. Общие правила построения структур- ных схем САУ. Построение структурных схем по заданным системам дифференциальных уравнений. Правила преобразования структурных схем.
    Динамическое звено. Типовые соединения динамических звеньев.
    Передаточные функции параллельного и последовательного соедине- ний звеньев и соединения с обратной связью.
    Статические и динамические характеристики САР. Временные ха- рактеристики САР. Частотные характеристики САР. Логарифмические частотные характеристики САР.
    Типовые динамические звенья (ТДЗ). Элементарные и составные
    ТДЗ. Классификация ТДЗ. Позиционные, интегрирующие и дифферен- цирующие ТДЗ. Звено чистого запаздывания. Временные и частотные характеристики ТДЗ. Интегро-дифференцирующие динамические звенья.
    Математическое описание САР с запаздыванием.
    Литература: [1,с. 26-27;33-71;80-111; 2,с. 30-75;92-122;129-146;
    3,с. 13-35;45-76; 4,с. 15-63; 6,с.11-83; 11, с. 28-113].
    Методические указания
    При изучении данного раздела студенты должны ознакомиться со статистическими и динамическими характеристиками элементов и
    САР, а также способами получения математических моделей как эле-

    5 ментов, так и системы в целом. Математические модели САР и элемен- тов во временной области задаются дифференциальными уравнениями, а в частотной области – передаточными функциями и структурными схемами. Основным математическим аппаратом является преобразова- ние Лапласа. Поэтому необходимо обратить внимание на методики по- лучения передаточных функций элементов по исходным дифференци- альным уравнениям, а системы - по структурным схемам и типовым со- единениям звеньев с использованием правил преобразования структур- ных схем и их построения по заданным системам дифференциальных уравнений.
    При изучении временных характеристик необходимо разобраться с методами их получения, опираясь на способ решения дифференци- альных уравнений операторным методом.
    При изучении частотных характеристик следует обратить внима- ние на способ получения амплитудно-фазовой частотной характеристи- ки по передаточной функции элемента или системы, разобраться с ме- тодикой построения всех типов частотных характеристик, особенно ло- гарифмических.
    Контрольные вопросы
    1.
    Способы задания математического описания САР.
    2.
    Сущность поэлементного метода получения математиче- ских моделей системы.
    3.
    Основное отличие статических и математических характе- ристик САР.
    4.
    Теорема запаздывания преобразования Лапласа.
    5.
    Понятие передаточной функции.
    6.
    Алгоритм решения дифференциальных уравнений опера- торным методом.
    7.
    Структурная схема САР и ее основные элементы.
    8.
    Общие правила построения структурной схемы САР.
    9.
    Методика построения структурной схемы САР по заданной системе дифференциальных уравнений.
    10. Назначение правил преобразования структурных схем.
    11. Методика получения передаточной функции для соединения с обратной связью.
    12. Передаточные функции САР по задающему и возмущающему воздействиям.

    6 13. Получение ошибки передаточной функции по задающему воз- действию.
    14. Назначение временных характеристик САР.
    15. Связь между переходной и весовой функциями.
    16. Связь между передаточной и весовой функциями.
    17. Основные достоинства частотных характеристик САР.

    18. Что характеризует амплитудно-фазовая частотная характери- стика?
    19. Типы частотных характеристик САР.
    20. Достоинство логарифмических частотных характеристик.
    21. Отличие построения логарифмических амплитудных частот- ных характеристик для статических и астатических САР.
    22. Назначение ТДЗ.
    23. Основное отличие консервативного звена от других позицион- ных звеньев.
    24. Отличие между элементарными и составными ТДЗ.
    25. Математические модели звена чистого запаздывания.
    26. Отличие реальных дифференцирующих и интегрирующих звеньев от идеальных.
    2.4. Устойчивость САР
    Проблема устойчивости. Теорема Ляпунова. Понятие критерия ус- тойчивости. Алгебраические критерии устойчивости Гурвица и Рауса.
    Частотные критерии устойчивости Михайлова и Найквиста. Логариф- мический критерий устойчивости. Запасы устойчивости САР. Построе- ние области устойчивости методом D-разбиения в плоскости одного параметра.
    Устойчивость САР с запаздыванием. Оценка устойчивости САР с запаздыванием по критериям Михайлова и Найквиста. Построение об- ласти устойчивости для САР с запаздыванием. Определение критиче- ского времени запаздывания.
    Литература: [1, с. 233-257; 261-270; 2, с. 159-188; 4, с. 84-110;
    226-233; 6, с. 84-129; 7, с. 114-175; 8, с. 209-265; 11, с.133-162] .
    Методические указания
    При изучении данного раздела необходимо найти связь между ус- тойчивостью и переходной и установившейся составляющими движе-

