Реферат: Программа дисциплины по кафедре Автоматики и системотехники Теория автоматического управления




ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тихоокеанский государственный университет



Утверждаю

Проректор по учебной работе

______________ С.В. Шалобанов

“_____” ________________2007_ г.



Программа дисциплины

по кафедре Автоматики и системотехники


Теория автоматического управления


Утверждена научно-методическим советом университета для направлений подготовки (специальностей) в области автоматики и управления


Специальность “Управление и информатика в технических системах”


Хабаровск 2007 г.


Программа разработана в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта, предъявляемыми к минимуму содержания дисциплины и в соответствии с примерной программой дисциплины, утвержденной департаментом образовательных программ и стандартов профессионального образования с учетом особенностей региона и условий организации учебного процесса Тихоокеанского государственного технического университета.


Программу составил




Лелянов




к.т.н.




Борис




доцент




Николаевич




Кафедра АИС




Ф.И.О. автора
Ученая степень, звание, кафедра






Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры

протокол № ______ от «____»__________________ 2007_г

Зав.кафедрой__________«__»______ 2007_г

_Чье Ен Ун _______________

Подпись дата

Ф.И.О.







Программа рассмотрена и утверждена на заседании УМК и рекомендована к изданию

протокол № ______ от «____»_____________ 2007_г

Председатель  УМК  _______«__»_______ 2007_г

_Фейгин А. В. _______________

Подпись дата

Ф.И.О.




Директор  института  _______«__»_______ 2007_г

Клепиков С. И. __________________

(декан факультета) Подпись дата

Ф.И.О.



^ 1. Цели и задачи изучаемой дисциплины.


Курс <<Теория автоматического управления >> (ТАУ) является базовой обще профессиональной дисциплиной учебного плана специальности 220201.65 “Управление и информатика в технических системах”, непосредственно и тесно связанной с общеобразовательными и специальными дисциплинами.


^ Цель изучения дисциплины.


Целью преподавания ТАУ является подготовка высококвалифицированного специалиста, владеющего основами теории управления и умеющего выполнять исследовательские и расчетные работы по созданию и внедрению в производство линейных и нелинейных автоматических систем непрерывного и дискретного действия. В результате изучения дисциплины специалист должен получить хорошую подготовку по общетеоретическим основам автоматического регулирования и управления и практические навыки выполнения исследовательских и расчетных работ по созданию автоматических систем


1.2^ . Задачи изучения дисциплины.

В результате изучения дисциплины студенты должны знать следующее:

Роль место автоматических систем в задаче автоматизации технических объектов и производства, основные принципы м схемы автоматического управления, историю этой науки, роль российских ученых в ее становлении и развитии;

Основные типы систем автоматического управления (САУ). их математическое описание и основные задачи исследования, знать роль, содержание и методы линейной и нелинейной теории систем, методы пространства состояний и передаточных функций;

Владеть методами анализа и синтеза САУ при детерминированных и случайных возмущениях, уметь выполнять расчетные работы по анализу устойчивости, точности и качества систем, синтезу параметров и корректирующих звеньев по заданным требованиям к качеству функционирования систем;

Знать основы анализа структурных свойств (управляемости и наблюдаемости), проблемы выбора классических регуляторов , модального управления, синтеза следящих систем и наблюдателей состояний;

Знать основы теории нелинейных систем, методы из математического описания и моделирования, анализа устойчивости, точности и исследования периодических режимов и переходных процессов, выполнять основные расчетные работы по исследованию нелинейных САУ;

Знать содержание основных задач и принципов оптимального и адаптивного управления;

знать модели дискретных сигналов и систем, методы их анализа и синтеза;

Особенности цифровых систем, реализованных на базе управляющих контроллеров;

Знать содержание основных пакетов системы MATLAB – Simulink и его дополнительные компоненты.



^ 2.ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ.

Полученные в ходе изучения дисциплины знания должны позволить студенту уметь:

использовать полученные знания по ТАУ для проектирования, изготовления и эксплуатации САУ различных по направлениям и применениям ;

проводить анализ действующих систем с целью улучшения их качественных и эксплуатационных характеристик;

решать вопросы синтеза регуляторов, обеспечивающих заданное качество процессов управления и позволяющих определить состав, структуру САУ и параметры всех ее устройств из условия удовлетворения заданному комплексу технических требований в классе линейных (стационарных и нестационарных), нелинейных, дискретных и многомерных систем;

моделировать системы с заданными динамическими свойствами и качественными характеристикам;

применять основы теории оптимальных систем с целью получения улучшенных качественных и динамических характеристик систем

осуществлять расчеты и модельные (компьютерные) эксперименты, ориентированные на наглядное подтверждение изучаемых методов и приобретение навыков анализа и синтеза линейных и нелинейных систем.



