Реферат: Програми дисциплін ● Теорія автоматичного керування Основні поняття автоматичного керування

Перелік дисциплін, які виносяться

для вступу на освітньо-кваліфікаційний рівень магістра зі спеціальності

«Електромеханічні системи автоматизації та електропривод»


● Теорія автоматичного керування

● Електропривід

● Мікропроцесорні засоби та системи

● Елементи автоматизованого електропривода

● Системи керування електроприводами

● Основи синтезу електромеханічних систем


Програми дисциплін


● Теорія автоматичного керування


Основні поняття автоматичного керування

Принципи побудови систем автоматичного керування. Керування за збуренням, за відхиленням і комбіноване керування. Класифікація систем автоматичного керування. Неперервні і дискретні системи керування. Детерміновані і недетерміновані системи керування. Лінійні і нелінійні системи керування.

Статика систем автоматичного керування

Поняття статичної точності регулювання Коефіцієнт статичної похибки та його зв’язок з коефіцієнтом підсилення системи і статичними похибками окремих елементів системи. Астатизм системи. Визначення статичних похибок окремих елементів системи.

Диференційні рівняння, передавальні функції та

частотні характеристики лінійних систем керування

Елементарні ланки систем автоматичного керування та метод лінеаризації їх диференціальних рівнянь. Передавальні функції та частотні характеристики елементарних ланок. Способи з’єднання ланок, перетворення структурних схем систем керування та знаходження їх передавальних функцій і диференціальних рівнянь. Фізичний зміст і експериментальне визначення частотних характеристик ланок і систем.

Стійкість систем автоматичного керування

Поняття стійкості, теорема Ляпунова. Необхідна умова стійкості. Алгебраїчні критерії стійкості: критерій Рауса і критерій Гурвіца. Частотні критерії стійкості: критерій Михайлова, критерій Найквіста. Використання логарифмічних частотних характеристик для дослідження стійкості.

Якість систем автоматичного керування

Показники якості системи. Прямі методи дослідження якості: за передавальною функцією системи за допомогою інтеграла Бромвіча, за дійсною частотною характеристикою системи. Непрямі методи дослідження якості: інтегральний метод, метод кореневих годографів. Поняття про корегування систем автоматичного керування.

Випадкові процеси в лінійних системах

Основні поняття і визначення випадкових процесів. Кореляційна функція, спектральна густина і зв’язок між ними. Визначення середньоквадратичної помилки керування за спектральною густиною.

Імпульсні системи автоматичного керування

Визначення імпульсної системи автоматичного керування, класифікація імпульсних систем. Метод Z-перетворення під час дослідження імпульсних систем керування. Імпульсна передавальна функція розімкненої та замкненої системи. Аналіз стійкості імпульсних систем автоматичного керування. Аналіз якості імпульсних систем автоматичного керування.

Цифрові системи автоматичного керування

Визначення цифрової системи автоматичного керування. Структурні схеми цифрових систем автоматичного керування. Передавальна функція цифрової системи. Дослідження стійкості та якості в цифрових системах автоматичного керування.

Нелінійні системи автоматичного керування

Визначення нелінійної системи автоматичного керування. Види нелінійних систем автоматичного керування. Дослідження динаміки нелінійних систем автоматичного керування: метод фазової площини, метод гармонічної лінеаризації. Критерій В.М. Попова абсолютної стійкості нелінійної системи автоматичного керування.

Екстремальні системи автоматичного керування

Визначення екстремальних та оптимальних систем автоматичного керування. Екстремальні системи автоматичного керування з принципом керування за збуренням та за відхиленням. Пошукові системи екстремального керування. Критерії оптимального керування. Оптимальні за швидкодією системи автоматичного керування.


Література

1. Попович М.Г. Теорія автоматичного керування / М.Г. Попович, О.В. Ковальчук. – К.: Либідь, 1997. – 544 с.

2. Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управлення и регулирования / Г.Ф. Зайцев. – К.: Вища шк., 1988. – 430 с.

3. Теория автоматического управления / В.Н. Брюханов и др. – М.: Высш. шк., 2000.

4. Теория автоматического управления : в 2 ч. / под ред. А.А. Воронова. – М.: Наука, 1986. – 655 с.


● Електропривід


Механіка електропривода

Електропривод як складова частина електромеханічної системи автоматичного керування. Кінематичні та розрахункові схеми механічної частини електропривода. Рівняння руху і режими роботи електропривода. Зведення зусиль, моментів та інерційностей до однієї осі. Усталені та перехідні режими. Одно- та багатомасові розрахункові моделі електропривода. Складання рівнянь для математичного опису їх поведінки. Аналіз динамічних властивостей механічної частини електропривода з пружними механічними зв’язками та з люфтами.

