ОСНОВЫ ТЕОРИИ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Часть 2
Методические указания к лабораторным работам
Министерство образования и науки Украины
ОДЕССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ
Кафедра ТАУ и ВТ
ПОПОВСКИЙ А.Ю.
ОСНОВЫ ТЕОРИИ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Часть 2
Методические указания для выполнения лабораторных работ
Утверждено кафедрой ТАУ и ВТ
в качестве методических указаний
к лабораторным работам по дисциплине
«Теория автоматического управления»
для направления подготовки 0925
«Автоматизация и компьютерно-
интегрированные технологии»
от 09.098.2008г., протокол №3.
ОДЕССА 2009
ББК 39.42-05
П58
УДК 662-551
«Основы теории автоматического управления. Часть 2.» [Текст] : методические указания для выполнения лабораторных работ/ Поповский А.Ю. – Одесса ОНМА, 2009, 84 с.
Методические указания содержат описания лабораторных работ по дисциплине ТАУ. В них рассмотрены вопросы исследования основных характеристик специальных систем автоматического управления – нелинейных, дискретных и оптимальных. Моделирование процессов предлагается проводить в рамках компьютерного пакета Matlab.
Одесская национальная морская академия, 2009
Введение
Во второй части методических указаний рассмотрены задачи, относящиеся к анализу особенностей работы, расчету и настройке нелинейных, импульсных, оптимальных и адаптивных систем автоматического управления (САУ).
При выполнении комплекса лабораторных работ необходимо изучить:
методы расчета нелинейных систем второго порядка на фазовой плоскости;
метод гармонической линеаризации для описания автоколебательного движения в нелинейных системах;
процессы в системах с переменной структурой (представляемых как квазирелейные);
исследовать устойчивость и принципы настройки импульсных систем (как дискретных САУ);
ознакомиться с работой оптимальных и квазиоптимальных систем;
рассмотреть методы реализации адаптивных САУ с эталонной моделью и экстремальных самонастраивающихся систем.
Разумеется, для расчета САУ применимы различные средства автоматизации расчетов и повышения производительности моделирования. Анализ с помощью аналоговых моделей, который из-за простоты сборки сменных электронных блоков и наглядности процедуры моделирования ранее рассматривался как основной в процессе обучения, к настоящему времени сильно снизил свою привлекательность. Дело в том, что простые по структурной идее схемы требуют времени и навыков для сборки и наладки, на точность и воспроизводимость результатов расчета существенно влияет дрейф параметров электронных блоков, нестабильность работы усилительных элементов и генераторов, а, кроме того, усложнена процедура последующей фиксации результатов моделирования на бумажном или электронном носителе.
Поэтому более перспективным представляется использование возможностей цифровой компьютерной техники. Вместе с тем, программирование в рамках традиционных языков высокого уровня (даже при наличии готовых программ) уводит процесс обучения в сторону от понимания сути процессов, которые протекают в моделях САУ. Это обусловило преимущественное использование в настоящее время различных пакетов компьютерной математики, которые обеспечивают возможности имитационного моделирования САУ непосредственно по их структурной схеме. Одним из наиболее перспективных (но неединственным! – достаточно назвать VISSIM, МВТУ, SIAM, SAMSIM,COMPASS и др.) представляется пакет Matlab-Simulink.
Работы, представленные в этом разделе, рекомендуется выполнять с помощью пакета Matlab-Simulink. Для улучшения усвоения материала и повышения интенсивности процесса обучения предусмотрено использование заранее созданных S-моделей рассматриваемых систем, настройку и расчет которых (при различных исходных условиях) предстоит выполнять обучаемым. В этих моделях совокупности элементарных звеньев объединены в маскированные подсистемы, для которых требуется лишь установить необходимые численные значения параметров, а также использована унифицированная цветовая гамма для повышения наглядности. Совокупность «заготовок» S-моделей совместно с описанием содержания лабораторных работ и заданий к ним представляет собой единый учебно-методический комплекс.
При выполнении лабораторных работ, с использованием заранее созданных S-моделей, следует помнить, что виртуальные самописец и осциллограф используются для визуализации и предварительного анализа результатов моделирования, а для оформления результатов нужно использовать массивы результатов, сохраненных в памяти. Однако, эти блоки требуют предварительной дополнительной настройки. Пределы осей двухкоординатного самописца должны быть выбраны так, чтобы график представляемой траектории занимал всю плоскость самописца, а время моделирования и шаг решения (Simulation/Configuration parameters/Max step size) должны выбираться так, чтобы можно было увидеть в деталях (и с необходимой точностью!) всю кривую переходного процесса или фазовую траекторию.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ
МЕТОДОМ ФАЗОВОЙ ПЛОСКОСТИ