50

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф.Решетнёва»

Теория автоматического управления

Электронное издание

Утверждено редакционно-издательским советом СибГАУ

в качестве методических указаний

по выполнению контрольной работы

для студентов направления подготовки 15.03.04

«Автоматизация технологических процессов и производств»,

профиля «Автоматизация технологических процессов и производств в химической отрасли» заочной формы обучения

Красноярск, 2016

Теория автоматического управления: Методические указания

по выполнению контрольной работы для студентов направления

подготовки 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», профиля «Автоматизация технологических процессов и производств в химической отрасли», заочной формы обучения /Г.И.Чмых.

– Красноярск: СибГАУ, 2016.- 50 с.

Составитель: доцент Чмых Г.И.

Рецензент: канд. физ.-мат. наук, доцент Вопилова Л.В. (научно-методический совет СибГТУ)

Авторская редакция

© ФГБОУ ВО «СибГАУ», 2017

Содержание

Введение…………………………………………………………………..4

1 Общие указания к выполнению контрольной работы ………………7

2 Задание 1………………………………………………….......................8

2.1 Условие задачи……………………………………………………8

2.2 Методические указания…………………………………………..9

3 Задание 2…………………………………………………….…............11

3.1 Условие задачи…………………………………………………..11

3.2 Методические указания…………………………………………12

4 Задание 3……………………………………………………………….21

4.1 Условие задачи…………………………………………………..21

4.2 Правила преобразования структурных схем………………….25

4.3 Критерий устойчивости Рауса………………………………….26

4.4 Методические указания…………………………………………28

5 Задание 4……………………………………………………………….28

5.1 Условие задачи………………………………………………….28

5.2 Выделение областей устойчивости с помощью D-разбиения.30

5.3 Методические указания………………………………………...32

Библиографический список ……………………………………………33

Приложение А(обязательное) Ключевые слова……………………….34

Приложение Б (обязательное) Определение передаточной функции 35

Приложение В (обязательное) Построение частотных характеристик……………………………………………………………35

Приложение Г (справочное) Условные обозначения в структурных схемах…………………………………………….………………………41

Приложение Д (справочное) Правила преобразования структурных схем………………………………………………………………………42

Приложение Е (обязательное) Преобразование структурной схемы и анализ устойчивости по критерию Рауса……………….…..................44

Приложение Ж (обязательное) D-разбиение плоскости одного параметра………………………………………………………………..47

Приложение З (обязательное)Контрольные вопросы………………...48

Введение

Современное промышленное производство отличается непрерывной интенсификацией производственных процессов, что, как правило, ведет к усложнению функций управления как отдельными технологическими процессами, так и предприятием в целом. Развитие вычислительной техники, достижения в области математики, кибернетики, экономики существенно расширяют возможности создания новых высокоэффективных производственных процессов и методов управления ими. Вследствие этого специалисты самых различных профилей сталкиваются с необходимостью использования в своей научной и практической деятельности теории и методов проектирования систем автоматического регулирования управления.

Теория автоматического управления является одной из важнейших технических дисциплин общего применения. Она дает основную теоретическую базу для исследования и проектирования любых автоматических и автоматизированных систем во всех областях техники.

Изучение данного курса базируется на учебном материале следующих дисциплин: «Математика» (линейная алгебра, последовательности и ряды, дифференциальное и интегральное исчисление, преобразования Лапласа и Фурье, дифференциальные уравнения, операционное исчисление, численные методы, функции комплексного переменного, теория вероятностей и математическая статистика, вариационное исчисление), «Физика» (физические основы механики, физика колебаний и волн, электричество и магнетизм), «Общая электротехника и электроника» (теория линейных электрических цепей, переходные процессы в линейных электрических цепях и методы их расчета, переходные процессы в нелинейных цепях), «Информатика», «Программирование и основы алгоритмизации», «Теоретическая механика» ( динамика и элементы статики, обобщенные координаты системы, дифференциальные уравнения движения механической системы в обобщенных координатах, понятие об устойчивости равновесия, свободные колебания механической системы).

Курс «Теория автоматического управления» используется при изучении специальных дисциплин: «Моделирование систем», «Технические средства автоматизации», «Проектирование систем управления». «Автоматизация технологических процессов и производств».

В межсессионный период студенты изучают вопросы программы курса самостоятельно путем проработки разделов программы по рекомендуемой литературе, выполнения контрольной работы и курсового проекта. Преподаватели кафедры, ведущие дисциплину, в период между сессиями оказывают индивидуальные устные и письменные консультации.

Эффективность работы во время сессии и ее результаты в большой степени зависят от самостоятельной работы студентов в межсессионный период.

Цель преподавания дисциплины «Теория автоматического управления» заключается в формировании у студентов знаний и умений в области анализа и синтеза систем автоматизации и управления.

Курс предусматривает изучение фундаментальных принципов управления; основных видов систем автоматического управления и регулирования; математического описания с помощью дифференциальных уравнений, передаточных функций, временных и частотных характеристик, структурных схем систем автоматического управления; задач и методов анализа и синтеза линейных непрерывных и дискретных систем управления, нелинейных систем управления; задач и методов оптимального и адаптивного управления.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны знать:

-основные понятия теории управления;

-принципы построения, структуру и алгоритмы функционирования систем автоматического управления и регулирования;

-линейные непрерывные модели и характеристики систем управления: дифференциальные уравнения, передаточные функции, временные и частотные характеристики;

-типовые звенья систем автоматического управления и их характеристики;

-основные свойства линейных систем автоматического управления: устойчивость, чувствительность, управляемость и наблюдаемость;

-методы анализа и критерии устойчивости линейных систем автоматического регулирования;

-качество переходных процессов и методы его оценки;

-задачи и методы синтеза линейных систем управления;

-линейные дискретные модели систем управления;

-методы анализа и синтеза дискретных систем;

-нелинейные модели систем управления;

-методы линеаризации нелинейных моделей;

-методы исследования нелинейных систем управления;

-понятия оптимального и адаптивного управления;

уметь:

-составлять математическое описание систем автоматического управления и регулирования;

-осуществлять анализ устойчивости и качества переходных процессов систем автоматического регулирования;

-выбирать структуры и схемы автоматических систем управления;

-выполнять синтез автоматических систем регулирования;

-синтезировать законы и алгоритмы оптимального управления объектами.

Задачей методических указаний является помощь в овладении навыками практического применения полученных теоретических знаний по составлению математических моделей линейных систем автоматического управления.

Контрольная работа является обязательной для студентов заочной формы обучения. На нее отводится 18 часов (0,5 зачетных единиц) самостоятельной работы.

Целью контрольной работы является закрепление полученных в ходе лекционных занятий и самостоятельной работы теоретических знаний и практическое освоение методов математического описания и построения характеристик непрерывных линейных систем управления.

Выполнение контрольной работы позволит развить следующие профессиональные компетенции согласно ФГОС ВО 15.03.04 по направлению подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств»:

- способность собирать и анализировать исходные информационные данные для проектирования средств и систем автоматизации, участвовать в работах по расчету и проектированию средств и систем с использованием современных информационных технологий, методов и средств проектирования (ПК1);

- способность аккумулировать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт в области автоматизации технологических процессов и производств (ПК18);

- способность участвовать в работах по моделированию средств и систем автоматизации (ПК19).

В методических указаниях приведены задания, методические указания по выполнению, рассмотрены примеры решения типовых задач и теоретический материал по темам контрольной работы.