Електромеханічні властивості і

характеристики електродвигунів

Узагальнена електрична машина. Рівняння електричної рівноваги. Рівняння моменту. Електромеханічний зв’язок електропривода. Узагальнена структурна схема. Електромеханічні властивості електродвигунів постійного струму з незалежним, послідовним та змішаним збудженням. Математичний опис процесів електромеханічного перетворення енергії в асинхронному двигуні. Статичні характеристики і режими роботи асинхронних двигунів. Електромеханічні властивості синхронних двигунів. Електромеханічні властивості крокового двигуна. Вентильний електродвигун.

Динаміка розімкнутих електромеханічних систем

Узагальнена електромеханічна система з лінійною механічною характеристикою, її динамічні властивості. Динамічні властивості електромеханічної системи з пружними зв’язками. Аналіз електромеханічних перехідних процесів під час стрибкоподібної зміни задавальної та збурювальної дії. Розрахунок електромеханічних перехідних процесів в електроприводах з нелінійними механічними характеристиками (двигуни постійного струму послідовного збудження, асинхронні двигуни).

Регулювання координат в системах електроприводів

Показники регулювання координат. Електромеханічні властивості електроприводів у системах керований перетворювач-двигун (системи Г-Д, ТП-Д, ШІП-Д). Варіанти схем, їх робота та механічні характеристики. Принципи регулювання координат. Однозонне та двозонне регулювання. Електромеханічні властивості асинхронних електроприводів у разі частотного регулювання швидкості. Варіанти схем, їх робота. Механічні характеристики. Принципи регулювання координат. Електромеханічні властивості асинхронних двигунів з фазним ротором в каскадних схемах. Варіанти схем та показники регулювання.

Формування оптимальних перехідних процесів

в системах електроприводів

Основні завдання та показники керування. Формування оптимальних за швидкодією перехідних процесів у системах керований перетворювач напруги-двигун у разі лінійної зміни задавального сигналу. Регулювання координат асинхронних двигунів під час частотного керування. Векторні методи регулювання координат асинхронних двигунів. Регулювання моменту синхронних двигунів. Типові структури електроприводів під час оптимізації перехідних процесів швидкості та моменту. Стандартні налаштування контурів (підсистем) керування.

Регулювання положення (позиціювання)

Точне позиціювання. Автоматичне відпрацювання дозованих переміщень. Стежні електроприводи. Програмне керування.

Взаємозв’язані електроприводи

Багатодвигунний електропривід. Методи вирівнювання навантажень. Формування жорстких механічних характеристик на «повзучих» швидкостях. Електричний вал. Поняття про зв’язане регулювання. Технологічно зв’язані електроприводи.

Енергетика електропривода і основи вибору потужності

та конструктивного виконання електродвигуна

Втрати енергії в електроприводах. Рівняння теплового балансу. Теплові перехідні процеси. Режими роботи електроприводів. Навантажувальні діаграми електроприводів. Маховиковий електропривід. Методи еквівалентування режимів за нагріванням. Вибір двигунів за нагріванням, допустимим перевантаженням. Врахування кліматичних особливостей, агресивності середовища, конструкції механізму.


Література

1. Теорія електропривода / М.Г. Попович, М.Г. Борисюк, В.А. Гаврилюк та ін. – К.: Вища шк., 1993. – 494 с.

2. Піцан Р.М. Збірник задач до курсу «Електропривід» : навч.посіб. / Р.М. Піцан, В.Т. Бардачевський, Б.Г. Бойчук. – Львів: вид-во ДУ «Львівська політехніка», 1999.

3. Буртний В.В. Тиристорний електропривід постійного струму / В.В. Буртний, Л.Ф. Карплюк, Б.Я. Панченко. – Львів: вид-во НУ «Львівська політехніка», 2007 – 128 с.

4. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод / В.В. Москаленко. – М.: Энергоиздат, 1986.


● ^ Мікропроцесорні засоби та системи


Арифметичні основи мікропроцесорних

обчислювальних пристроїв

Системи числення: непозиційні і позиційні, двійкова та шістнадцяткова. Кодування двійкової інформації. Кодування десяткових чисел.

Логічні основи мікропроцесорних обчислювальних пристроїв

Логічні змінні і функції. Закони алгебри логіки. Перетворення булевих виразів.

Виконання арифметичних дій в обчислювальних пристроях

Представлення двійкових чисел форматом з фіксованою комою. Нормалізована форма представлення двійкових чисел.

Архітектура мікропроцесорів

Фон-Нейманівська архітектура мікропроцесорів. Гарвардська архітектура мікропроцесорів.

Програмування мікропроцесорного контролера

КР 580ИК80

Структура команд і їх розміщення в пам’яті. Команди переміщення даних і арифметичних та логічних операцій. Команди передачі керування.


