19

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет

Кафедра систем автоматического управления и бортовых вычислительных комплексов

Воловодов С.К.

« Теория автоматического управления »

Воловодов С.К.

СПб

2009

Содержание

№	содержание	стр
1	Принципы построения и классификация САУ
2	Статические характеристики элементов и их линеаризация
3	Динамические модели САУ. Пример модели силового привода
4	Оператор системы. Линейные и нелинейные опереаторы
5	Теория линейных непрерывных систем. Характеристики линейных систем. Единичная импульсная функция
6	Весовые функции линейных систем
7	Реакция системы на показательное воздействие. Передаточная функция системы
8	Определение передаточной функции с помощью весовой функции
9	Определение передаточной функции с помощью преобразования Лапласа
10	Частотная характеристика системы
11	Элементарные стационарные линейные звенья
12	Структурные схемы САУ
13	Элементы автоматических систем
14	Правила преобразования передаточных функций сложных систем
15	Метод логарифмических частотных характеристик
16	Логарифмические частотные характеристики элементарных звеньев
17	Дискретные линейные системы
18	Амплитудно-импульсные системы. Дискретное преобразование Лапласа
19	Линейные разностные уравнения
20	Передаточные функции импульсных систем
21	Устойчивость линейных стационарных систем
22	Алгебраические критерии устойчивости
23	Частотные критерии устойчивости
24	Устойчивость дискретных линейных систем
25	Точность САУ. Влияние астатизма системы на точность
26	Повышение астатизма системы
27	Коэффициенты ошибок. Расчет точности при полиномиальных воздействиях
28	Точность при гармонических воздействиях
29	Переходные процессы. Аналитические способы построения
30	Приближенные частотные способы оценки качества переходных процессов
31	Корневые методы оценки качества переходных процессов
32	Интегральные оценки качества переходных процессов
33	Синтез корректирующих устройств САУ методом ЛАХ
34	Статистические характеристики случайных сигналов
35	Спектральная теория случайных процессов
36	Параметрическая оптимизация систем со случайными сигналами
37	Структурный синтез систем со случайными сигналами.
	Литература

Введение

Предмет дисциплины «Теория автоматического управления » составляют системотехнические принципы построения этих систем и общие подходы к их проектированию на основе методов ТАУ (метод функций Ляпунова, методы теории оптимального управления для различных критериев и т.д.) и сопутствующих вычислительных процедур. Дисциплина читается для гр.3470 в осеннем семестре 4-го курса, в осеннем –экзамен.

Объекты морской техники (ОМТ):

- надводные и подводные, водоизмещающие ОМТ, многообъектные комплексы для проведения поисковых работ на шельфе и в океане, кабель-тросы, трубопроводы и т.д.(допускают позиционирование);

- объекты с динамическими принципами поддержания (позиционирование обычно невозможно);

- понятие ОМТ включает в себя как одиночные объекты, так и их совокупности.

ГОСТ 19176-85 «Системы управления техническими средствами корабля (ОМТ). Термины и определения» определяет систему управления техническими средствами ОМТ

как «функционально и конструктивно законченное изделие, обеспечивающее управление техническими средствами ОМТ» - СУ ОМТ (СУ МПО).

СУ ОМТ – это система управления техническими средствами (исполнительными устройствами) ОМТ, которые обеспечивают постоянство или изменение по заданному закону кинематических параметров движения, характеризующих положение ОМТ в заданной системе линейных и угловых координат, а также скорость их изменения.

Разные типы ОМТ имеют различные системы управления. Тем не менее, СУ ОМТ имеют структурную общность обусловленную тем, что во всех случаях управляемым объектом является твердое тело, движущееся в воде, воздухе или на границе раздела водной и воздушной среды.

В общем случае система управления ОМТ включает в себя управляемый объект(ОМТ), исполнительные органы (активного или пассивного типа, которых должно быть достаточно для обеспечения требуемых режимов движения), датчики измерения кинематических параметров движения (линейные и угловые, включая наблюдатели для неизмеряемых координат) и вычислительные комплексы, обеспечивающие формирование сигналов управления исполнительными органами.

Синтез алгоритмов работы вычислительного комплекса, выбор числа и схемы размещения исполнительных устройств, построение измерительного комплекса составляют основные задачи проектирования СУ ОМТ, для решения которых привлекаются методы оптимального управления, математического моделирования, методы проектирования вычислительных сетей.

