МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Кафедра АКиД

Л.В. Белаец, А.В. Нахабов

Лабораторный практикум

по курсу «Основы теории управления».

Обнинск 2012

УДК

Белаец Л.В., Нахабов А.В. Лабораторный практикум по курсу «Основы теории управления». – Обнинск: ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2012. – 90 с.

Учебное пособие соответствует программе курса лекций по основам теории управления. Содержит краткие сведения по теории автоматического управления, описание программного комплекса Vissim и четыре лабораторные работы.

Пособие предназначено для студентов, изучающих курсы «Основы теории управления» и «Теоретические основы специальности».

Рецензенты:

Темплан 2012, поз. 38

© ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2012 г.

© Л.В. Белаец, А.В. Нахабов, 2012 г.

Введение

ТАУ (теория автоматического управления) – научная и техническая дисциплина, рассматривающая 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 САУ (система автоматического управления) решать задачу управления, и если нет, то какими методами и средствами ее можно сделать работоспособной.

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

Автоматическим регулированием называется поддержание постоянной или изме5нение по заданному закону некоторой величины, характеризующей процесс. Автоматическим управлением называется автоматическое осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования объекта в соответствии с целью управления. Задачи регулирования входят в состав задач управления.

Этапы проектирования системы управления:

• выбирается объект управления, определяются цели его функционирования, управляемые величины и воздействия, которые могут быть приложены к его входам;

• на основании инженерного опыта, интуиции строится функциональная схема системы управления, которая, в принципе, способна решить поставленную задачу управления объектом;

• по функциональной схеме строится модель системы управления, представляющая собой так называемую структурную схему, отображающую взаимодействие элементов модели, а также набор передаточных функций, описывающих отдельные элементы структуры;

• анализ модели, который включает в себя: изучение свойств и характеристик модели, определение ее работоспособности и показателей качества, в первую очередь точности и быстродействия;

• синтез САУ (теоретическое конструирование), при котором оптимизируются параметры и структура системы управления, с тем, чтобы обеспечить требуемое качество;

• техническая реализация.

1. Классификация систем автоматического управления

По характеру изменения величин САУ делятся на: системы непрерывного действия и системы дискретного действия, которые, в свою очередь подразделяются на импульсные, цифровые и релейные.

По математическому признаку САУ бывают: линейные (системы, динамика всех звеньев которых описывается линейными уравнениями с линейными статическими характеристиками); нелинейные (системы, в которых хотя бы в одном звене нарушена линейность статических характеристик или есть другая нелинейная связь) и существенно нелинейные.

По характеру динамического процесса в САУ выделяют: стационарные системы, в которых реакция на входное воздействие зависит только от интервала времени между данным моментом и моментом начала этого воздействия; нестационарные системы, в которых реакция на входной сигнал зависит не только от вида этого сигнала, но и от момента времени его приложения.

По типу ошибки в статике существуют: статические САУ; астатические САУ.

По алгоритмам функционирования (по назначению) системы автоматического управления подразделяются следующим образом: системы стабилизации, системы слежения, системы программного управления, системы телеуправления, системы самонаведения (снаряда), сопровождения (орудия), автопилотирования, системы компенсационных измерений и др.

По принципу управления все САУ подразделяют на системы разомкнутого управления, системы управления по отклонению (принцип обратной связи), системы управления по возмущению (в структурную схему вводят контур с элементом «компенсатор цепи», который позволяет системе стать независимой к возмущающим действиям) и системы комбинированного управления (сочетают оба принципа: по отклонению и по возмущению).

По наличию или отсутствию вспомогательной энергии системы бывают двух видов: прямого действия (для работы используют энергию объекта управления и внутреннюю энергию системы); непрямого или косвенного действия (для работы необходим внешний источник питания).

Системы автоматического управления по степени связанности процессов в объекте разделяют на: одноконтурные, многоконтурные с одной регулируемой величиной и многоконтурные с несколькими регулируемыми величинами.