Література

1. Костинюк Л.Д. Мікропроцесорні засоби та системи / Л.Д. Костинюк, Я.С. Паранчук, І.З. Щур – Львів: вид-во НУ «Львівська політехніка», 2002. – 200 с.

2. Лихтциндер Б.Я. Микропроцессоры и вычислительные устройства в радиотехнике : учеб. пособие / Б.Я. Лихтциндер, В.И. Кузнецов. – К.: Высш. шк., 1988.

3. Новиков Ю.В. Основи микропроцессорной техники / Ю.В. Новиков, Ю.П. Скоробогатов. – М.: ИНТУИТ, 2008. – 358 с.


● Елементи автоматизованого електропривода


Регулятори

Структурна схема і основні параметри ОП. Неінвертувальний підсилювач із зворотним зв’язком. Інвертувальний підсилювач із зворотним зв’язком. Типові схеми регуляторів на інвертувальному підсилювачі із зворотним зв’язком.

Давачі

Функціональні схеми давачів струму та напруги. Давачі швидкості. Давачі переміщення.

Узгоджувальні елементи

Емітерний повторювач. Фазовий детектор. Цифро-аналогові й аналогово-цифрові перетворювачі.

Задавальні елементи

Потенціометричний командоконтролер. Сельсинний командоконтролер. Задавачі інтенсивності.


Література

1. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода : учеб. для вузов / В.М. Терехов. – М.: Энергоиздат, 1987. – 224 с.

2. Елементи автоматизованого електропривода / М.Г. Попович, В.А. Гаврилюк, О.В. Ковальчук, В.І. Теряєв. – К.: УМК ВО, 1990. – 260 с.

3. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления / Ю.М. Келим. – М.: Форум: ИНФРА-М, 2002. – 384 с.


● Системи керування електроприводами


Класифікація систем керування електроприводами (СКЕП)

Вимоги до СКЕП. Основні функції, які виконують системи. Класифікація СКЕП. Принципи побудови СКЕП. Вибір апаратури керування. Панелі, блоки, пульти керування. Захист електроприводів.

Розімкнені системи керування

Загальні принципи побудови систем керування пуском, реверсом, гальмуванням у функції вихідних координат. Формування штучних характеристик електроприводів у розімкнених системах. Апаратура силова і оперативна.

Типові розімкнені схеми керування

пуско-гальмівними режимами електроприводів

з двигунами постійного струму

Схеми керування електроприводами з двигунами незалежного збудження, засоби захисту. Схеми керування електроприводами з двигунами послідовного і змішаного збудження. Системи електроприводів з широтно-імпульсними перетворювачами (ШІП). Основні принципи побудови і аналізу ШІП-ДПС. Реалізація ШІП на транзисторах і тиристорах.

Типові релейно-контакторні схеми керування

пуско-гальмівними режимами електроприводів

з двигунами змінного струму

Схеми керування електроприводами з асинхронними короткозамкненими двигунами. Магнітні пускачі. Системи «тиристорний регулятор напруги – асинхронний двигун». ТРН-Д-перетворювач частоти – асинхронний двигун. Засоби захисту. Схеми керування електроприводами з асинхронними двигунами з фазовим ротором. Формування штучних характеристик. Вибір пускових опорів і пускової апаратури. Схеми керування пуском і гальмуванням електроприводами з синхронними двигунами. Обертові і статичні збудники. Системи контролю за підсинхронною швидкістю. Контактні і безконтактні збудники. Засоби захисту.

Замкнені системи стабілізації

вихідних координат електроприводів

Основні показники роботи систем в статичних і динамічних режимах. Статична точність, діапазон і точність регулювання. Екскаваторні характеристики. Стабілізувальні і обмежувальні зв’язки. Основні структури систем стабілізації вихідних координат. Статичні і астатичні системи. Основні особливості побудови багатоконтурних систем. Системи з підпорядкованим регулюванням координат (СПР). Принципи «технічного оптимуму» і «симетричного оптимуму». Системи з паралельними з’єднанням регуляторів. Особливості побудови і роботи.


