Национальный технический университет Украины

" ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ "

Кафедра

Автоматизация теплоэнергетических процессов

ОСНОВЫ

ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Конспект лекций для студентов специальности "Автоматизированное управление технологическими процессами и производствами "

заочной формы обучения

Киев 1999

Основы теории автоматического управления : Конспект лекций для студентов специальности "Автоматизированное управление технологическими процессами и производствами " заочной формы обучения / Сост. Батюк Г.С.  Бунь В.П., оформители Марцинковский А.О.,

Чумакова Н.В. - Киев: НТУУ " КПИ " , 1999 - 140 с.

Составители Г.С. Батюк

В.П.Бунь

Ответственный редактор Ю.М.Ковриго

Рецензент В.И. Першин

Изложены основы теории линейных непрерывных и дискретных автоматизированных систем управления технологическими процессами в объеме  предусмотренном программой курса ТАУ для студентов специальности АСУТП и П заочной формы обучения. Рассмотрены некоторые методы анализа линейных непрерывных и дискретных АСР. Приведены краткие сведения по определению настроечных параметров нелинейных АСР с двухпозиционными регуляторами и регуляторами с постоянной скоростью исполнительного механизма.

Кафедра АТЭП рекомендует конспект лекций студентам заочной формы обучения в качестве учебного пособия по курсу ТАУ.

НТУУ "КПИ"

1999

Содержание

ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Часть 1 Линейные непрерывные аср

1. Основные сведения из динамики АСР…………………………………………... 8

   1. Переходный процесс в АСР……………………………………………………….. 8

   2. Устойчивость АСР……………………………………………………………….….. 9

   3. Принцип суперпозиции. Типовые возмущения………………………………… 10

2. Применение преобразований Лапласа в ТАУ………………………………….. 13

   1. Прямое и обратное преобразование Лапласа…………………………….…... 13

   2. Основные теоремы преобразования Лапласа…………………………….…... 14

   3. Передаточная функция……………………………………………………………. 15

   4. Переходный процесс в АСР………………………………………………………. 16

3. Динамические характеристики АСР……………………………………………… 17

   1. Комплексная частотная функция………………………………………………… 17

   2. Переходная функция……………………………………………………………….. 18

   3. Весовая функция……………………………………………………………………. 19

4. Типовые звенья АСР………………………………………………………………... 20

   1. Введение……………………………………………………………………………… 20

   2. Безынерционное звено…………………………………………………………….. 20

   3. Идеальное дифференцирующее звено…………………………………….…… 21

   4. Идеальное интегрирующее звено………………………………………………... 22

   5. Апериодическое звено первого порядка……………………………………..…. 24

   6. Реальное дифференцирующее звено………………………………………..…. 25

   7. Инерционные звенья второго порядка………………………………………..… 26

   8. Общие свойства типовых звеньев…………………………………………….…. 29

   9. Звено транспортного запаздывания…………………………………………….. 30

   10. Типовые соединения звеньев…………………………………………………….. 32

5. Основные свойства типовых объектов регулирования………………………. 35

   1. Статические и астатические объекты регулирования………………………... 35

   2. Экспериментальные определения временных динамических

характеристик объектов регулирования………………………………………… 37

3. Определение передаточной функции объекта регулирования

по его экспериментальной переходной функции……………………………... 38

1. Статический объект регулирования …………………………………………….. 38

2. Астатический объект регулирования……………………………………………. 44

1. Основные линейные законы регулирования………………………………….... 48

   1. Закон регулирования……………………………………………………………….. 48

   2. Простейшие законы регулирования……………………………………………... 48

   3. Законы регулирования с коррекцией по интегралу и производной………… 49

      1. Корректирующая обратная связь………………………………………………… 49

      2. Пропорционально-интегральный закон регулирования……………………… 51

      3. Пропорционально-интегрально-дифференциальный закон

регулирования……………………………………………………………………….. 53

7. Структурные схемы и передаточные функции АСР…………………………… 55

   1. Одноконтурная АСР ……………………………………………………………….. 55

   2. Многоконтурная АСР……………………………………………………………….. 57

8. Астатизм АСР………………………………………………………………………… 59

   1. Порядок воздействия………………………………………………………………. 59

   2. Коэффициенты ошибки. Порядок астатизма АСР…………………………….. 59

   3. Структурные условия астатизма…………………………………………………. 61

9. АСР с компенсацией возмущения………………………………………………... 64

10. Устойчивость аср…………………………………………………………………… 66

    1. Переходный процесс в АСР. Устойчивые и неустойчивые АСР……………. 66

    2. Необходимые условия устойчивости……………………………………………. 66

    3. Критерии устойчивости…………………………………………………………….. 67

10.3.1. Алгебраический критерий устойчивости Гурвица…………………………….. 67

10.3.2. Частотный критерий устойчивости Найквиста для

статических систем………………………………………………………………... 68

10.3.3. Частотный критерий устойчивости Найквиста для

астатических систем -ого порядка астатизма……………………………….. 68

4. Влияния параметров АСР на ее устойчивость.

Критический коэффициент передачи………………………………………….. 70

10. Оценка качества АСР……………………………………………………………… 72

11.1. Прямые показатели качества переходных процессов

в замкнутой АСР………………………………………………………………….. 72

2. Корневые показатели качества АСР…………………………………………… 73

3. Интегральные критерии качества АСР………………………………………… 73

4. Типовые процессы регулирования…………………………………………….. 75

5. Частотные критерии качества АСР…………………………………………….. 76

   1. Запас устойчивости по модулю и фазе………………………………………... 76

   2. Частотный показатель колебательности……………………………………… 77

11. Расчет настроек линейных непрерывных одноконтурных АСР ………….. 79

1. Определение оптимальных настроек линейных

одноконтурных АСР по АФХ объекта регулирования……………………… 79

1. Условие оптимальности………………………………………………………….. 79

2. Графо-аналитический расчет настроек АСР по показателю

колебательности………………………………………………………………….. 80

3. Графо-аналитический расчет настроек АСР

по запасу устойчивости по модулю и фазе…………………………………… 87

4. Определение оптимальных настроек АСР

с помощью расширенных АФХ объекта регулирования…………………… 92

5. Переходные процессы (процессы регулирования)

в замкнутой АСР…………………………………………………………………... 97