Министерство образования и науки Российской Федерации
Алтайский государственный технический университет
им И. И. Ползунова
Г.Е. Левшин Управление техническими системами
Учебное пособие
Изд-во АлтГТУ
Барнаул 2006
УДК 621. 74: 681. 51: 658. 52
Левшин Г.Е. Управление техническими системами: учебное пособие /Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд–во АлтГТУ, 2006 – 114 с. ISBN
Учебное пособие написано в связи с отсутствием учебника по курсу «Управление техническими системами». Является вторым исправленным и дополненным изданием. Предназначено для студентов литейных специальностей всех форм обучения. Может быть полезно и студентам других машиностроительных специальностей направления подготовки 651400-Машиностроительные технологии и оборудование (рег. номер 515 тех/дс от 16.03.01 г.).
Рецензенты:
Ю.С. Ворона, к.т.н., профессор;
А.А. Багаев, д.т.н., профессор
ISBN
Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова, 2006
Г.Е. Левшин, 2006
Оглавление
1. Введение....................................................................................................7
1.1. Теория автоматического управления как теоретическая
основа современных производственных процессов..............................7
1.2. Краткая история развития автоматического управления и
его современное состояние......................................................................7
1.3. Структура технической кибернетики...............................................9
1.4. Оценка системы автоматического управления (САУ)
информационными критериями.............................................................11
2. Основные понятия и определения автоматического управления......13
2.1. Объект автоматического управления и его
кибернетическая модель......................................................................13
2.2. Понятие о статических характеристиках объекта
управления.............................................................................................15
2.3. Понятие об устойчивом, неустойчивом и нейтральном объекте управления...............................................................................................16
3. Задачи автоматического управления и принципы регулирования....18
3.1. Задачи управления...........................................................................18
3.2. Принципы регулирования...............................................................19
3.2.1. Принцип регулирования по отклонению управляемой величины...............................................................................................19
3.2.2. Принцип регулирования по возмущению...............................19
4. Системы автоматического регулирования...........................................20
4.1. Общая структурная схема регулятора............................................20
4.2. Системы автоматического регулирования с замкнутой и разомкнутой цепью воздействия...........................................................22
4.3. Одноконтурные и многоконтурные системы. Одномерные и многомерные системы.........................................................................23
4.4. Регуляторы прямого действия........................................................23
4.5. Регуляторы непрямого действия.....................................................23
4.6.Регуляторы непрерывного и прерывистого (дискретного) действия....................................................................................................26
5. Стабилизирующие, программные, следящие и самонастраива-ющиеся регуляторы....................................................................................27
5.1. Стабилизирующий регулятор.........................................................27
5.2. Программный регулятор..................................................................27
5.3. Следящий регулятор или следящая система.................................28
5.4. Экстремальный регулятор, или самонастраивающаяся (адаптивная) система..............................................................................29
6. Статическое и астатическое регулирования........................................30
6.1. Регулированием со статической характеристикой………………30
6.2. Регулированием с астатической характеристикой………………31
7. Сводная классификация систем регулирования и управления..........31
8. Режимы и характеристики работы САР и САУ...................................31
8.1. Установившийся режим...................................................................31
8.2. Фактор устойчивости.......................................................................33
8.3. Неустановившийся режим...............................................................33
8.4. Понятие о переходных процессах..................................................34
9. Элементы и звенья САУ, их передаточная функция...........................35
9.1. Понятие об элементах и звеньях САУ...........................................35
9.2. Основы математического описания САУ…………………..…....36
9.3. Передаточная функция элемента САУ и его структурная
схема.........................................................................................................46
9.4. Временные характеристики динамических звеньев.....................48
9.4.1. Временной характеристикой звена………………………...…...48
9.4.2. Переходной функцией звена…………………………………….49
9.4.3. Функцией веса (или импульсной переходной функцией) звена………………………………………………………………………...49
9.5. Частотные характеристики динамических звеньев......................50
9.6. Логарифмические частотные характеристики линейных
звеньев.....................................................................................................51
9.7. Типовые динамические звенья и их характеристики...................52
9. 8. Структурные схемы САУ и их преобразования……………...…55
9.8.1. Понятие о структурной схеме САУ…………………………….55