^ 3.ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ.


Таблица 1 – объем дисциплины и виды учебной работы

Наименование

По учебным планам основной траектории обучения

с максимальной трудоёмкостью

с минимальной трудоёмкостью

^ Общая трудоёмкость дисциплины







по ГОС

360

360

по УП

323

323
Изучается в семестрах
5,6

5,6

^ Вид итогового контроля по семестрам







зачет

6

6

экзамен

5

5

Курсовой проект (КП)







Курсовая работа (КР)

6

6

^ Вид итогового контроля самостоятельной работы без отчетностей








расчетно-графические работы (РГР)







Реферат (РФ)







Домашние задания (ДЗ)







^ Аудиторные занятия:







всего

187

187

В том числе: лекции (Л)

85

85

Лабораторные работы (ЛР)

68

68

Практические занятия (ПЗ)

34

34

^ Самостоятельная работа







общий объем часов (С2)

136

136

В том числе на подготовку к лекциям

19

19

на подготовку к лабораторным работам

46

46

на подготовку к практическим занятиям







на выполнение КП







на выполнение КР

34

34

на выполнение РГР







на написание РФ







на выполнение ДЗ







на экзаменационную сессию









^ 4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ. 5 семестр . 51 ч.


Содержание дисциплины включает в себя следующие разделы:

4.1. История развития автоматики. Предмет и задачи

дисциплины . Содержание задач управления .

Классификация систем управления.

4.2. Фундаментальные принципы управления, основные виды

автоматического управления. Основные законы

регулирования. Статическое и астатическое

регулирование.

4.3. Структура и функциональные компоненты САУ.

Линеаризация. Преобразование Лапласа и Фурье.

Передаточная функция. Виды типовых воздействий.

4.4 Частотные и временные характеристики. Уравнение

свертки. Диаграмма Боде.

4.5. Элементарные звенья и их характеристики

Структурные схемы и графы. Правила

эквивалентных преобразований структурных схем.

Передаточные функции разомкнутой и замкнутой

систем.

Переходные процессы. Процессы автономных систем. Вынужденное и установившееся движения. Статический режим.

Понятие пространства состояний и модели состояние – выход. Переменные состояния. Модели состояние-выход и переходные процессы. Свойства моделей состояние – выход.

Модели вход-состояние выход (ВСВ). Передаточная функция (матрица) и структурные схемы моделей ВСВ.

Фазовые траектории автономной системы второго порядка. Эквивалентные преобразования и канонические представления моделей ВСВ.

Модели задающих блоков и внешних воздействий. Регуляторы и модели замкнутых систем. Операторные и векторно-матричные модели

Устойчивость и структурные свойства систем. Техническая и математическая устойчивость. Устойчивость возмущенных систем.

Критерии устойчивости. Метод Гурвица. Корневые

критерии устойчивости. Первый и второй методы Ляпунова и устойчивые матрицы.

Критерии устойчивости Михайлова и Найквиста. Запасы

устойчивости по фазе и модулю .

Области устойчивости в пространстве параметров. D –

разбиение Устойчивость систем с запаздыванием и

систем с иррациональными звеньями .

Структурные свойства систем управления. Чувствительность, управляемость и наблюдаемость систем управления. Симметричность структурных систем и невырожденные системы.

Качество систем управления. Показатели качества . Оценка качества по переходным функциям. Установившееся движение и точность. Динамические показатели автономных систем.

Корневые методы исследования качества. Расположение полюсов и теорема подобия. Анализ быстродействия. Оценки колебательности и быстродействия по норме вектора состояния.

Метод стандартных переходных функций. Полином Баттерворта и переходные функции.

Оценка точностных показателей . Точность при постоянных входных воздействиях. Оценка точности в типовых режимах и метод коэффициентов ошибок.

Методы управления и синтез САУ. Общие принципы управления. Управление выходом и одноконтурные системы.