В значительной мере решение этих задач зависит от условий функционирования ОМТ.

Поэтому важным является построение математических моделей движения ОМТ в условиях ветро-волновых возмущений, необходимых для решения задач синтеза.

Литература

1.Ю.А.Лукомский, В.С.Чугунов. Системы управления морскими подвижными объектами. Л.Судостроение.1988.272с.

2.Пантов Е.Н.,Махин Н.Н., Шереметов Б.Б. Основы теории движения подводных аппаратов. Л.Судостроение.1973. 216с.

3. Автоматические подводные аппараты. М.Д.Агеев, Б.А.Касаткин и др. Л.Судостроение. 1981. 224с.

4. Основы автоматического управления. Под ред. В.С.Пугачева. М.Наука.1968. 679 с.

5. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.Наука. 1966.

6. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления. Под редакцией Бесекерского В.А. М. Наука. 1969.

Основные понятия и определения

Объект управления, цели управления,

Управление, регулирование, автоматическое управление (Guidance and control),

Управляющее устройство,

Автоматическая система (САУ, САР).

Воздействия и сигналы

Внешнее воздействие,

Управляющее воздействие,

Задающее воздействие,

Выходные (управляемые, регулируемые) координаты ОУ,

Возмущающее воздействие,

Ошибка управления.

Элементы и звенья САУ

Функциональный элемент (блок),

Измерительный элемент (блок),

Усилительно-преобразовательный элемент,

Исполнительный элемент (блок),

Корректирующий элемент (блок),

Закон управления,

Динамические звенья, статические звенья.

Принципы построения САУ и их классификация

1. Управление по разомкнутому циклу, рис.1.

Рис.1

2. Управление по замкнутому циклу, рис.2.

y

Рис.2

3. Комбинированное управление.

Основные признаки классификации САУ

По назначению: системы автоматической стабилизации (дин. позиционирование - задающее воздействие постоянно), системы программного управления (задающее воздействие - заданная траектория), следящие системы (траектория заранее неизвестна).

По принципу управления (см.выше).

По характеру используемых сигналов: непрерывные, дискретные (импульсные, релейные).

По характеру используемой информации: с жестким законом управления, с адаптивным законом управления (системы с автоподстройкой, самообучающиеся и т.п.)

По характеру моделей: линейные, нелинейные, стохастические, нестационарные и т.п.

По количеству выходных регулируемых координат: одномерные, многомерные.

Классификация элементов САУ

По функциональному назначению: измерительные, усилительно-преобразовательные, исполнительные, корректирующие.

По виду используемой энергии: электрические, механические, гидравлические, пневматические, комбинированные.

По способам получения информации: активные, пассивные.

По поведению в статическом режиме: статические, астатические.

Стандартные схемы САУ

Измерительные элементы, усилительно-преобразовательные, силовые исполнительные, схемы соединения.

Математические модели САУ

Уравнения динамики с большим числом степеней свободы.

Пример одностепенного привода.

Статические характеристики элементов САУ

Характеристика является аналитической функцией, если непрерывна и имеет во всех точках непрерывные производные (в противном случае – не аналитическая).

Статическим называется элемент, у которого при постоянном входном воздействии на выходе устанавливается постоянное значение.

Линейным статическим безынерционным элементом (ЛСЭ) называется элемент, статическая характеристика которого имеет вид

(1)

Астатическим называется элемент, у которого при постоянном входном сигнале, выходной сигнал растет с пост. скоростью, ускорением и т.п.

Уравнение ЛСЭ в приращениях

, , , (2)

Параллельное соединение однонаправленных статических элементов

, , . (3)

Последовательное соединение однонаправленных элементов:

, . (4)

Линеаризация нелинейных статических характеристик

Метод малых отклонений

Пусть функция , рис.3 разложима в ряд Тейлора

, (5)

где соответствует параметрам установившейся работы.

Рис.3

Для малых отклонений :

или . (6)

при . (7)

Все процессы рассматриваются в зоне малых отклонений.

Пример. Линеаризовать уравнение статической характеристики множительного элемента относительно точки .

. (8)

Тогда

. (9)

Метод осреднения, Рис.4

Рис.4

Коэффициент наклона подбирается из условия минимального интеграла (площади) модуля (или квадрата) ошибки ( в заданном диапазоне изменения .