Индивидуальные домашние задания и самостоятельная работа по курсу «Теория автоматического управления».
(Краткие методические указания по программе и заданиям.)
Материал, курса, включенный в домашнее задание для закрепления практических навыков.
Весь курс «теории автоматического управления, в соответствии с ГОС и стандартом ТПУ, разделен на три взаимоувязанные части.
Первая из них включает знакомство слушателя с контуром автоматического управления, его основными элементами: объектом управления элементом сравнения и управляющим устройством, классификацией и терминологией, применяемой при описании контура. Здесь также рассматриваются основные законы управления, и современные тенденции создания управляющих устройств, в состав которых органически входит микропроцессор. Наряду с этим в этом разделе на практических занятиях основной задачей ставится задача выделения в принципиальной схеме машины: станка с ЧПУ, робота, гидравлического или пневматического клапана, автомата для сварки и др. основных блоков контура управления. Одновременно, на практических занятиях в этой части курса ставится задача составления исходных уравнений контура управления.
Следует, при самостоятельном изучении курса руководствоваться приведенным выше пояснением и изучить соответствующие разделы [2] и [3].
Вторая часть курса посвящена методам теоретического и экспериментального изучения и исследования контура управления. Основной упор здесь уделяется непрерывным линейным системам. Причем, учитывая специфику описания линейных систем, основное внимание здесь обращается на описание систем с помощью передаточных функций. Так как данный раздел опирается на теорию функций комплексного переменного, с которым студенты машиностроительного профиля знакомятся в соответствии с учебным планом в ограниченном объеме, то здесь в декларативной форме вводится преобразование Лапласа, его основные свойства и правила формального перехода из дифференциальных уравнений к передаточным функциям. В теоретической части курса также подробно рассматриваются основные правила преобразования структурных схем. Особое внимание обращается на изучение элементарных звеньев и их характеристик.
Практические занятия по данному разделу преследуют цель научить студентов к осознанному преобразованию структурной схемы замкнутого контура. Ставится задача нахождения эквивалентных звеньев, взамен преобразовываемых, таких чтобы они включали, в основном, только известные элементарные звенья, соединенные последовательно. В таком случае существенно упрощается анализ свойств отдельных звеньев и блоков управления по разомкнутому контуру системы.
Данный раздел вынесен также в самостоятельную индивидуальную домашнюю работу, в которой требуется выполнить преобразование исходной, структурной схемы замкнутой системы. При этом каждое звено исходной системы задается в виде базовых элементарных звеньев имеющих либо простые обратные связи, либо соединены параллельно или перекрестно. Результаты преобразования исходной, структурной схемы в обязательном порядке предоставляются на проверку, после которой получает данные для выполнения второй части самостоятельной работы по определению свойств заданного контура.
При самостоятельном изучении курса необходимо руководствоваться приведенным выше пояснением и изучить соответствующие разделы [2] и [3], а также рассмотреть самостоятельно ряд примеров из [6] [7].
Третья часть курса посвящается анализу свойств замкнутого контура управления, а именно: устойчивости быстродействию и точности. На простых примерах, с использование свойств преобразования структурных схем, вводится понятие об общем коэффициенте усиления разомкнутого контура и связи этого коэффициента с точностью системы. Рассматриваются методы оценки быстродействия системы по частотным характеристикам разомкнутой системы. Основное внимание в данной части курса уделяется усвоению материала, связанного с оценкой устойчивости замкнутого контура управления. Здесь рассматриваются основные виды поведения решений дифференциальных уравнений замкнутого контура управления, вводится понятия об особых точках на фазовой плоскости и условия устойчивости линейных систем. Далее рассматриваются основные алгебраические и частотные критерии устойчивости линейных непрерывных систем.
На практических занятиях в этом разделе для простых случаев рассматривается первоначально корневой метод оценки устойчивости замкнутой системы, далее критерий Гурвица с различными модификациями для анализа поведения системы при варьировании параметрами системы. Из частотных критериев рассматривается применение критерия Михайлова и Найквиста. Решаются задачи на определение запасов устойчивости по модулю и фазе и расположение этих зон на плоскости амплитудно-фазовых частотных характеристик и на стандартной логарифмической сетке.
Как и в предыдущих случаях при самостоятельном изучении курса необходимо руководствоваться приведенным выше пояснением и изучить соответствующие разделы [2] и [3], а также рассмотреть самостоятельно ряд примеров из [6] [7].
