МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
СУМСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра енергетики в АПК
Теоретичні основи автоматики
Конспект лекцій
Суми 2015
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
СУМСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра енергетики в АПК
Теоретичні основи автоматики
Конспект лекцій
для студентів 3 та 1 с.т. курсів
з напряму підготовки
«Енергетика та електротехнічні системи в агропромисловому комплексі»
6.100101 - Для денної та заочної форми навчання
Суми 2015
УДК
Укладач: Гімпель Вікторія Володимирівна
Конспект лекцій з дисципліни «Теоретичні основи автоматики» для студентів ОКР «Бакалавр» денної та заочної форм навчання за напрямом підготовки 6.100101 - «Енергетика та електротехнічні системи в агропромисловому комплексі». – Суми: Сумський НАУ, 2015. - 92 с.
Конспект лекцій призначений студентами, що навчаються за навчальним планом освітньо-кваліфікаційного рівня «Бакалавр». Для студентів денної та заочної форм навчання напрямку підготовки 6.100101 «Енергетика та електротехнічні системи в агропромисловому комплексі».
Рецензенти:
Шандиба О.Б., к.т.н., завідувач кафедри охорони праці Сумського національного аграрного університету.
В'юненко О. Б., к.е.н., доцент кафедри кібернетики та інформатики Сумського національного аграрного університету.
Рекомендовано до видання методичною радою навчально - наукового інженерно - технологічного інституту Сумського національного аграрного університету. Протокол №____ від “___”_______ _ 2015 р.
© Сумський національний аграрний університет, 2015
ЗМІСТ
Вступ……………………………………………………………………………………………6
Лекція 1. Вступ. Загальні поняття про системи автоматичного керування……..….6
1.1 Загальні відомості та визначення теорії систем автоматичного керування……….6
1.2 Класифікація елементів, що входять до складу систем автоматичного керування…………………………………………………………………………………………7
1.3 Приклади САК………………………………………………………………………....8
Лекція 2. Основні принципи автоматичного керування………………………………...….…11
2.1 Принцип керування за збуренням………………………………………………..…11
2.2 Принцип керування за відхиленням…………………………………………..…….12
2.3 Принцип комбінованого керування…………………………………………...…….13
Лекція 3. Класифікація систем автоматичного керування (САК) за алгоритмом функціонування та іншими ознаками………………………………………..………………16
Класифікація систем автоматичного керування за алгоритмом функціонування...................................................................................................................16
Класифікація систем автоматичного керування за властивостями в усталеному режимі, за характером зміни величин, що визначають роботу окремих елементів системи, та в залежності від способу настроювання параметрів систем автоматичного керування………………………………………………………………………………..…16
Лекція 4. Опис систем автоматичного керування…………………………………...……21
Опис функціональних елементів і систем автоматичного керування…………...21
Опис елементів в статичному режимі…………………………………………...…21
Опис елементів в динамічному режимі…………………………………….……....22
Перехідна функція……………………………………………………………..…….22
4.5 Передаточна функція…………………………………………………………..……..23
Лекція 5. Представлення динаміки систем автоматичного керування типовими динамічними ланками………………………………………………………...………………..25
Типові динамічні ланки та їх характеристики…………..…………………………25
Позиційні динамічні ланки…………………………………………...……………..25
Інтегруюча ланка………………………………………………………...………….30
Диференціюючи ланки……………………………………………………...………32
З’єднання лінійних ланок…………………………………………………..……….34
Структурні схеми та їх перетворення…………………………………...…………36
Лекція 6. Стійкість систем автоматичного керування та методи її оцінювання..…37
6.1 Стійкість лінійних систем автоматичного керування……………………………..37
6.2 Критерії стійкості…………………………………………………………….………38
6.3 Запаси стійкості………………………………………………………………..……..42
6.4 Якість роботи автоматичних систем керування……………………………...…….43
Лекція 7. Якість систем автоматичного керування у перехідному та усталеному режимах. Корекція даних систем…………………………………………………….……..49
