Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Калужский филиал

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

(национальный исследовательский университет)»

(КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Ю.П. Корнюшин

Исследование динамики, устойчивости и качества систем автоматического управления

Лабораторный практикум

по дисциплине «Основы управления в технических системах»

Калуга, 2019

УДК 621.5.681.3

Лабораторный практикум составлен в соответствии с учебным планом КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана по направлению подготовки 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств»

Лабораторный практикум рассмотрен и одобрен:

- кафедрой «Системы автоматического управления и электротехника» (ИУ3-КФ)

протокол № ___ от ___ ___________ 2019 г.

Заведующий кафедрой ИУ3-КФ ______________ к.т.н., доцент Мельников Д.В.

- методической комиссией факультета ИУК

протокол № ___ от ___ ___________ 2019 г.

Председатель метод. комиссии факультета ИУК __________ к.т.н., доцент Адкин М.Ю.

- методической комиссией КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана

протокол № ___ от ___ ___________ 2019 г.

Председатель метод. комиссии _______________________ д.э.н., профессор Перерва О.Л.

Рецензент ___________ доцент кафедры ИУ2-КФ, к.т.н. Максимов А.В.

Автор _______________ профессор кафедры ИУ3-КФ, д.т.н., профессор Корнюшин Ю.П.

Аннотация

Лабораторный практикум содержат необходимые сведения для выполнения лабораторных работ по исследованию динамики, устойчивости и качества объектов и систем автоматического управления в среде MATLAB. Приведены теоретические положения, варианты заданий и вопросы для собеседования.

 КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019 г.

 Корнюшин Ю.П., 2019 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 6

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 7

1. Теоретическая часть 8

1.1 Математические модели непрерывных линейных систем 8

1.2 Математическое описание систем с помощью ДУ 9

1.3 Операторная передаточная функция 10

2. Практическая часть 13

3. Порядок проведения работы 15

Эксперимент №1. Моделирование пропорционального звена 16

Эксперимент №2. Моделирование интегрирующего звена 17

Эксперимент №3 Моделирование апериодического звена первого порядка. 18

Эксперимент № 4. Моделирование интегрирующего звена второго порядка 19

Эксперимент № 5. Моделирование консервативного звена 20

Эксперимент № 6. Моделирование колебательного звена 21

Эксперимент № 7 Моделирование дифференцирующего звена первого порядка. 22

Задание на выполнение лабораторной работы 24

Содержание отчёта. 24

Вопросы для собеседования 24

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 26

1. Теоретическая часть 27

1.1 Нахождение оригиналов функций по их изображениям 27

2. Практическая часть 29

Пример 1 29

Пример 2 31

Пример 3 33

Пример 4 34

Задание на выполнение лабораторной работы 36

Содержание отчёта 38

Вопросы для собеседования 39

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 40

1. Теоретические сведения 41

1.1 Одноконтурная замкнутая система управления 41

1.2 Типовые соединения звеньев одномерной системы управления 41

2. Практическая часть. 47

Задание на выполнение лабораторной работы 48

Содержание отчёта 51

Вопросы для собеседования 51

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 52

1 Теоретическая часть 53

1.1 Временные характеристики линейных систем управления 53

1.2 Представление входного сигнала в виде совокупности простых составляющих 54

1.3 Реакция системы на произвольное входное воздействие. Интеграл Дюамеля (частный случай интеграла Коши) 56

2. Практическая часть 58

2. 1. Вычисление временных характеристик 58

2.2. Определение реакции системы на произвольное входное воздействие 61

2.3. Исследование свободного и вынужденного движения системы 61

Задание на выполнение лабораторной работы 63

Содержание отчёта 67

Вопросы для собеседования 67

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5 69

1. Теоретические сведения 70

1.2 Частотные характеристики цепочки последовательно соединенных звеньев 75

2. Практическая часть 78

Задание на выполнение лабораторной работы 79

Содержание отчёта 85

Вопросы для собеседования 86

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 87

1. Теоретическая часть 88

1.1 Алгебраические критерии 90

1.2 Критерий устойчивости Гурвица (алгебраический) 91

1.3 Частотные критерии устойчивости 92

Задание на выполнение лабораторной работы 97

Содержание отчета 101

Вопросы для собеседования 101

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 103

1. Теоретическая часть 104

2. Практическая часть 108

Задание на выполнение лабораторной работы 110

Содержание отчёта 114

Вопросы для собеседования 114

литература 116