- •Занятие 1. Типовые звенья систем автоматического регулирования и их соединения.
- •Задание на подготовку к работе
- •Методические указания по выполнению работы.
- •Исходные данные для проведения исследований
- •Контрольные вопросы для подготовки работы к защите.
- •Занятие 2 Исследование типовых законов регулирования
- •Программа исследований
- •Задание на подготовку к работе
- •Методические указания по выполнению работы.
- •Исходные данные для выполнения задания
- •Вопросы для подготовки работы к защите.
- •Часть 1. Синтез последовательного корректирующего устройства.
- •Часть 2. Синтез корректирующего устройства в форме стабилизирующей отрицательной обратной связи.
- •Методические указания по выполнению работы.
- •Исходные данные для проведения исследований.
- •Занятие 4. Исследование нелинейных систем методом фазовой плоскости
- •Задание на подготовку к работе
- •Методические указания по выполнению работы
- •Содержание исследований по разделу 2.5 задания
- •Контрольные вопросы для подготовки работ к защите
- •Занятие 5 Исследование устойчивости нелинейной сау
- •Программа исследований
- •Задание на подготовку к работе
- •Методические указания по выполнению работы
- •Исходные данные для проведения исследований Структурная схема нсау
- •Занятие 6 исследование линейных импульсных систем автоматического управления
- •Программа исследований
- •Задание на подготовку к работе
- •Методические указания по выполнению работы
- •Исходные данные для проведения исследований Структурная схема исау
- •Контрольные вопросы для подготовки работы к защите
- •Задание на подготовку к работе
- •Методические указания по выполнению работы
- •Исходные данные для проведения исследований
- •Контрольные вопросы для подготовки работы к защите
- •Занятие 8 Анализ нелинейных сау при случайных воздействиях.
- •Программа исследований
- •Задание на подготовку к работе
- •Методические указания по выполнению работы
- •Исходные данные для проведения исследований
- •Типовые характеристики исследуемых нелинейных звеньев
- •Контрольные вопросы для подготовки работы к защите
- •Содержание
УДК
681.398
M54S
УДК: 681.51/54(076.5)(072)
Методическое пособие для учебно-лабораторного практикума по курсу "Теория управления"/Державин О.M., Коломейцева М.Б., Митрофанов В.Е.- М.: Изд-во МЭИ , 1995. – 75с.
Состоит из описания восьми лабораторных занятий по курсу "Теория управления". Тематика занятий охватывает основные разделы теории непрерывных и импульсных САУ и нелинейных систем при детерминированных и случайных воздействиях. Пособие предназначено для студентов вузов различных специальностей, для которых программой подготовки предусмотрено изучение теории автоматического управления.
Московский энергетический институт, 1995 г.
УДК
621.398
М 545
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
ДЛЯ УЧЕБНО-ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА
ПО КУРСУ
«ТЕОРИЯ УПРАВЛЕНИЯ»
Москва 1995
Предисловие.
Развитие современных информационных технологий позволяет дополнить традиционные методы преподавания и изучения дисциплин при подготовке специалистов применением проблемно-ориентированных инструментальных средств в виде пакетов прикладных программ на базе персональных компьютеров (ПК). Тем самым расширяются возможности и эффективность обучения в рамках аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов. Предлагаемый учебно-лабораторный практикум включает в себя инструментальную базу и методические средства для исследования систем автоматического управления с применением классических методов теории управления. Инструментальные средства разрабатывались с учетом возможности их использования на ПК класса IBM/PC стандартной конфигурации, широко распространенных до настоящего времени среди пользователей, в том числе в сфере образования.
Учебно-лабораторный практикум концентрирует внимание обучаемого на основных этапах и особенностях применения методов анализа и синтеза систем, в отличие от известных проблемно-ориентированных пакетов, позволявших в большинстве случаев моделировать системы управления только во временной области. Разнообразие исследуемых в рамках практикума методов в определенной мере накладывает ограничения на структуру рассматриваемых систем. Эти ограничения связаны главным образом с реализацией удобного интерфейса при исследовании того или иного метода, что обеспечивает быстрое и наглядное задание структуры и параметров исследуемой САУ. В то же время следует отметить, что в рамках принятых ограничений допускается исследование неограниченного числа вариантов. Поэтому учебно-исследовательский практикум может быть использован не только при проведении лабораторных работ, но и в процессе практических занятий на семинарах, а также для самостоятельной подготовки при изучении методов теории управления.
Учебно-лабораторный практикум по курсу "Теория автоматического управления" охватывает основные разделы теории линейных (непрерывные и дискретные системы) и нелинейных САУ. В сборник включены описания восьми занятий. Каждое занятие посвящено изучению определенного раздела теории управления. Описания содержат задание на проведение исследований, вопросы для подготовки к занятию, методические указания по проведению исследований и исходные данные по вариантам. Предложенные варианты могут рассматриваться как примерные, и при необходимости задание может быть дополнено другими вариантами. Описания занятий содержат также контрольные вопросы для проверки знаний по выполненному разделу теории управления.