Регуляторы и системы управления состоянием. Синтез алгоритма стабилизации и метод модального управления. Стабилизация возмущенного объекта.

Синтез линейных систем управления. Закон управления, влияние производных и интеграла на свойства процессов управления. Прямые и обратные связи и их влияние на работу САУ.

Типы коррекции. Последовательные и параллельные корректирующие устройства, неединичная главная обратная связь.

Корректирующие устройства по внешнему воздействию. Инвариантность. Частотный метод синтеза корректирующих устройств.

Коррекция в пространстве состояний.


^ 6. СЕМЕСТР . 34 ч.


Нелинейные системы


Виды и особенности нелинейных систем . Фазовое

пространство и фазовая плоскость. Переходные

процессы и автоколебания на фазовой плоскости. Метод

гармонического баланса .

Анализ равновесных режимов. Автоколебания в нелинейных системах. Методы линеаризации нелинейных моделей. Вычисление

коэффициентов гармонической линеаризации.

Алгебраический и частотный способы определения

симметричных автоколебаний.

Исследование устойчивости нелинейных систем.

Первый и второй методы Ляпунова.

Частотный критерий абсолютной устойчивости.

4.30. Процессы управления в автоколебательных системах.

Нелинейные системы с коррекцией.


Дискретные системы


4.31. Дискретные системы. Построение дискретных моделей.

Модели вход – выход. Модели вход- состояние – выход.

Элементарные звенья дискретных систем.

4.32.Основные свойства дискретных систем. Управляемость

и наблюдаемость . Устойчивость дискретных систем

4.33. Качество дискретных систем управления. Динамические

показатели качества. Оценка точностных показателей

4.34. Цифровые системы управления. Аппаратура цифровых

систем. Прохождение сигналов и эквивалентная схема

цифровой системы управления. Особенности цифровых

систем.

4.35. Проблемы дискретизации цифровых моделей .Методы

дискретизации цифровых моделей. Анализ

интервала квантования


Стохастические модели


4.36. Линейные стохастические модели систем управления.

Модели и характеристики случайных сигналов.

4.37. Прохождение случайных сигналов через линейные

Звенья. Анализ и синтез линейных стохастических

систем при стационарных случайных воздействиях.


Оптимальные системы

4.38. Оптимальные системы автоматического управления.

Оптимальное управление, оптимальные передаточные

функции и оптимальные законы управления. Метод

динамического программирования Беллмана.

4.39. Принципы максимума Понтрягина.

4.40.Оптимальные по быстродействию, расходу ресурсов и

и энергии САУ. Теорема об

n – интервалах.

4.41. Аналитическое конструирование

оптимальных регуляторов.

4.42. Робастные системы.

4.43. Адаптивное управление.


Таблица 2 – Разделы дисциплины и виды занятий и работ


Раздел дисциплины Л
ЛР

ПЗ

КП

(КР)
РГР
ДЗ

РФ

С2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


1

История, фундаментальные принципы управления, законы регулирования

*

*

*

*














2

Структура линейных САУ. Преобразование Фурье и Лапласа. Исследования во временной и частотной областях

*

*

*

*













3

Устойчивость. Критерии, области устойчивости.

*

*
















*

4

Структурные свойства САУ. Качественные характеристики автоматических систем.

*






















5

Методы управления и синтез САУ

*






















6

Регуляторы и системы управления состоянием

*






















7



Типы коррекции. Последовательные и параллельные корректирующие устройства. Коррекция в пространстве состояний


*

*
















*

8

Нелинейные системы. Метод гармонического баланса. Равновесные режимы. Автоколебания.

























9

Дискретные системы. Свойства. Управляемость, наблюдаемость. Устойчивость. Качество

*

*

*













*

10

Цифровые системы автоматического управления, особенности.

*

*

*













*

11

Стохастические САУ. Проблемы, прохождение случайных сигналов .

*

*

*
















12

Оптимальные САУ. Принцип максимума Понтрягина. Робастные системы. Адаптивное управление.