    7 ния системы. Рассмотреть особенности, имеющие место при оценке ус- тойчивости САР непосредственно по теореме Ляпунова, а также типы корней характеристического уравнения и их расположение на ком- плексной плоскости корней.
    При рассмотрении критериев устойчивости следует обратить вни- мание на достоинства и недостатки того или иного критерия и особен- ности его применения, а также на логарифмический критерий. Необхо- димо также изучить методику определения запасов устойчивости по амплитуде и фазе по критерию Найквиста и по логарифмическому кри- терию.
    При изучении методики построения области устойчивости на ос- нове D-разбиения следует обратить внимание на правила построения кривой D-разбиения с учетом свойств четности и нечетности вещест- венной и мнимой частотных характеристик, а также правила штриховки кривой.
    При оценке устойчивости САР с запаздыванием рассмотреть осо- бенности применения критериев Михайлова и Найквиста и построения области устойчивости.
    Контрольные вопросы
    1.

    Когда система устойчива в малом, а когда в большом?
    2.

    Почему устойчивость системы определяется только пере- ходной составляющей движения системы?
    3.
    Сформулируйте условия устойчивости системы по Ляпу- нову.
    4.
    Назначение критериев устойчивости.
    5.
    Отличительные особенности алгебраических и частотных критериев устойчивости.
    6.
    Перечень задач, решаемых при анализе устойчивости САР.
    7.
    Основной недостаток критерия Гурвица.
    8.
    Основное достоинство критерия Рауса по отношению к критерию Гурвица.
    9.
    Основная отличительная особенность критерия Найквиста от других критериев.
    10. Условие устойчивости САР по логарифмическому критерию.
    11. Укажите причины, требующие проектирования САР с запасом устойчивости.

    8 12. Особенности определения запасов устойчивости САР по лога- рифмическому критерию.
    13. Дайте понятие области устойчивости САР.
    14. Правила выделения области устойчивости при D-разбиении.
    15. Особенности построения годографа Найквиста для САР с за- паздыванием.

    16. Чем отличаются годографы Михайлова для САР с запаздыва- нием и без запаздывания?
    17. Что характеризует критическое время запаздывания?

    18. В чем состоит особенность построения области устойчивости для САР с запаздыванием?
    2.5. Качество регулирования САР
    Понятие качества регулирования. Точность САР в установившем- ся режиме. Коэффициенты ошибок. Качество регулирования в переход- ных режимах. Прямые и косвенные оценки качества регулирования.
    Интегральные показатели качества регулирования. Особенность оцен- ки качества регулирования для САР с запаздыванием.
    Методы построения кривых переходного процесса: метод трапе- цеидальных вещественных частотных характеристик и метод разност- ных уравнений. Достоинства и недостатки методов построения кривых переходного процесса.
    Литература: [1, с. 284-314; 2, с. 195-220; 225-232; 3, с. 123-144;
    150-154; 4, с. 111-128; 5, с. 25-29; 6, с. 130-210; 7, с179-194; 204-231;
    11, с. 162-186.
    Методические указания
    Изучение данного раздела необходимо начать с рассмотрения осо- бенностей оценки качества регулирования в установившемся и в пере- ходном режимах. При анализе точности работы САР в установившемся режиме рассмотреть влияние на величину статической ошибки статиз- ма системы и его порядка, коэффициента передачи разомкнутой части
    САР, а также назначение коэффициентов ошибок системы и методику их определения по передаточной функции ошибки.
    При изучении качества регулирования САР в переходных режи- мах необходимо, с одной стороны, рассмотреть способы построения

    9 кривых переходного процесса, а с другой стороны, оценки качества ре- гулирования, их классификацию и методики их определения. Особое внимание следует обратить на построение кривой переходного процес- са по разностным уравнениям, для чего необходимо изучить способы получения разностных уравнений на основе дифференциальных, инте- гральных и интегро-дифференциальных уравнений. При изучении оце- нок качества регулирования рассмотреть особенности применения и расчета прямых и косвенных оценок качества регулирования, а также методику расчета интегральных оценок.
    Контрольные вопросы
    1.

