- •План лекционных занятий дисциплины "Теория автоматического управления"
- •Литература
- •Список понятий, знание которых необходимо на момент начала изучения курса
- •Предмет, проблематика, задачи и цель дисциплины "Теория автоматического управления Основные понятия и определения
- •Классификация систем автоматического регулирования
- •Составление исходных дифференциальных уравнений сау Общая форма записи систем ду
- •Форма Коши
- •Пространство состояний
- •Ду решенное относительно регулируемой величины y(t) - уравнение движения
- •Ду решенное относительно ошибки X(t) - уравнение ошибки
- •Передаточные функции сау
- •Другие связывающие отношения
- •Линеаризация ду сар
- •Суть линеаризации
- •Особенности линеаризованного уравнения
- •Геометрическая трактовка линеаризации
- •Запись линеаризованных уравнений в стандартных для тау формах
- •Описание сар в частотном представлении Частотная передаточная функция
- •35 Частотные характеристики
- •Амплитудно-фазовая (частотная) характеристика или годограф Найквиста
- •Логарифмические чх - лачх & лфчх
- •Правила построения асимптотических лачх & лфчх
- •Типовые звенья и их характеристики Единичная функция. Дельта-функция. Типовые реакции систем
- •Типовые динамические звенья
- •Правила преобразования структурных схем линейных систем
- •Последовательное соединение
- •Параллельное согласное соединение
- •Принцип управления по внешнему возмущению
- •А) разомкнутая сар с жестким управлением
- •Б) разомкнутая сар с управлением по возмущению
- •Принцип управления по отклонению
- •Замкнутая сар с управлением по отклонению
- •Работа системы в статике
- •Работа системы в динамике
- •Комбинированное управление
- •Комбинированная схема с управлением по отклонению и возмущению
- •Системы экстремального управления
- •Программы и законы регулирования Программа регулирования
- •Закон регулирования
- •Линейные непрерывные законы регулирования
- •Пропорциональное регулирование
- •Интегральное регулирование
- •Интегральное регулирование по второму интегралу от ошибки
- •Изодромное регулирование - pi
- •Регулирование с использованием производных
- •Устойчивость сау
- •Математический признак устойчивости.
- •Определение устойчивости по м. Я. Ляпунову
- •Понятие о характеристическом уравнении
- •Условие устойчивости. Типы границы устойчивости
- •Критерии устойчивости линейных сау.
- •Необходимое условие устойчивости сар, достаточное только для систем 1-ого и 2-ого порядков
- •Критерий устойчивости Гурвица
- •Критерий Рауса
- •Критерий устойчивости Михайлова
- •Свойства годографа Михайлова
- •Определение типа границы устойчивости по виду годографа Михайлова
- •Критерий устойчивости Найквиста
- •Свойства годографа Найквиста
- •Примеры годографов Найквиста астатических сар и сар с чисто мнимыми корнями
- •54 Определение устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам
- •Построение областей устойчивости - d-разбиение
- •Оценка качества регулирования
- •47 Точность в типовых режимах
- •Сигналы задания для типовых режимов движения, их модели и изображения по Карсону-Хевисайду
- •Ошибки статической системы
- •Ошибки системы с астатизмом первого порядка
- •Ошибки системы с астатизмом второго порядка
- •О компенсации помех в астатических системах
- •Коэффициенты ошибок
- •44 Оценка запаса устойчивости и быстродействия по переходной характеристике
- •Корневые методы оценки качества
- •Понятие о среднегеометрическом корне 0. Мажоранта и миноранта переходной функции
- •Интегральные оценки качества
- •Аналитический расчет квадратичных ит-оценок
- •Частотные критерии качества
- •Оценка запаса устойчивости
- •Оценка быстродействия сар
- •Повышение точности сар
- •Повышение точности систем увеличением коэффициента усиления
- •Повышение точности систем увеличением порядка астатизма
- •Повышение точности систем применением регулирования по производным от ошибки
- •Повышение точности систем применением комбинированного управления