Пользовательский интерфейс, на базе которого реализован практикум, соответствует стандарту, выработанному фирмой IBM -SAA-CUA (System Application Architecture - Common User Access). Основные составляющие стандарта - поддержка многооконного режима, иерархическое управляющее меню, наличие строки статуса. Для пользователя это обеспечивает возможность наглядно управлять процессом исследования либо с помощью манипулятора типа "мышь", либо, используя функциональные клавиши, за которыми закреплены определенные действия. В процессе работы всегда доступна контекстная помощь или краткая справочная информация. На каждом шаге исследования можно вернуться к заданию и "вспомнить" исходные данные для его выполнения. Предусмотрена также возможность сохранения графической информации, представленной на экране дисплея, в файле, имеющем формат "PCX". В дальнейшем сохраненная информация может быть распечатана и представлена в форме отчета по работе.
Следует отметить, что предлагаемая версия учебно-исследовательского практикума является развитием автоматизированного лабораторного практикума, выполнявшегося ранее на базе вычислительного комплекса ИВК-2 (СМ 1420) и в течение ряда лет успешно применявшегося в учебном процессе на кафедре Управления и Информатики (Автоматики) МЭИ. В создании методических и программных средств для практикума участвовала группа сотрудников и студентов СКВ МЭИ под руководством профессора Державина О.М., профессора Коломейцевой М.В. и доцента Митрофанова В.Е. В настоящее время проводится работа по дальнейшему совершенствованию и развитию методической и инструментальной базы практикума.
Занятие 1. Типовые звенья систем автоматического регулирования и их соединения.
Цель работы - исследование частотных и временных характеристик типовых динамических звеньев-САР и их последовательных соединений.
Программа исследований
1. Исследование характеристик звеньев первого порядка. Исследования проводятся для заданных типовых звеньев в соответствии с номером варианта задания (табл. 1.1).
1.1. Введите в ПК коэффициенты передаточной функции исследуемого звена.
1.2. Снимите и постройте по точкам графики частотных характеристик (АЧХ, ФЧХ) и амплитудно-фазовой характеристики (АФХ).
1.3. Постройте асимптотическую логарифмическую амплитудно-частотную характеристику (ЛАЧХ) исследуемого звена.
1.4. По частотным характеристикам оцените параметры эвена и сравните с данными в задании.
1.5. Введите в ПК математическое описание звена в форме дифференциального уравнения и проанализируйте вид переходной функции h(t) и весовой функции w(t).
2. Исследование характеристик колебательного звена. Содержание и последовательность этапов исследования совпадают с приведенными в п.1.
3. Исследование влияния коэффициентов передаточной функции колебательного звена на параметры его переходной функции.
3.1. Изменяя коэффициент затухания ζ, в диапазоне (0,2-0,9) при фиксированном значении постоянной времени Т, заданной в табл.1.1, постройте график зависимости времени затухания переходного процесса tp и величины перерегулирования переходной характеристики σ от параметра ζ.
3.2. Изменяя величину постоянной времени Т в пределах 0,5- 2,0 от величины, заданной в табл. 1.1, постройте зависимости tp(T) и σ(Т). Значение ζ при этом принимается постоянным согласно варианту задания.
3.3. Постройте зависимость степени колебательности M от параметров колебательного звена ζ и Т.
4. Исследование частотных характеристик разомкнутой САР, состоящей из последовательно включенных типовых звеньев.
4.1. Для структуры последовательного соединения звеньев (разомкнутая САР), заданных вариантом задания (табл. 1.2), снять и построить частотные характеристики (АЧХ и ФЧХ), АФХ, а также ЛАЧХ и определить предельный коэффициент усиления кгр, при котором замкнутая САР будет находиться на границе устойчивости.
4.2. По полученным частотным характеристикам определить параметры передаточной функции разомкнутой системы (коэффициент усиления, постоянные времени звеньев и др.) и сравнить с значениями, заданными при проведении исследований.
Задание на подготовку к работе
1. Для всех звеньев первого порядка, исследуемых в работе, запишите передаточные функции и аналитические выражения для построения характеристик: АЧХ, ФЧХ, АФХ, ЛАЧХ, h(t), w(t). Постройте качественно графики этих характеристик.
2. Для колебательного звена запишите передаточную функцию W(p) и аналитические выражения для частотных и временных характеристик (см. п.1). Постройте качественно графики этих характеристик.
3. Представьте в виде графиков предполагаемые зависимости σ(ζ), tp(ζ), tp(T), σ(Т).
4. Для структуры последовательного соединения звеньев, заданных вариантам задания, постройте качественные графики АФХ и ЛАЧХ.