9.8.2. Преобразование структурных схем……………………………..56
9.9. Применение графов для отображения САУ……………………...57
9.10. Синтез корректирующих устройств……………………………..59
9.10.1. Назначение корректирующих устройств…………………...…59
9.10.2. Включение корректирующих звеньев…………………………59
9.10.3 Корректирующие звенья последовательного типа (или последовательная коррекция) ………………………………………….…….61
9.10.4. Согластно-параллельные корректирующие звенья…………..66
9.10.5. Встречно-параллельные корректирующие звенья -обратные связи (ОС)……………………………………………………………….66
9.11. Нелинейные модели непрерывно - дискретных систем управления (НДСУ)……………………………………………………………...69
9.11.1. Типы НДСУ……………………………………………………..69
9.11.2. Основные логические функции в дискретных САУ………….70
9.11.3. Логические элементы и устройства…………………………...73
10. Чувствительные (измерительные) элементы (датчики)....................75
10.1. Основные факторы выбора типа датчика....................................75
10.2. Классификация датчиков...............................................................75
10.3. Датчики температуры низкотемпературные...............................76
10.3.1. Термометры расширения........................................................76
10.3.2. Манометрические термометры..............................................76
10.3.3. Термометры сопротивления...................................................76
10.4. Высокотемпературные датчики....................................................77
10.4.1. Яркостные оптические пирометры........................................77
10.4.2. Радиационные пирометры......................................................78
10.4.3. Цветовые пирометры..............................................................78
10.5. Датчики давления (разрежения) газов и жидкостей...................78
10.5.1. Классификация датчиков........................................................78
10.5.2. Жидкостные приборы.............................................................79
10.5.3. Пружинные датчики................................................................80
10.5.4. Поршневые приборы...............................................................80
10.5.5. Комбинированные...................................................................81
10.5.6. Электрический датчик теплового вакуумметра...................81
10.6. Датчики давления твердых тел.....................................................82
10.6.1. Пьезоэлектрические датчики.................................................82
10.6.2. Тензометрические датчики (тензорезисторы)......................82
10.6.3. Магнитоупругие датчики........................................................83
10.7. Датчики расхода жидкости и газа.................................................83
10.7.1. Тахометрические (скоростные) датчики...............................84
10.7.2. Объемные счётчики.................................................................84
10.7.3. Расходомеры обтекания (ротаметры)....................................84
10.7.4. Расходомеры переменного уровня.........................................84
10.7.5. Ультразвуковые расходомеры................................................84
10.7.6. Электромагнитные (индукционные) расходомеры..............86
10.7.7. Расходомеры переменного перепада давления.....................85
10.8. Датчики перемещения...................................................................85
10.8.1. Потенциометрические датчики..............................................85
10.8.2. Индуктивные датчики.............................................................85
10.8.3. Емкостные датчики.................................................................86
10.9. Датчики уровня...............................................................................86
10.9.1. Фотоэлектрические датчики...................................................86
10.9.2. Радиоактивные датчики..........................................................87
10.10. Датчики скорости вращения.......................................................87
10.10.1. Тахогенераторы постоянного тока.......................................87
10.10.2. Тахогенераторы переменного тока......................................88
10.10.3. Механический датчик............................................................88
10.11. Газоанализаторы...........................................................................88
11. Усилительные элементы (усилители).................................................89
11.1. Механические усилители..............................................................90
11.2. Гидравлические и пневматические усилители............................90
11.2.1. Гидроусилитель с золотниковым управлением....................90
11.2.2. Усилитель с управлением от струйной трубки.....................91
11.2.3. Усилитель с управлением типа "сопло-заслонка"................91
11.3. Электрические усилители..............................................................92
11.3.1. Электромашинные усилители................................................92
11.3.2. Магнитный усилитель.............................................................93
11.3.3. Электронные, ионные и полупроводниковые (транзис-торные) усилители...............................................................................94
12. Исполнительные элементы...............................................................95
13. Регулирующие элементы..................................................................97
Приложения………………………………………………….….............98
П.1. Характеристики основных динамических звеньев САУ……98
П.2. Правила структурных преобразований…………...…….......106
П.3. Алгебра W(s). Соответствие структурных схем графам…..108
П.4. Электронные регуляторы…………………………………….110
Литература.................................................................................................113