- •А.В. Федотов теория автоматического управления
- •Список сокращений
- •Основы теории автоматического управления Введение
- •Примеры систем автоматического управления Классический регулятор Уатта для паровой машины
- •Система регулирования скорости вращения двигателей
- •Автоматизированный электропривод
- •Система терморегулирования
- •Следящая система автоматического управления
- •Система автоматического регулирования уровня
- •Обобщённая структура автоматической системы
- •Принципы автоматического управления
- •Математическая модель автоматической системы
- •Пространство состояний системы автоматического управления
- •Классификация систем автоматического управления
- •Структурный метод описания сау
- •Обыкновенные линейные системы автоматического управления Понятие обыкновенной линейной системы
- •Линеаризация дифференциального уравнения системы
- •Форма записи линеаризованных дифференциальных уравнений
- •Преобразование Лапласа
- •Свойства преобразования Лапласа
- •Пример исследования функционального элемента
- •Передаточная функция
- •Типовые воздействия
- •Гармоническая функция.
- •Временные характеристики системы автоматического управления
- •Частотная передаточная функция системы автоматического управления
- •Частотные характеристики системы автоматического управления
- •Типовые звенья
- •Безынерционное (усилительное) звено.
- •Инерционное звено (апериодическое звено первого порядка).
- •Колебательное звено.
- •Интегрирующее звено.
- •5. Дифференцирующее звено.
- •Неустойчивые звенья
- •Соединения структурных звеньев
- •Преобразования структурных схем
- •Передаточная функция замкнутой системы автоматического управления
- •Передаточная функция замкнутой системы по ошибке
- •Построение частотных характеристик системы
- •Устойчивость систем автоматического управления Понятие устойчивости
- •Условия устойчивости системы автоматического управления
- •Теоремы Ляпунова об устойчивости линейной системы
- •Критерии устойчивости системы Общие сведения
- •Критерий устойчивости Гурвица
- •Критерий устойчивости Найквиста
- •Применение критерия к логарифмическим характеристикам
- •Критерий устойчивости Михайлова
- •Построение области устойчивости системы методом d-разбиения
- •Структурная устойчивость систем
- •Качество системы автоматического управления Показатели качества
- •Точность системы автоматического управления Статическая ошибка системы
- •Вынужденная ошибка системы
- •Прямые методы анализа качества системы Аналитическое решение дифференциального уравнения
- •Решение уравнения системы операционными методами
- •Численное решение дифференциального уравнения
- •Моделирование переходной характеристики
- •Косвенные методы анализа качества Оценка качества по распределению корней характеристического полинома системы
- •Интегральные оценки качества процесса
- •Оценка качества по частотным характеристикам Основы метода
- •Оценка качества системы по частотной характеристике
- •Оценка колебательности системы
- •Построение вещественной частотной характеристики
- •Оценка качества сау по логарифмическим характеристикам
- •Синтез системы автоматического управления Постановка задачи синтеза системы
- •Параметрический синтез системы
- •Структурный синтез системы Способы коррекции системы
- •Построение желаемой логарифмической характеристики системы
- •Синтез последовательного корректирующего звена
- •Синтез параллельного корректирующего звена
- •Другие методы синтеза систем автоматического управления
- •Реализация систем автоматического управления Промышленные регуляторы
- •Особенности реализации промышленных регуляторов
- •Настройка промышленных регуляторов
- •Управление по возмущению
- •Комбинированное управление
- •Многосвязные системы регулирования
- •Обеспечение автономности управления
- •Библиографический список
- •Предметный указатель
- •Содержание
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Омский государственный технический университет"
А.В. Федотов теория автоматического управления
Конспект лекций
Омск 2007
УДК 681.5.011(075)
ББК 32.965 я73
Ф34
Рецензенты:
В.А. Григорьев, канд. техн. наук, доцент, зам. ген. директора группы пред- приятий;
В.Д. Парадеев, канд. техн. наук, доцент, президент компании "Арматурно-фланцевый завод"
А.В. Федотов
Ф34 Теория автоматического управления: Конспект лекций. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. 176 с.