*

*

*













*



^ 5.ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ


Перечень лабораторных работ включает в себя следующие поставленные лабораторные работы:


Лабораторная работа 1

Введение в Matlab – Simulink


^ Цель работы: Ознакомление с моделированием процессов и систем в Matlab - Simulink. Пакеты Signal Processing Tools, Control Toolbox и Simulink

Задание 1. Ознакомиться с общими сведениями об основах визуального моделирования динамических систем. Библиотека Simulink – ядро пакета Simulink запуск и использование Simulink, разделы:

Sinks;

Sources;

Continuous;

Discrete;

Math Operations;

Discontinuities;

User Defined Functions;

Signals Attributes;

Ports & Subsystems;

Look-Up Tables;

Model Verification;

Model-Wide Utilities;



Задание 2. Построение блок схем :

Выделение объектов;

Операции с блоками;

Проведение соединительных линий;

Метки сигналов;

Создание подсистем;

Сохранение и вывод на печать блок-схемы S – модели;

Примеры создания S – моделей;

Задание 3. Примеры создания S – моделей:

Моделирование структурных схем статических и астатических систем;

Моделирование поведения физического маятника;

Моделирование движения трех тел под действием сил гравитации;



^ Время выполнения работы – 6 часа


Рекомендации и вопросы для подготовки к защите

лабораторной работы

1. Каковы преимущества пакета Simulink для решения задач моделирования САУ по сравнению с программирование непосредственно в среде MATLAB?

Блоки каких разделов библиотеки Simulink должны обязательно присутствовать в блок –схеме любой S- модели

Каково основное предназначение блоков раздела Continuous библиотеки Simulink?

Каково основное предназначение блоков раздела Source библиотеки Simulink?

Каково основное предназначение блоков раздела Sinks библиотеки Simulink?

Каково основное предназначение блоков раздела Math Operations библиотеки Simulink?

Блоки какого раздела библиотеки Simulink обеспечивают пользователю возможность создавать собственные блоки?

Что такое подсистема и как ее создать?

В чем заключаются преимущества использования подсистем?

Как организовать надписи под соединительными линиями структурных схем САУ?

Как организовать сохранение и вывод на печать блок-схемы S – модели.


^ Лабораторная работа 2


Исследование переходных характеристик типовых

динамических звеньев с использованием Matlab - Simulink. Пакеты Signal Processing Tools, Control Toolbox и

Simulink


^ Цель работы: Определить реакцию отдельных элементарных звеньев на типовые входные воздействия (ступенчатое и импульсное)

Задание1. Исследование переходных характеристик типовых динамических звеньев с использованием пакета Malab-Simulink. Предварительно собрать структурную схему включающую задающее ступенчатое и импульсное входные воздействия и фиксирующее устройство. Исследовать:

Идеальное усилительное (безынерционное ) звено;

Апериодическое (инерционное) звено;

Апериодическое звено второго порядка;

Колебательное звено;

Идеальное дифференцирующее звено;

Инерционное дифференцирующее звено;

Идеальное интегрирующее звено;

Инерционное (реальное) интегрирующее звено.


Определить отклик на единичный скачок и единичный импульс

(входные воздействия (step, impulse)), напечатать графики и проанализировать их .

Научиться организовывать импульсное входное воздействие дифференцируя ступенчатое входное воздействие.

Подобрать примеры физических моделей – аналогов идеальных звеньев.

^ Время выполнения работы – 4 часа


Лабораторная работа 3


Исследование частотных характеристик типовых динамических звеньев использованием Matlab - Simulink. Пакеты Signal Processing Tools, Control Toolbox и

Simulink


Цель работы: исследование амплитудных , фазовых , амплитудно-фазовых , логарифмических амплитудных, логарифмических фазовых частотных характеристик типовых динамических звеньев.


Общие сведения:

Использование частотных характеристик (ЧХ) при анализе и синтезе САУ.

Входное воздействие – синусоидальное.

Использовать пакеты Signal Processing Tools, Control Toolbox и

Simulink

Для исследований использовать:


апериодическое звено первого порядка;




апериодическое звено второго порядка;




колебательное звено;




инерционно-дифференцирующее звено;




изодромное звено;




реальное интегрирующее звено;




интегро-дифференцирующее звено;




неминимально - фазовое звено.


Снять реакцию на синусоидальное входное воздействие , напечатать графики и проанализировать их .

Научиться организовывать синусоидальное входное воздействие с различной амплитудой и частотой.

Проанализировать диаграмму Боде – частотного отклика (АЧХ и ФЧХ)

Проанализировать диаграмму Найквиста.

Проанализировать диаграмму Николса.