    Что понимается под качеством регулирования?
    2.
    Основное отличие астатического регулирования от стати- ческого.
    3.

    Что характеризует статическая ошибка?
    4.

    Как определяются коэффициенты ошибок?
    5.

    В чем состоит особенность коэффициентов ошибок?
    6.
    Укажите основные типы переходных процессов в САР.
    7.
    Основное отличие прямых оценок качества регулирования от косвенных оценок.
    8.

    Что характеризует время регулирования?
    9.

    От чего зависит величина перерегулирования в системе?
    10. Как влияет на качество регулирования показатель колебатель- ности.

    11. Какова связь между временем регулирования и частотой среза?
    12. Для каких переходных процессов не применима линейная ин- тегральная оценка?
    13. Основные недостатки метода трапецеидальных вещественных частотных характеристик при построении кривой переходного процес- са.

    14. Что представляет собой линейное разностное уравнение?
    15. Основное отличие получения разностного уравнения на основе дифференциального и интегро-дифференциального уравнений.
    16. Особенность построения кривой переходного процесса на ос- нове разностных уравнений.
    17. Особенность получения разностных уравнений для САР с за- паздыванием.

    10 2.6. Синтез САР
    Задачи анализа и синтеза САР. Корректирующие устройства. По- лучение передаточных функций корректирующих устройств, включен- ных последовательно, параллельно, встречно-параллельно.
    Синтез САР на основе метода логарифмических частотных харак- теристик. Методика построения желаемой логарифмической амплитуд- ной частотной характеристики. Синтез САР при последовательном и встречно-параллельном включении корректирующих устройств.
    Аналоговые типовые регуляторы, их настроечные параметры. На- стройка типовых регуляторов.
    Синтез САР с запаздыванием. Методы синтеза. Аппроксимация запаздывания. Типы регуляторов с модельной комплексацией запазды- вания. Регулятор Смита.
    Литература: [1, с.353-356; 385-387; 402-420; 2, с. 234-236; 246-253;
    3, с. 154-174; 4, с. 129-150; 6, с. 211-270; 7, с. 236-282; 8, с. 357-377;
    9, с. 277-283; 11, с. 204-218; 12, с. 211-216].
    Методические указания
    Изучение данного раздела необходимо начать с рассмотрения от- личия задач синтеза от задач анализа, а также перечня задач, решаемых при синтезе САР. Важную роль для достижения САР требуемых дина- мических характеристик играют корректирующие устройства, если они включены в систему последовательно, параллельно и встречно- параллельно.
    Из методов синтеза САР студентам необходимо изучить метод ло- гарифмических частотных характеристик. При этом обратить особое внимание на методику построения желаемой логарифмической ампли- тудной частотной характеристики, синтеза САР при последовательном и встречно-параллельном включениях корректирующих устройств, а также выбора корректирующего устройства с заданными свойствами.
    При изучении аналоговых типовых регуляторов необходимо рас- смотреть их типы, настроечные параметры, передаточные функции, дифференциальные уравнения и переходные характеристики, а также методики настройки параметров регуляторов.
    При рассмотрении вопросов синтеза САР с запаздыванием необ- ходимо освоить два подхода синтеза: на основе аппроксимации опера-

    11 тора запаздывания рядами Паде и модельной компенсации запаздыва- ния, обратив особое внимание на регулятор Смита.
    Контрольные вопросы
    1.
    Основное отличие задач синтеза САР от задач анализа.
    2.
    Назначение корректирующих устройств.
    3.
    Передаточная функция последовательного корректирую- щего устройства.
    4.

      1   2   3
    написать администратору сайта