Федеральное агентство по образованию

ГОУВПО

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Л. А. КОРОБОВА

Основы теории управления

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ВОРОНЕЖ

2007

УДК 681.3

ББК з965-015я7

К 68

Научный редактор к.т.н., профессор Г.В. АБРАМОВ

Р е ц е н з е н т ы:

д. т. н., профессор Ю.С. СЕРБУЛОВ (ВИВТ)

д. т. н., профессор В. Ф. БАРАБАНОВ (ВГТУ)

Печатается по разрешению

редакционно-издательского совета

Воронежской государственной технологической академии

Коробова, Л.А.

Лабораторный практикум Основы теории управления [Текст] : учеб. пособие / Л. А. Коробова; Воронеж. гос. технол. акад. Воронеж, 2007. – 80 с.

ISBN

Учебное пособие написано в соответствии с требованиями ГОС ВПО подготовки инженера по специальности 230201 – «Информационные системы и технологии». Оно предназначено для систематизации, закрепления и углубления знаний дисциплины цикла ОПД.

ISBN © Коробова Л.А.,

2007

© ГОУВПО Воронеж. гос.

технол. акад., 2007

Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежской государственной технологической академии, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия академии запрещается.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………….. 4

1. Лабораторная работа № 1. Получение уравнения кривой разгона….……………………….........…………………………………..6

Примеры расчета…………………………………………………..8

Контрольные вопросы…………………………...………………13

2. Лабораторная работа № 2. Исследование временных характеристик динамических звеньев и их соединений……………………………………………………….……..…14

Алгоритм выполнения работы………………..…………………22

Пример расчета…………………….......…………………………22

Контрольные вопросы………………...…………………………26

3. Лабораторная работа № 3. Исследование частотных характеристик элементарных звеньев………………………………..…….27

Алгоритм выполнения работы…………………..………………29

Примеры расчета………………….…...…………………………29

Контрольные вопросы…………...………………………………35

4. Лабораторная работа № 4. Исследование устойчивости разомкнутых и замкнутых систем автоматического управления….....36

Алгоритм выполнения работы………..…………………………45

Примеры расчета……………….….......…………………………45

Контрольные вопросы………………...…………………………56

5. Лабораторная работа № 5. Исследование качества переходных процессов замкнутых систем автоматического управления…..57

Алгоритм выполнения работы…………………..………………61

Пример расчета………………………...…………………………61

Контрольные вопросы……………...……………………………69

6. Требования к выполнению отчетов лабораторных работ……..70

Литература………………………………………………………..71

Приложения………………………………………………………72

ВВЕДЕНИЕ

Эволюция классической теории управления происходит главным образом в сторону изучения объектов все большей и большей сложности. Для их описания появились и новые термины - большие системы или сложные системы.

Теория автоматического управления (регулирования) развивалась и усложнялась вместе с развитием систем автоматики (АСУ - автоматизированные системы управления, АСУТП - автоматизированные системы управления технологическими процессами, АСУП - автоматизированные системы управления производством, АСУО - автоматизированные системы управления отраслью). По идеологии эти системы достаточно близки между собой, хотя функции и технические средства, на которых реализованы АСУ, могут существенно отличаться. В качестве основных отличительных черт АСУ можно отметить следующие:

- все АСУ содержат как обязательное звено в своей структуре человека, которому отводится главная роль в системе;

- все АСУ строятся по иерархическому принципу и имеют многоуровневую структуру, причем каждый из уровней имеет определенную независимость, причем, при отказе внешнего контура АСУ, нижняя ступень продолжает функционировать;

- сложность задач, решаемых в иерархической АСУ, возрастает снизу вверх по иерархической структуре, а частота их решения и требования по надежности при переходе к более высокой ступени иерархии снижаются.

Любые самые сложные системы управления – будь то самолет, ядерный реактор или даже государство – включают функции оценки состояния, выработки сигнала обратной связи и управления. Главная задача любой системы управления – сделать выходные сигналы близкими к нужным значениям как можно быстрее и точнее. Другой важной характеристикой системы управления является ее устойчивость, т.е. ситуация, когда ее выходные сигналы не превышают заданных пределов. Следовательно, устойчивость, быстродействие и точность рассматриваются в качестве основных целей при проектировании эффективной системы управления. Однако в некоторых системах увеличение быстродействия сверх определенного предела может вызвать снижение точности и даже привести к неустойчивости. Поэтому достижение наилучшего соотношения между этими характеристиками является одной из важнейших задач проектирования системы управления.

В динамической системе, т.е. в такой системе, характеристики которой изменяются в зависимости от времени и места, три фактора осложняют задачу управления.

1. Система имеет большое число входов и выходов.

2. Имеется неточность в измерении характеристик или знании системы.

3. Поскольку характеристики системы все время изменяются, может оказаться затруднительным расчет требуемых управляющих сигналов.

По мере того, как развивается промышленная революция, рост крупных организационных форм бизнеса стимулировал появление новых идей относительно того, как предприятия функционируют и как нужно ими управлять. Сегодня имеется разработанная теория, которая дает направления для достижения эффективного управления. Первую появившуюся теорию обычно называют классической школой управления, также существуют школа социальных отношений, теория системного подхода к организациям, теория вероятностей и др. Но основой для перечисленных теорий, прежде всего, является системный подход к организациям, как идеи для достижения эффективного управления.

Переход к изучению сложных систем, требующих иерархической структуры, привело к значительному обогащению и пересмотру традиционных идей, методов и объектов исследования в теории управления, а также позволило распространить многие из результатов, найденных при изучении технических систем, на задачи управления процессами более общей природы и, прежде всего, организационно-экономическими.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ПОЛУЧЕНИЕ УРАВНЕНИЯ КРИВОЙ РАЗГОНА

Цель.Решить аналитическим методом и с использованием метода преобразования Лапласа неоднородные дифференциальные уравнения первого и второго порядков вида и получить уравнение кривой разгона:

,– начальное условие;

,,–начальные условия,

где A, B, C, D, A₁,B₁,C₁,D₁, – постоянные коэффициенты, выбираются из табл. 1.1 в соответствии с вариантом (приложение), задаваемым преподавателем.