Время выполнения работы – 6 часа


^ Рекомендации и вопросы для подготовки к защите лабораторной работы

Как изменяется амплитуда и фаза апериодческого звена первого порядка при изменении частоты от 0 до ?

Как изменяется амплитуда и фаза апериодческого звена второго порядка при изменении частоты от 0 до ?

Как изменяется амплитуда и фаза колебательного звена при изменении частоты от 0 до и при ?

Как изменяется амплитуда и фаза реального интегрирующего звена при изменении частоты от 0 до ?

Как изменяется амплитуда и фаза интего-дифференцирующего звена при изменении частоты от 0 до ?


^ Лабораторная работа 4


Исследование устойчивости САУ со звеном

чистого запаздывания


Цель работы: исследование влияния значений параметров К, Т и времени чистого запаздывания на устойчивость замкнутой САУ.

Порядок выполнения работы:

1. Спроектируйте структурную схему САУ в MATLAB-Simulink включающую реальное интегрирующее звено и звено чистого запаздывания с начальными значениями К, Т и .

2. Проанализируйте диаграмму Боде и определите границу устойчивости и

3. Определите для начальных значений К и Т .

Содержание отчета:

Структурная схема системы;

Диаграмма Боде для амплитуды и фазы ;

Значения параметров К, Т ;

4. Выводы.


Время выполнения работы – 2 часа


Рекомендации и вопросы для подготовки к защите лабораторной работы:

Запишите передаточную функцию и АФХ звена чистого

запаздывания;

Приведите пример физической модели звена чистого

запаздывания;

Как изменяется АЧХ и ФЧХ звена чистого запаздывания при изменении частоты?

Определите ФЧХ реального интегрирующего звена при

;


Лабораторная работа 5


^ ИСЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ САУ В

УСТАНОВИВШЕМСЯ РЕЖИМЕ


Цель работы: Исследование влияния степени астатизма на установившуюся ошибку САУ при ступенчатом и линейно возрастающем входных воздействиях.

1.Требование к системе:

точность;

устойчивость;

качество переходного процесса.


2. Порядок выполнения работы:

собрать структурную схему в Simulink астатической САУ с выводом на Scope входной и выходной величин для сравнения;

задать вид входного сигнала (ступенчатый или линейно

изменяющийся);

задать передаточную функцию корректирующего устройства;

определить характер изменения ошибок на выходе в зависимости от изменения параметров системы и порядка ее астатизма и видов входного воздействия.




Содержание отчета:




функциональная и структурные схемы САУ;

графики переходных процессов и ошибок для различных КУ и параметров системы и видов входных воздействий;

расчеты ;

схемы диаграмм Боде для различных структурных схем САУ;

выводы .


Время выполнения работы – 4 часа


Рекомендации и вопросы для подготовки к защите лабораторной работы:

1.Запишите передаточные функции корректирующих звеньев и

и их АЧХ и АФХ , дайте анализ.

2. Укажите связи между порядком астатизма системы и видов

входных воздействий

3. Сделайте сравнительный анализ запасов по модулю и фазе на диаграммах Боде.

4. Определите время переходного процесса САУ.


Лабораторная работа 6


^ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНВАРИАНТНОСТИ ОШИБКИ

СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ К ЗАДАЮЩЕМУ

ВОЗДЕЙСТВИЮ


Цель работы: исследование свойства инвариантности ошибки

комбинированной следящей системы к задающему воздействию.


^ Общие сведения


Основной целью следящих систем является возможно более точное воспроизведение регулируемой координатой изменяющегося задающего воздействия. Этому способствует и дополнительная цепь по задающему воздействию. В этом случае следящая система называется комбинированной.

^ Порядок выполнения работы


Для исследования свойства инвариантности ошибки САУ к задающему воздействию применяется структурная схема в которой параметр Т пренебрежительно мал , а параметры должны соответствовать .

Далее необходимо выполнить следующее :



собрать структурную схему в Simulink следящей САУ с корректирующим устройством и

с выводом на Scope входной и выходной величин для сравнения;

задать вид входного сигнала (ступенчатый или линейно

изменяющийся

- изменяя К корректирующего устройства обеспечить

максимальную инвариантность ошибки следящей системы к

ступенчатому и линейно изменяющемуся задающим

воздействиям .