- •Снижение ошибки от сигнала задания введением сигнала ку на входе регулятора
- •Снижение ошибки от сигнала задания введением сигнала ку после регулятора
- •Снижение ошибки от возмущающего сигнала применением ку
- •Повышение точности систем применением неединичных обратных связей
- •Повышение точности систем применением масштабирующих устройств на входе или выходе
- •Синтез сар Синтез системы
- •Метод логарифмических амплитудных характеристик
- •Требования к нч части желаемой лачх Оценка точности сар по воспроизведению гармонического сигнала
- •Формирование запретной нч области для желаемой лачх
- •Построение нч части желаемой лачх
- •Требования к вч части желаемой лачх
- •Построение вч части желаемой лачх
- •Корневой метод синтеза
- •Метод корневых годографов
- •Системы с переменными параметрами Система линейная с переменными параметрами
- •Пример параметрической сар
- •Понятие о параметрической функции веса. Нахождение реакции параметрической сар на произвольное воздействие
- •Отыскание пф системы с var-параметрами
- •Устойчивость и качество регулирования систем с var-параметрами
- •Синтез параметрических сар
- •Системы с запаздыванием Система линейная с запаздыванием
- •Пример системы с транспортным запаздыванием
- •Пф звена чистого запаздывания
- •Аппроксимация звена чистого запаздывания
- •Размыкание систем с запаздыванием
- •Частотные свойства систем с запаздыванием. Понятие о критическом запаздывании
- •Устойчивость систем с запаздыванием
- •Об исследовании точности систем с запаздыванием
- •Дифференцирование и интегрирование решетчатых функций
- •Разностные уравнения
- •Типовая структура импульсной системы. Понятие об импульсном фильтре
- •Обобщенная модель импульсного элемента
- •Приведенные весовая и передаточная функции разомкнутой импульсной системы
- •Дискретная пф
- •Правила преобразования структурных схем дискретных систем
- •Устойчивость и качество импульсных систем
- •Цифровые системы
- •Процессы протекающие в системах цу
- •Методика вывода дискретных пф
- •О синтезе систем с цвм методом логарифмических амплитудных характеристик
- •Цифровая коррекция
- •Цифровые регуляторы
- •Алгоритмы программ цифровых фильтров
- •Об эффекте квантования параметров
- •Характеристики основных элементов сау. Усилители мощности Тиристорный преобразователь.
- •Широтно-импульсный преобразователь.
- •Измерительные преобразователи и датчики. Датчик тока
- •Датчики скорости
- •Датчики положения механизма.
- •Электромеханические преобразователи
- •Электродвигатель постоянного тока
- •Асинхронный электродвигатель
- •Бесконтактный электродвигатель
- •Механические системы.
- •50 Понятие об управляемости системы и ее наблюдаемости.
- •Наблюдающие устройства.
- •Наблюдающие устройства Льюинбергера
- •Наблюдающее устройство идентификации
- •Редуцированное устройство идентификации.
- •Вопросы.
- •Словарь терминов
- •Практические работы
- •Вопросы:
План лекционных занятий дисциплины "Теория автоматического управления"
Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата исследования линейных САУ, основных элементов и характеристик САУ, методов анализа САУ на устойчивость и качество управления, способов корректировки свойств линейных САУ.
Квалификация современного инженера по разработке систем автоматизированного управления технологическим оборудованием, включающих в себя электронные и микропроцессорные системы, в итоге определяется уровнем его математических знаний в области теории автоматического управления и математического моделирования указанных систем на ЭВМ.
Целью изучения курса является освоение студентами основ теории автоматического управления и математического аппарата моделирования автоматических систем автоматики и электроники. Данный курс нацеливает студентов на освоение системного подхода к разработке автоматизированных систем управления технологическим оборудованием.
Литература
Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1975.