Замкнені системи стабілізації з двигунами постійного струму

Електропривід ТП-Д, керований двоконтурною СПР. Формування статичних СПР. Розрахунок контурів струму і швидкості. Одноразово інтегрувальна система. Визначення параметрів регуляторів. Статична точність і діапазон регулювання. Формування пуско-гальмівних характеристик. Задавачі інтенсивності. Двоконтурні астатичні СПР. Вибір типу і розрахунок параметрів регуляторів за умови «симетричного оптимуму». Динамічні і статичні характеристики. Системи двозонного регулювання координат системи електропривода ТП-Д. Розрахунок параметрів і вибір типу регуляторів струму збудження і ЕРС. Системи з зовнішнім зворотним зв’язком за напругою двигуна. Статичні і динамічні характеристики. Системи з регулюванням швидкості в другій зоні. Призначення контурів регулювання. Характеристики. Системи, які забезпечують реверс швидкості реверсом струму збудження двигуна. Статичні і динамічні характеристики. Зона неперервності і шляхи зменшення цієї зони. Підпорядковане регулювання координат електропривода за системою Г-Д з тиристорними збудниками електричних машин. Вибір кількості контурів регулювання. Розрахунок параметрів регуляторів. Використання зовнішніх зворотних зв’язків за напругою. Системи з паралельним регулюванням координат. Вибір типу регуляторів і розрахунок їх параметрів. Статичні і динамічні характеристики. Системи електроприводів з широтно-імпульсними перетворювачами. (ШІП). Застосування зворотних зв’язків за вихідними координатами і принципами побудови ШІП-ДПС. Динамічні і статичні характеристики. Комбіновані системи стабілізації вихідних координат.

Замкнені системи стабілізації вихідних координат

електроприводів з двигунами змінного струму

Основні положення побудови замкнених систем змінного струму. Формування статичних і динамічних характеристик. Скалярне, частотно-струмове, векторне керування двигунами змінного струму. Векторне керування з орієнтацією за потоком ротора. Пряме керування моментом. Давачі та естіматори змінних стану машин змінного струму. Системи, які здійснюють регулювання вихідних координат асинхронних двигунів змінної напруги статора. Система ТРН-АД. Схеми, характеристики. Системи з частотним керуванням електроприводами. Електроприводи з ланкою постійного струму і без ланки постійного струму – циклоконвертори. Системи з інверторами напруги і струму (АІН, АШС). Типові схеми. Системи з широтно-імпульсною модуляцією, реалізовані на транзисторах і тиристорах. Формування механічних характеристик. Системи дискретним керуванням в коло ротора асинхронного двигуна (ШІП в роторі АД). Схеми. Механічні характеристики. Системи приводів з подвійним живленням двигунів. Машинно-вентильні і асинхронно-вентильні каскади. Схеми замкнених систем. Механічні характеристики.

Позиційний і стежний електропривід

Особливості роботи. Типові схеми керування. Робота системи керування положенням у разі малих, середніх та значних переміщень. Розрахунок параметрів регуляторів. Регулятор з параболічною характеристикою. Типові вузли адаптації. Безпошукові і пошукові системи адаптації. Особливості роботи. Основні структури адаптивних електроприводів.


Література

1. Електромеханічні системи автоматичного керування та електроприводи / М.Г. Попович, О.Ю.Лозинський, В.В.Буртний та ін.; за ред. М.Г. Поповича, О.Ю. Лозинського. – К.: Либідь, 2005. – 679 c.

2. Терехов В.М. Системы управления электроприводов : учеб. / В.М. Терехов, О.И. Осипов. – М.: Академия, 2005. – 304 с.

3. Башарин А.В. Управление электроприводами / А.В. Башарин, В.А. Новиков, Г.Г. Соколовский. – М.: Энергоиздат, 1982. – 392 с.

4. Плахтина О.Г. Частотно-керовані асинхронні і синхронні електроприводи / О.Г. Плахтина, С.С. Мазепа, А.С. Куцик. – Львів: вид-во НУ «Львівська політехніка», 2002. – 226 с.


● Основи синтезу електромеханічних систем


Принципи побудови систем автоматичного керування

Системи автоматичного керування з послідовною та паралельною корекцією. Принципи побудови математичної моделі електропривода ТП-Д як об’єкта регулювання. Матрицево-векторне представлення об’єкта керування.

Синтез перехідних функцій контурів

електромеханічних систем

Синтез контурів електромеханічної системи за модульним оптимумом. Аналіз статичних характеристик однократно інтегрувальних СПР. Синтез контурів електромеханічної системи за симетричним оптимумом. Синтез астатичної позиційної СПР. Синтез ЕМС методом узагальненого характеристичного полінома. Синтез регуляторів двомасових систем.


Принципи модального керування

Синтез систем модального керування. Поняття про спостерігачі. Синтез спостерігача двомасової системи керування швидкістю. Побудова спостерігача зниженого порядку. Синтез спостерігача двомасової позиційної системи.


Література

1. Марущак Я.Ю. Основи синтезу електромеханічних систем з послідовним та паралельним корегуванням : навч. посіб. / Я.Ю. Марущак. – Львів: вид-во НУ «Львівська політехніка», 2005. – 216 с.

2. Акимов Л.В. Системы управления электроприводами постоянного тока с наблюдателями состояния : навч. посіб. / Л.В. Акимов, В.Т. Долбня, В.И. Колотило. – Х.: ХГПУ, 1998. – 107 с.

3. Попович М.Г. Теорія автоматичного керування : підруч. / М.Г. Попович, О.В. Ковальчук. – К.: Либідь, 1997.