2

Федеральное АГЕНТСТВО ПО образованию

ГОУ ВПО «ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Управляющие и вычислительные системы»

ТЕОРИИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ

Методические указания

к лабораторному

практикуму

Факультет: электроэнергетический

Специальность: 140604 – дневное отделение

ВОЛОГДА

2009

УДК 621.865.8(03)

Теория автоматического управления: Методические указания к лабораторному практикуму.- Вологда: ВоГТУ, 2009.- 56 с.

Методические указания к лабораторному практикуму по курсу «Теория автоматического управления» предназначены для студентов дневного отделения специальности 140604.

Включены лабораторные работы для изучения линейных и нелинейных систем автоматического управления с применением моделирования на ЦВМ.

Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ.

Составитель: В.Н.Бакаев, канд.техн.наук, доц. кафедры УВС.

Рецензент: В.В. Реутов, канд.техн.наук, зав. кафедрой

электротехники ВоГТУ

Введение

Лабораторный практикум предназначается для практической проверки основных положений теории автоматического управления (ТАУ), закрепления у студентов теоретических знаний, получение навыков работы с вычислительной техникой при проведении анализа и синтеза систем автоматического управления (САУ).

Объем лабораторного практикума предусматривает:

• ознакомление с типовыми схемами и устройствами САУ, получение передаточных функций отдельных звеньев и САУ в целом, теоретическое и экспериментальное построение частотных характеристик на линейной, логарифмической и комплексной плоскостях;

• теоретический и экспериментальный анализ устойчивости и качества регулирования с построением переходного процесса;

• анализ особенностей и экспериментальные исследования работы нелинейных САУ;

• моделирование САУ на ЦВМ с использованием пакетов прикладных программ и поучение частотных характеристик по виду пе­редаточной функции САУ.

Лабораторный практикум проводится в дисплейном классе ВЦ, при этом каждый студент выполняет свой вариант индивидуально.

Выполнению лабораторной работы предшествует самостоятельная проработка программы работы, теоретические расчеты, ответы на вопросы, приведенные в конце каждой работы.

Выполнение части лабораторных работ связано с постановкой серий модельных экспериментов с использованием средств вычислительной техники. Необходимые модельные эксперименты могут быть поставлены на различных средствах вычислительной техники. В условиях ВоГТУ, в частности, могут быть использованы дисплейные классы. При проведении лабораторного практикума на их базе следует использовать пакеты прикладных программ для моделирования непрерывных процессов: СSSE, Callisto, PsPise, Matcad, Matlab, CLASSIC, SyAn и др. Эти пакеты предназначены для исследования динамических свойств объектов, описываемых в виде структурных схем или систем дифферен­циальных уравнений, заданных в форме Коши.

Следует иметь в виду, что в лабораторных работах требуются два вида модельных экспериментов, первый из которых связан с опре­делением реакций элементов и систем на различные виды входных воздействий. Их постановка достаточно проста, так как в лабораторном практикуме используются только те элементы, описание которых входит в библиотеку стандартных функций пакетов. Успешное выполнение эк­спериментов этого типа требует правильного выполнения трех подза­дач:

• задания параметров элементов;

• правильного описания структуры;

• правильного выбора конечного времени расчета, шага интегрирования, шага вывода на печать.

Для правильного выбора последних необходима предварительная оценка времени протекания и характера переходного процесса по теоретиче­ски построенным частотным характеристикам. Конечное время расчета следует выбирать равным (1.2¸1.3)t_пп, где t_пп – время переходного процесса. Шаг интегрирования выбирается в зависимости от параметров входящих в САУ звеньев и вида входного воздействия. Для пакета Callisto следует выбирать шаг интегрирования из условия получения не более 200 выходных точек (t_пп / шаг интегрирования).

Второй вид эксперимента связан с построением частотных харак­теристик элементов и систем. Алгоритм такого эксперимента должен повторять алгоритм натурного эксперимента.

На вход модели элемента или разомкнутой системы следует поо­чередно подавать гармонические сигналы единичной амплитуды и раз­личных частот, определять которые следует по теоретически постро­енной л.а.х. таким образом, чтобы на каждый участок с типовым наклоном приходилось не менее двух точек.

Следует иметь в виду, что при подаче на вход объекта гармонического сигнала, на его выходе появляются две составляющие - сво­бодная и вынужденная. Поэтому для определения координат точки частотной характеристики амплитуду и фазу выходного сигнала следует определять после окончания действия свободной составляющей (т.е. время расчета принять не менее 3Т, где Т=2p/w).

Амплитуда гармонического сигнала на выходе звена или системы опре­делит ее статический коэффициент передачи на заданной частоте w. А разница во времени максимумов входной и выходной величин, выраженная в угловых величинах входной частоты, определит фазовый сдвиг на ф.ч.х.