Рассматриваются общие вопросы и базовые методы теории автоматического управления; математического описания систем автоматического управления; анализа устойчивости и качества систем, а также вопросы синтеза систем автоматического управления. Наряду с теорией обыкновенных линейных систем автоматического управления рассмотрены также промышленные регуляторы; настройка регуляторов; управление по возмущению и управление в многосвязных системах.
Конспект лекций предназначен для самостоятельной работы при изучении дисциплины «Теория автоматического управления» студентами дистанционного обучения, обучающимися по специальности 220301 – "Автоматизация технологических процессов и производств".
УДК 681.5.011(075)
ББК 32.965 я73
Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета
Федотов А.В., 2007
Омский государственный
технический университет, 2007
Список сокращений
АВМ – аналоговая вычислительная машина
АФЧХ – амплитудно-фазовая частотная характеристика
Г – генератор
Д – электродвигатель
Зд – задатчик
И-регулятор – интегральный регулятор
ИМ – исполнительный механизм
ИУ – измерительное устройство
ЛАХ – логарифмическая амплитудная характеристика
ЛФХ – логарифмическая фазовая характеристика
ЛХ – логарифмическая характеристика
Об – объект управления
ОС – обратная связь
ОУ – объект управления
П-регулятор – пропорциональный регулятор
ПИ-регулятор – пропорционально-интегральный регулятор
ПИД-регулятор – пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор
Р – регулятор
РИН – регулируемый источник напряжения
САУ – система автоматического управления
ТАУ – теория автоматического управления
Тг – тахогенератор
У – усилитель
УУ – устройство управления
ЭВМ – электронная вычислительная машина
ЭМУ – электромашинный усилитель
Основы теории автоматического управления Введение
Функционирование любой автоматической системы, будь то станок-автомат, промышленный робот, гибкая производственная система или другая техника, неразрывно связано с управлением этими объектами. Под управлением понимают целенаправленное воздействие на объект управления с целью поддержания или улучшения его функционирования.
Р азвитие техники автоматического управления связано с проблемой замены человека в различных звеньях управления техническими объектами. Наука об управлении техническими системами называется технической кибернетикой. Техническая кибернетика включает ряд разделов и одним из разделов является теория автоматического управления (рис. 1).
Задачи управления различны и их сложность определяет сложность применяемых систем управления. Управление может осуществляться вручную и автоматически. Для автоматического управления предназначены системы автоматического управления.
Автоматическое управление – автоматическое осуществление совокупности воздействий на объект управления, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления.
Частной задачей автоматического управления является автоматическое регулирование. Автоматическое регулирование – поддержание постоянной или изменение по заданному закону некоторой величины, характеризующей процесс, осуществляемое при помощи измерения состояния объекта или действующих на него возмущений и воздействия на объект.
Автоматическое управление является более широким понятием по сравнению с автоматическим регулированием и предусматривает дополнительно оптимальное и адаптивное управление (рис. 2). Таким образом, автоматическое регулирование можно рассматривать как базовый метод управления с целью обеспечения заданного значения управляемой величины на выходе объекта управления. Основой систем автоматического управления являются системы автоматического регулирования, которые и будут в дальнейшем рассматриваться в первую очередь.
Управление осуществляется некоторым объектом с целью получения необходимого результата (рис. 3). Этот результат является выходом объекта. Для изменения результата на вход управления объекта подаются управляющие воздействия, которые изменяют состояние объекта управления. Управляющие воздействия формируются устройством управления на основе цели управления и некоторой информации (в том числе информации о результате управления).
Теория автоматического управления включает аналитические модели и методы, позволяющие описать и исследовать реальные технические автоматические системы с целью определения их поведения в автоматическом режиме работы и создания систем с требуемыми свойствами. Теория автоматического управления решает задачи аналитического описания автоматических систем, их анализа и синтеза.