Курс лекций по дисциплине "Основы автоматики и системы автоматического управления" (ОА САУ) 3

1 Лекция №1. Вступление 3

1.1 Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе. 3

1.2 История развития САУ 4

1.3 Основные определения и термины 5

1.4 Принцип обратной связи 6

1.5 Система и ее среда 7

2 Лекция №2 Постановка задачи управления технологическими процессами производства РЭС 9

3 Лекция №3 Решение задачи управления 11

4 Лекция №4 СВЕДЕНИЯ О ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ АВТОМАТИКИ. 14

4.1 Сравнение биологических и технических систем управления. 14

4.2 Классификация технических задач управления 16

4.3 Элементы системы автоматического управления технологическими процессами 18

4.4 Устройства измерения параметров технологических процессов 20

5 Лекция №5 Вторичные приборы 22

5.1 Усилительные устройства. 24

5.2 Требования к усилителям: 25

5.2.1 Полупроводниковые усилители. 25

5.2.2 Тиристорные усилители. 25

5.2.3 Магнитные усилители. 26

5.2.4 Электромашинные усилители. 27

5.3 Исполнительные устройства. 27

5.4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕОРИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ 29

6 Лекция №6 Математическое описание линейных систем автоматического управления технологического процесса модели 30

6.1 Классификация систем 30

6.2 Принцип суперпозиции 31

6.3 Стационарные и нестационарные системы 31

6.4 Уравнения динамических систем 32

6.5 Передаточные функции 32

6.6 Передаточные функции для ошибки по воздействию. 33

6.7 Передаточная функция для ошибки по помехе. 34

6.8 . Частотные функции 35

6.9 Физический смысл частотной характеристики 35

6.10 Логарифмические частотные характеристики (ЛЧХ) 36

6.11 Функции Грина в теории систем автоматического управления 36

6.12 Понятие функции Грина 37

6.13 Типовые звенья САУ. 38

6.14 Типовые передаточные функции САУ. Статические и астатические системы. 39

6.15 Элементарные звенья и их характеристики (типовые звенья). 40

6.16 Основные типовые звенья. 40

7 Устойчивость линейных стационарных систем. 42

7.1 Понятие устойчивости 42

7.2 Устойчивость по входу 43

7.3 Характеристическое уравнение. 43

7.4 Необходимое и достаточное условие устойчивости. 44

7.5 Условие строгой реализуемости передаточной функции 44

7.6 Алгебраические критерии устойчивости. 44

7.6.1 Доказательство теоремы 45

7.7 Критерий устойчивости Гурвица. (Гаусса – Гурвица) 45

7.7.1 Формулировка критерия Гурвица 46

7.8 Критерий Льенара 46

7.9 Критерий устойчивости Рауса. 47

8 Лекция №8 Частотные критерии устойчивости. 48

8.1.1 Критерий Михайлова. 48

8.2 Анализ устойчивости типовых структур. 51

8.3 Понятие запаса устойчивости по амплитуде и фазе. 52

8.3.1 Влияние звена чистого запаздывания на устойчивость. 53

9 Лекция № 9. Основы анализа линейных стационарных САУ. 56

9.1 Постановка задачи. 56

9.2 Показатели качества переходного процесса. 57

9.3 Интегральные показатели качества. 59

10 Лекция №10 Анализ точности работы линейной системы автоматического управления 61

10.1 Случайные процессы в линейных стационарных системах 62

11 Лекция №11. Полигауссовы модели случайных воздействий и методы их анализа. 64

11.1 Дифференцирующее звено. 66

11.2 Средняя квадратическая ошибка системы: 67

12 Лекция №12 Синтез линейных стационарных систем. 70

12.1 Проектирование САУ 70

12.2 Синтез линейных систем методом частотных характеристик 71

13 Лекция №13. Расчет передаточных функций корректирующих устройств 75

14 Лекция № 14. СИНТЕЗ СИСТЕМ С НЕПОЛНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ О ВХОДНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ. 78

14.1 Ограничение суммарной ошибки 79

15 Лекция № 15 сИНТЕЗ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИ СЛУЧАЙНЫХ ВХОДНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ. 85

15.1 Синтез системы при заданной структурной схеме. 86

16 ЛЕКЦИЯ 24. Синтез оптимальных систем. 90

Курс лекций по дисциплине "Основы автоматики и системы автоматического управления" (оа сау)

1Лекция №1. Вступление

1.1Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе.

1.1. Целью преподавания дисциплины является ознакомление студентов с современными методами анализа, проектирования и моделирования систем автоматического управления (САУ), применяемых в различных по назначению радиотехнических устройствах и производственных процессах радиоэлектронных средств.