Лукас В. А. Теория автоматического управления. – М.: Недра, 1990. – 416 с.
Брюханов В. Н. и др. Теория автоматического управления. –М: Высшая школа, 2000 г.
Теория автоматического управления. Учеб. для вузов по спец. "Автоматика и телемеханика". В 2-х ч./ Н.А. Бабаков, А.А. Воронов и др.: Под ред. А.А. Воронова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986. - 367с., ил.
Егоров К.В. Основы теории автоматического регулирования, учебное пособие для вузов, изд. 2-е, перераб. и доп., - М.: "Энергия", 1967. - 648с., ил.
Куропаткин П.В. Теория автоматического управления. Учеб. пособие для электротехн. спец. вузов. - М.: "Высшая школа", 1973. - 528с., ил.
Острём К., Виттенмарк Б. Системы управления с ЭВМ: Пер. с англ. - М.: Мир, 1987. - 480 с., ил.
Оппенгейм Э., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов/ Пер. с англ./ Под ред. С. Я. Шаца. - М.: Связь, 1979. - 416 с.
Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование/ Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1983. - 320 с.
Гольденберг Л. М., Матюшкин Б. Д., Поляк М. Н. Цифровая обработка сигналов: Справочник. - М.: Радио и связь, 1985. -312 с., ил.
Дженкинс Г., Ваттс Д. Спектральный анализ и его приложения: В 2 т./ Пер. с англ. Ф. М. Писаренко с предисловием А. М. Яглома - М.: Мир, 1971.
Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления/ Под редакцией В. А. Бесекерского. - M.: Наука, 1978.
Бронштейн И.Н., Семендяев К.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. - М.: Наука,1986.
Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство/ Пер. с нем. - М.: Мир, 1982.
Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3 т./ Пер. с англ. - М.: Мир, 1993
Список понятий, знание которых необходимо на момент начала изучения курса
Операции с комплексными числами и функциями.
Операции с векторами.
Логарифмирование.
Линейная и нелинейная функции одной и нескольких переменных.
Графическое сложение функций.
Нахождение корней полинома.
Разложение функции в ряд Тейлора.
Разложение функции в ряд Фурье.
Дифференцирование и интегрирование функций.
Решение линейных дифференциальных уравнений классическим методом.
Решение дифференциальных уравнений в операционном исчислении.
Содержание дисциплины
1.Предмет, проблематика, задачи и цель дисциплины "Теория автоматического управления
2.Классификация систем автоматического регулирования
3.Составление исходных дифференциальных уравнений САУ
4.Описание САР в частотном представлении
5.Типовые звенья и их характеристики
6.Правила преобразования структурных схем линейных систем
7.Основы регулирования автоматических систем
8.Устойчивость САУ
9.Оценка качества регулирования
10.Повышение точности САР
11.Коррекция САУ
12.Синтез САР
13.Системы с переменными параметрами
14.Системы с запаздыванием
15.Импульсные системы
16.Цифровые системы
17.Характеристики основных элементов САУ.
50 Понятие об управляемости системы и ее наблюдаемости.
18.Наблюдающие устройства.
Введение
Теория автоматического управления (ТАУ) является теоретической основой, на базе которой разрабатываются большинство автоматических устройств. Предметом изучения ТАУ являются принципы построения, методы анализа и синтеза широко распротраненных систем автоматического регулирования и управления.
Основоположником ТАУ, зародившейся немногим более века назад, является проф. Петербургского технологического института И.А. Вышнеградский (1831—1895). Основы ТАУ были изложены в его работе "О регуляторах прямого действия" (1876 г.) Он впервые показал, что процессы в устройстве управления и связанном с ним объектом неразрывно связаны между собой и требуют совместного исследования.
В устройствах управления важное место занимает проблема обеспечения устойчивости движения. Основоположником строгой теории устойчивости является профессор Харьковского университета А.М. Ляпунов (1857-1918).