7.1 Показники якості систем автоматичного керування………………………………49
7.2 Корекція систем автоматичного керування…………………………………..…….56
Лекція 8. Елементи систем автоматичного керування…………………………………57
8.1 Датчики систем автоматичного керування……………………………………..…..58
8.2 Підсилювально – перетворювальні елементи систем автоматичного керування..65
8.3 Виконувальні елементи систем автоматичного керування………………………..67
Лекція 9. Пристрої задавання, порівняння та засоби відображення інформації…...…70
9.1 Пристрої задавання та порівняння…………………………………………………..70
9.2 Аналогово - цифрові перетворювачі………………………………………………..71
9.3 Цифро-аналоговий перетворювач………………………………………………..…73
9.4. Засоби відображення інформації………………………………………………...…74
Лекція 10. Елементи та пристрої дискретної дії…………………………………...……78
10.1 Електромеханічні пристрої…………………………………………………………78
10.2 Логічні пристрої (елементи)………………………………………………………..80
10.3 Принципи побудови схем……………………………………………………….….82
Лекція 11. Виконавчі елементи систем автоматики……………………………………84
11.1 Електромагнітні виконавчі елементи (соленоїдні)……………………………….84
11.2 Електродвигунні виконавчі елементи……………………………………………..85
11.3 Вибір виконавчих механізмів………………………………………..……………..86
Лекція 12. Автоматичні регулятори………………………………………………….……86
12.1 Класифікація автоматичних регуляторів…………………………………….……86
12.2 Типові структури регуляторів………………………………………………..…….87
12.3 Вибір регуляторів……………………………………………………………..…….89
Список використаних джерел………………………………………..………………...……90
ВСТУП
Основні задачі дисципліни випливають з її ролі в системі безперервної підготовки студентів з енергетики, відповідно до вимог професійної підготовки дисципліна «Теоретичні основи автоматики» розглядає основні відомості з аналізу та синтезу систем автоматики, а також використання даних систем, які в подальшому розвиваються і поглиблюються в спеціальних дисциплінах.
Мета вивчення дисципліни: Дисципліна «Теоретичні основи автоматики» належить до спеціальних профілюючих дисциплін і забезпечує формування знань та вмінь фахівців з енергетики необхідних для кваліфікованого обслуговування агропромислового виробництва і є базовою в структурі професійно-орієнтовних дисциплін за напрямом 6.100.101 «Енергетика та електротехнічні системи в агропромисловому комплексі». Науковою основою даної дисципліни є теорія автоматичного керування. Технічною базою – системи автоматичного керування.
Завдання:
Основними завданнями вивчення дисципліни “Теоретичні основи автоматики” є формування знань, умінь та навичок із технічних засобів автоматики, аналізу та синтезу технічних систем автоматичного керування з детермінованими і стохастичними вхідними та збурюючими впливами, а також методи досліджень нелінійних систем. Основні задачі дисципліни випливають з її ролі в системі безперервної підготовки студентів з енергетики, відповідно до вимог професійної підготовки дисципліна «Теоретичні основи автоматики» розглядає основні відомості з аналізу та синтезу систем автоматики, а також використання даних систем, агропромисловому комплексі, які в подальшому розвиваються і поглиблюються в спеціальних дисциплінах.
В лекційній частині головна увага приділяється вивченню основних законів та принципів автоматичного керування. Особливості конструкції систем автоматичного керування вивчаться на лабораторно-практичних заняттях та самостійно (при індивідуальній роботі).
При викладанні дисципліни забезпечується системний підхід, впроваджуються методи активного навчання.
У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен:
знати:
- визначення і термінологію теорії автоматичного керування;
- властивості і характеристики елементів систем автоматичного керування;
- основні принципи побудови систем автоматичного керування;
- методи аналізу і синтезу систем автоматичного керування.
вміти:
- складати всі види схем автоматизації;
- робити обґрунтований вибір засобів автоматизації;
- аналізувати роботу систем автоматичного регулювання;
- синтезувати системи автоматичного керування із заданими показниками якості роботи.