1.2. Задачами изучения дисциплины является приобретение студентами знаний, необходимых для глубокого понимания теоретических и практических задач технического, экономического и организационного характера, возникающих при создании САУ. Дисциплина основана на применении классических операционных, суперпозиционных и спектральных методов, а также методов статистической теории и методов описания САУ в пространстве состояний и др. В курсе изучаются вопросы теории непрерывных, дискретных линейных, нелинейных стационарных и нестационарных САУ, а также даются сведения об оптимальных САУ. Излагаются методы анализа и синтеза САУ при заданных требованиях по точности в установившихся и переходных режимах работы. В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

• методы анализа и синтеза САУ в установившихся и переходных режимах при стандартных входных воздействиях;

• методы оценки устойчивости линейных и нелинейных непрерывных и дискретных САУ;

• статистические методы анализа и синтеза САУ при случайных входных воздействиях;

• классические (операторные и спектральные) методы и современные (на основе пространства состояний) методы коррекции динамики САУ;

• методы построения законов управления и их реализация на ЭВМ, исходя из требований устойчивости и точности САУ;

• основные критерии оптимизации САУ в условиях реально существующих ограничений;

• методы синтеза САУ, оптимальных по заданному критерию.

• Наряду с полученными знаниями студенты должны уметь:

• представлять процесс (закон) управления в виде структуры (совокупности типовых динамических звеньев);

• оценить характеристики и параметры САУ в соответствии с заданными требованиями по точности;

• выбирать структуру корректирующего алгоритма (устройства) в соответствии с существующими возможностями его технической реализации;

• осуществить анализ устойчивости САУ;

• рассчитать точные характеристики (статистические и динамические ошибки) САУ;

• оценить требуемые параметры динамики работы вычислителя на предмет ее технической реализуемости, произвести выбор управляющих ЭВМ из числа существующих.

1.2История развития сау

Под влиянием потребностей автоматизации управления технологическими процессами и подвижными объектами в 40-х и 50-х годах теория систем автоматического управления интенсивно развивалась. Эта прикладная теория стала предметом изучения во многих технических вузах. До сих пор она остается основным инструментом проектирования систем управления технологическими процессами и подвижными объектами.

В инженерной теории управления решались задачи управления "в малом" и "в большом". Управление в малом означает следующие. Оптимальная программа изменения режимов технологического процесса, движения объекта, выраженная в задающих воздействиях, считалась известной. Она определялась на стадии проектирования с привлечением различного рода знаний или практического опыта.

Задача управления заключалась в выполнении этой программы, стабилизации программного движения.

Таким образом, предметом теории управления "в малом" являлось решение множества частных задач на каждом этапе технологического процесса. Увязка всех этих задач производится на стадии проектирования на основе априорной информации с помощью методов, внешних по отношению к данной теории. Это был первый этап. Основы которого были заложены А. Стодолой, Д. К. Максвеллом.

Второй этап. Развитие методов математики и вычислительной техники в конце 50-х и в начале 60-х годов позволило сформировать более общие принципы теории управления. Это сделали известные ученые Л. С. Понтрягин, Р. Беллман и Р. Кальман. Ими были заложены основы современной теории управления.

На этом этапе были введены следующие понятия и результаты: Описание движения в фазовом пространстве, принцип максимума, динамическое программирование, функциональный анализ и прочие. Рассматривались адаптивные и самонастраивающиеся системы управления.

Наиболее удовлетворительное определение современной теории САУ получается, если в основу положить требования научно-технического процесса, современной и перспективной автоматизации.

В связи с этим управление "в большом" означает управление, осуществляемое в реальном масштабе времени и является центральной проблемой современной теории автоматического управления. Это фундаментальная проблема порождает ряд крупных задач и методов их решения. При этом используется математическая модель объекта управления не только в процессе проектирования, но и в процессе функционирования модели. Эта теория потребовала постановку и решение следующей задачи. Анализ, синтез, измерение, идентификацию линейных, нелинейной систем, изучение детерминированных и стохастических процессов, оценивание параметров и других крупных проблем.

Классическую теорию САУ в основном создавали инженеры для инженеров. Современную теорию САУ создают математики для инженеров.

В последнее время все большой мере теорию управления создают математики для математиков. Это с точки зрения практики вызывает определенное беспокойство.

Прикладная теория САУ должна, прежде всего, учитывать информационные и энергетические закономерности и ограничения, проявляющиеся при создании реальных САУ.

В настоящее время теория САУ является сформировавшейся научной и инженерной дисциплиной. Она непрерывно развивается и внедряется в различные области науки и техники. Огромный вклад в создание современной теории САУ внесли А. Н. Колмогоров, Н. Винер, В. Вольтерра. Работы этих ученых были развиты В. С. Пугачевым. В КАИ с момента его создания велись интенсивные разработки в области теории САУ. В этой области в настоящее время работают В. М. Мотросов (ныне президент академии нелинейных наук), Т. К. Сиразетдинов, Скимель-оше. Ю. В. Кожевников, Г. Л. Дегтярев и другие.