2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ –

УЧЕБНО-НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС»

Факультет новых технологий и автоматизации производства

Кафедра «Мехатроника и международный инжиниринг»

Методические указания

по выполнению курсовой работы

по дисциплине «Теория автоматического управления»

для специальности 220401 «Мехатроника»

очной формы обучения

Орел 2012 г.

Содержание

Введение 4

1 Содержание и объем курсовой работы 4

Расчетом и исследованием САУ предусматривается: 5

2 Варианты заданий 7

Т а б л и ц а 1 3

Таблица 2 11

Таблица 3 3

Таблица 5 3

Таблица 6 22

3 Уравнения элементов систем автоматического управления 3

Передаточная функция процесса резания: 3

3

W= K_Р / (T_Р + 1) , 3

где Т_Я - электромагнитная постоянная времени якоря, с ; 5

K_Д - коэффициент передачи электродвигателя, 1/сВ ; 5

К_М - коэффициент пропорциональности между моментом нагрузки и током в цепи питания, А/Нм ; 7

Рекомендуемая литература 8

Введение

Совершенствование технологии и повышение производительности труда относятся к важнейшим задачам технического прогресса. Эффективное решение этих задач возможно при внедрении систем автоматического регулирования и управления как отдельными объектами и процессами, так и производством в целом. Поэтому изучение основ автоматического регулирования и управления предусматривается в настоящее время при подготовке студентов практически всех инженерных специальностей.

В результате изучения дисциплины «Теория автоматического управления» студент должен уметь анализировать производственный процесс с целью его автоматизации, определения управляемых и управляющих параметров, выбора отдельных элементов и устройств системы автоматического управления (САУ) объектом. Умение разделять САУ на основные функциональные элементы и составлять функциональные и структурные схемы способствует ясности представлений о физических процессах, происходящих в системе, и имеет большое значение для дальнейшего исследования и расчета систем.

Целью курсовой работы по дисциплине «Теория автоматического управления» является закрепление теоретических знаний и овладение навыками анализа и синтеза систем автоматического управления объектами на примере металлорежущих станков и промышленных роботов. При выполнении курсовой работы приобретается опыт разработки и расчета САУ производственными процессами и отдельными объектами в машиностроении.

1 Содержание и объем курсовой работы

В ходе выполнения курсовой работы студент должен рассчитать и проанализировать основные параметры заданной САУ.

Приступая к выполнению курсовой работы необходимо тщательно изучить принцип действия заданной САУ, выделить управляющее воздействие, управляемую координату и возмущение, действующее на систему.

Расчетом и исследованием САУ предусматривается:

- составление дифференциальные уравнений и определение передаточные функции входящих в САУ элементов с расчетом всех необходимых коэффициентов;

- реализация структурной схемы САУ на ЭВМ;

- исследование устойчивости системы и определение ее показателей качества: запасов устойчивости по амплитуде и фазе, перерегулирования, времени переходного процесса и других параметров, предусмотренных дополнительными условиями задания;

- расчет и синтез новой САУ с учетом обеспечения дополнительных условий задания.

В соответствии с перечисленными пунктами курсовая работа должна содержать следующие разделы:

1. Введение.

2. Конструктивную схему заданной САУ с исходными данными. Краткое описание назначения и принципа действия САУ.

3. Функциональную схему САУ с описанием функций входящих элементов, их взаимодействия и последовательного преобразования сигналов управления и обратных связей.

4. Составление дифференциальных уравнений и вывод передаточных функций всех элементов. Выделение типовых динамических звеньев.

5. Структурную схему (модель) САУ с обоснованием и выводом передаточных функций дополнительных по сравнению с функциональной схемой звеньев (например, для изменения размерности параметра).

6. Реализацию структурной схемы САУ на ЭВМ, проверка ее работоспособности.

7. Определение устойчивости заданной САУ. В случае неустойчивой работы исходной САУ добиться ее устойчивости изменением параметров элементов системы, подвергающихся настройке.

8. Настройка чувствительности и определение основных показателей качества работы САУ, предусмотренных заданием: максимальное перерегулирование, время регулирования, число колебаний, собственная частота колебаний, логарифмический декремент затухания колебаний, максимальная скорость отработки сигнала..

9. Синтез САУ с учетом дополнительных условий и ее анализ.

10. Выводы по работе и заключение.

Функциональная схема составляется по конструктивной схеме. При этом должны быть учтены рабочие процессы, протекающие в системе.

Структурная модель формируется на основании функциональной схемы, где поэлементно указываются математические преобразования сигналов в виде передаточных функций звеньев. При составлении структурной схемы необходимо согласовать размерности входных и выходных координат соединяемых элементов.

САУ должна обладать заданной чувствительностью. Этот показатель увязывает управляющее воздействие, действующее на систему, с управляемой координатой. Например: для системы автоматического управления поворотом промышленного робота чувствительность задана равной 10 В/рад. Это означает, что при подаче в систему управляющего воздействия равного 10 В робот повернется на угол 1 радиан. Чувствительность системы можно обеспечить, например, с помощью подбора коэффициента передачи настраиваемых элементов в прямом канале управления или в обратной связи системы.

Исследование системы необходимо проводить с помощью пакетов прикладных программ, позволяющих реализовать структурную модель системы на ПЭВМ. Методику использования этих программ изложена в соответствующей рекомендуемой литературе.

Синтез системы проводится, учитывая заданные показатели качества и требуемой точности. Для этого необходимо выбрать схему и место включения корректирующих и усилительных устройств; по требованиям показателей качества и точности регулирования найти желаемую логарифмическую частотную характеристику разомкнутой системы; определить тип и параметры корректирующих и усилительных устройств; найти конструктивное решение корректирующих и усилительных устройств системы и составить окончательную структурную схему САУ.

Анализ синтезированной САУ должен включать определение показателей качества, точности и устойчивости новой системы, их сравнение с соответствующими показателями исходной САУ.

Курсовая работа оформляется в виде пояснительной записки на 20-30 страницах формата А4 машинописным способом, с необходимыми схемами, графиками, таблицами и листингами расчетов на ЭВМ.