Содержание отчета:




функциональная и структурные схемы следящей САУ;

графики переходных процессов и ошибок для различных К и параметров системы и видов входных воздействий для полной и неполной инвариантности;

расчеты ;

схемы диаграмм Боде для различных структурных схем САУ;

выводы .



Время выполнения работы – 4 часа


Рекомендации и вопросы для подготовки к защите

лабораторной работы:


Дайте определение инвариантности

Укажите общность и различие передаточной функции относительно задающего воздействия и для ошибки слежения

За счет каких количественных параметров обеспечиваются форсирующие свойства корректирующего устройства.

Правила переноса точки разветвления через сумматор



^ Лабораторная работа 7


Коррекция САУ с помощью последовательного

включения интегро - дифференцирующего звена


Цель работы: изучение средств, применяемых для получения

САУ с заданными показателями качества.


Общие сведения


Применение включенных последовательно интегро-дифференцирующих звеньев позволяет добиться улучшения отдельных показателей качества не скорректированной САУ.

2. Порядок выполнения работы:

собрать структурную схему в Simulink астатической САУ с включением последовательно интегро-дифференцирующих звеньев и выводом на Scope входной и выходной величин для сравнения;

при построении диаграмм Боде главная обратная связи должна быть разорвана;

подобрать параметры интегро-дифференцрующего звена таким образом, чтобы интегрирующая часть звена была в низкочастотной области, а дифференцирующая в среднечастотной области;

средняя часть линии с наклоном (+20 дб/дек) ЛАЧХ интегро-дифференцирующего звена должна находиться находится в области частоты среза скорректированной САУ;

фазовая характеристика ЛАЧХ должно иметь максимальное опережение по фазе также в области частоты среза скорректированной САУ;

Синтезированная скорректированная система должны быть выполнена таким образом, чтобы были обеспечены заданные показатели качества.



^ 3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА:


Представляется функциональная и структурная схемы

скорректированной САУ;

2. Диаграммы Боде не скорректированной САУ;

3. Диаграммы Боде корректирующего устройства и

скорректированной САУ;

4. Представляются графики переходных процессов

скорректированной и не скорректированной систем

с анализом качественных характеристик.


Время выполнения работы – 6 часа


^ 4.Рекомендации и вопросы для подготовки к защите

лабораторной работы:

Почему при построении диаграмм Боде главная обратная связь должна быть разорвана ?

Покажите, как определяется на диаграммах Боде запасы по модулю и фазе?

Покажите, как соотносятся постоянные времени числителя и знаменателя дифференцирующей и интегрирующих частей интегро-дифференцирующего звена?

Определите показатели качества по переходной характеристике скорректированной и не скорректированной САУ.


^ Лабораторная работа 8


Улучшение качества работы САР


Цель работы : изучение средств, применяемых для повышения точности, быстродействия , устойчивости САР.

^ Общие сведения


Рассмотрим некоторые средства , позволяющие улучшить качество работы САР.


Неединичная обратная связь.


Статическая САР имеет ненулевую статическую ошибку. Одним из средств, позволяющих устранить эту ошибку , является введение неединичной обратной связи .


^ Введение изодромных звеньев.

Последовательное включение изодромных звеньев в прямую цепь, повышает порядок астатизма системы, устраняется статическая ошибка, что позволяет уменьшить общий коэффициент усиления системы и повысить, тем самым, запас устойчивости, улучшить качественные характеристики переходного процесса. Замкнутая скорректированная система имеет однократный нуль (нулевой корень числителя) т.е. система обладает астатизмом первого порядка.

^ Система с переменной структурой.


Большие дополнительные возможности улучшения процессов регулирования дает нелинейное управление работой объекта путем изменения структуры регулятора в зависимости от знака и величин ошибки. Например, переключение с одного закона регулирования на другой и тем самым минимизируя ошибку и исключая колебательность. Недостаток такого регулирование - необходимость переключающего устройства и система становится нелинейной.

5.^ Порядок выполнения работы


Соберите систему в MATLAB – Simulink состоящей из двух апериодических звеньев первого порядка, охваченных отрицательной обратной связью. Вход и выход вывести на Scope.

введением неединичной обратной связи добейтесь результатов, как при системе с астатизмом первого порядка

Проанализируйте полученные графики переходных процессов при различных параметрах неединичной обратной связи

Введите изодромное звено в прямую цепь системы. Изменением параметров минимизируйте статическую ошибку системы.