В обязательное индивидуальное домашнее задание во вторую часть вынесены вопросы определения устойчивости заданной системы с использованием критериев Гурвица, Михайлова и Найквиста. Последний из критериев рекомендуется использовать после построения суммарной логарифмической амплитудной и частотной характеристик.
Вопросы, подлежащие рассмотрению в индивидуальном домашнем задании.
Произвести преобразование заданной структурной схемы таким образом, чтобы разомкнутый контур содержал линейную последовательно соединенную цепь звеньев. Каждое звено этой цепи должно быть сведено к некоторому элементарному звену и стандартному виду. Параметры такого приведенного звена должны быть выражены через параметры исходных звеньев преобразуемого участка исходной, структурной схемы.
Найти выражение для суммарной передаточной функции разомкнутой системы, в которой выходом системы считать сигнал (переменную) в точке размыкания. С использованием свойств звеньев с обратной связью найти передаточные функции замкнутой системы относительно выхода (см. выше) и относительно ошибки, и определить характеристический полином системы.
Примечание:
Все параметры полиномов числителей и знаменателей, входящие в выражения соответствующих передаточных функций должны быть выражены через параметры исходных звеньев заданной структурной схемы. Цифровые значения выбрать самим для построений характеристик!!!!
Определить устойчивость замкнутой системы с использованием критериев Гурвица и Михайлова. Найти границу устойчивости в плоскости параметров системы.
Построить асимптотические логарифмические частотные характеристики для отдельных звеньев преобразованной структурной схемы и путем их суммирования построить общую логарифмическую и фазовую характеристики. При построении использовать справочную или учебную литературу для уточнения поправок к асимптотическим характеристикам. При выполнении этой части задания рекомендуется использовать вычислительные устройства и доступные программные средства.
Определить устойчивость системы по критерию Найквиста с использованием полученных частотных характеристик и определить запасы по фазе и амплитуде, или требуемое изменения интегральных параметров системы для обеспечения устойчивости системы.
Задание выдается индивидуально на установочной лекции и включает дополнительно обязательные индивидуальные консультации - собеседования в период сессии.
Образец индивидуального домашнего задания
Примечание: К8=1
№ варианта |
№ звена |
1: |
2: |
3: |
4: |
5: |
6: |
7: |
А0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
А1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
А2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
А3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
А4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
А5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
А6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
А7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
А8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
А9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3.0 Перечень рекомендуемой литературы:
Основная:
Егоров К.В. Основы теории автоматического управления. М: Энергия, 1974. 453с.
Теория автоматического управления./Под ред. А.А. Воронова, часть 1 - М: Высшая школа, 1986. 380с - Есть другие годы 1998..2004
Теория автоматического управления./Под ред. В.П. Нетушила, М: Высшая школа, 1978.- часть 1, 423с
Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Протопопов С.П. и др. Адаптивное управление технологическими процессами. М.: Машиностроение, 1980. 413с.
Сборник задач по теории автоматического управления и регулирования./ Под ред. В.А. Бессекерского, М: Наука, 1978. 587с.
Ю.И. Топчеев, А.П. Цыпляков. Задачник по теории автоматического регулирования. М: Машиностроение, 1977. 589с.
Теория автоматического управления //под ред. В.Б.Яковлева.- М: Высшая школа, 2003. 566с.
Дополнительная:
Основы автоматизации управления производством./Под ред. И.М. Макарова, м: Высшая школа, 1983. 367с.
Емельянов С.В., Коровин С.К. Новые типы обратной связи: Управление при неопределенности. - М.: Наука. Физматлит, 1997.-352с.
Афанасьев В.Н., Колмановский В.Б., Носов В.Р. Математическая теория конструирования систем управления. М: ВШ, 1998.573с.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины:
Комплект индивидуальных домашних заданий и краткие методические рекомендации по выполнению индивидуального задания (около 100 заданий).
Пакет программ для построения частотных характеристик систем построенных с использованием элементарных звеньев (со встроенными пояснениями и методическими указаниями), размещенных на сервере кафедры \\Pit1\D:\Tp\Tau.- или \\Pit3\C:\Valoda\Tp\Tau дистрибутивы.
Пакет программ для иллюстрации действия различных законов управления для объекта второго порядка - там же.
Пакет программ - заготовок для моделирования с пояснительным текстом об их использовании - там же.
Примечание: номера звеньев 1:,2:,3:,4:,5:,6:,7:,8:, - в порядке следования на схеме, звено 8: - коэффициент k=1 !!! Цветом выделено то, с чем прошу ознакомится или рекомендую выполнить.