Для системы с переменной структурой подберите параметры и порог срабатывания коммутатора, которые обеспечивали минимальное время регулирования, отсутствие перерегулирования и минимальную статическую ошибку системы.


6 Содержание отчета

Структурные схемы системы с неединичной обратной связью, изодромным звеном, с переменной структурой;

Графики переходных характеристик, анализ ошибок;

Расчеты параметров анализ показателей качества процессов регулирования;

Время выполнения работы – 2 часа


^ 7.Рекомендации и вопросы для подготовки к защите

лабораторной работы:



дать определение изодромного звена;

дать определение неединичной обратной связи;

определить входы и выходы коммутатора;

почему САР с коммутатором нелинейна



^ ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ


1.Аналитические модели вход - выход


Содержание отчета:

записать дифференциальное уравнение системы второго порядка

операторную форму модели

Модель вход-выход нагревательной печи, RC – цепочки и разгона электродвигателя

Характеристическое уравнение

Передаточную функцию

Полную модель движения (вращения) электродвигателя

Дифференциальное уравнение передаточную функцию полной модели движения (вращения) электродвигателя)

Модель поступательного (вращательного) движения материальной точки (уравнение 2-го порядка) и вывод передаточной функции


2. Многоканальные модели и модели возмущенных систем


Содержание отчета:

изобразить структурную схему системы

векторы выхода у и управления u

указать основные каналы и перекрестные связи многоканальной системы

Записать дифференциальное уравнение 2-го порядка возмущенной системы и ее передаточную функцию




Построение моделей вход – выход


Содержание отчета:


изобразить последовательное соединение блоков

Параллельное соединение блоков

Встречно-параллельное соединение блок с положительной и отрицательной обратной связью

Разомкнутые и замкнутые системы управления


3. Модели вход – состояние - выход


Содержание отчета:


записать уравнение состояния автономной системы в нормальной форме Коши

записать уравнение выхода связывающую выходную переменную системы y(t) с переменными хi(t)

определение вектора состояния

пространства состояния


^ 4.Передаточная функция (матрица) и структурные схемы

моделей ВДВ


Содержание отчета:


вывод резольвентной матрицы

передаточная функция

структурная схема модели ВСВ

структурная схема модели ВДВ (частный случай)

примеры векторно-матричных форм моделей


^ 5.Канонические представления моделей ВСВ


Содержание отчета:


Каноническая (диагональная) форма модели

Каноническая управляемая (фробениусовая) форма модели

Матрицы управляемости

Модель канонической наблюдаемой формы


^ 6.Создание и преобразование LTI – моделей в MATLAB-

Simulink


Содержание отчета:

создание SS – модели

создание TF – модели

Преобразование моделей

Анализ систем

Графики откликов на различные вид воздействий


^ 7.Создание подсистем. Примеры создания S- моделей


Содержание отчета:


пример создания подсистем путем группировки блоков

моделирование поведения физического маятника

подсистема внешние моменты сил

основная блок схема

диалоговое окно настройки блока Горизонт, вибрация

установка параметров численного интегрирования

результаты моделирования


8.Критерии устойчивости .Алгебраические критерии

устойчивости. Корневые критерии устойчивости


Содержание отчета:

матрица Гурвица

определители Гурвица

критерий Гурвица

определение апериодической границы устойчивости

определение колебательной границы устойчивости

расположение корней в комплексной плоскости

асимптотически устойчивой, устойчивой и неустойчивой

систем


9.Построение характеристических полиномов и синтез

систем управления


^ Содержание отчета:


структурная схема системы управления (комбинированного регулятора),

обеспечивающего стабилизацию объекта второго порядка в точке y = y* с заданными показателями качества

- время переходного процесса

- перерегулирование

- биноминальное разложение и переходные функции

полином Баттерворта


10.Исследование П- регулятора и ПД – регулятора

Содержание отчета:



структурная схема объекта второго порядка с управлением

по отклонению и возмущению с П- регулятором

передаточные функции по каналу управления и

возмущения

передаточные функции замкнутой системы с П – регулятором

переходные процессы системы с П- регулятором при постоянном и линейно нарастающем задающем воздействии

структурная схема объекта второго порядка с управлением

по отклонению и возмущению с ПД- регулятором

- переходные процессы системы с ПД- регулятором при

постоянном
еще рефераты
Еще работы по разное