Министерство образования и науки Украины

Национальная Металлургическая Академия Украины

А.П. Егоров, В.Б. Зворыкин, Г.С. Щербина

"Теория автоматичекого управления. Линейные системы"

Учебное пособие по дисциплине

«Теория автоматического управления»

Утверждено на заседании Ученогосовета НМетАУ протокол № от г.

Днепропетровск, 2014

УДК 658.5.12.011.56 (07)

Учебное пособие. "Теория автоматичекого управления. Линейные системы". По дисциплине: «Теория автоматического управления» для студентов направления 0925 - автоматизация и компьютерные технологии. / Сост.: А.П. Егоров, В.Б. Зворыкин, Г.С. Щербина - Днепропетровск: НМетАУ, 2014, 143 с.

Излагаются сведения по анализу и синтезу линейных автоматических систем управления (АСУ) Рассматриваются наиболее распространенные методы синтеза с применением вычислительной техники, которые обеспечивают выполнение заданных требований к качеству.

Приведены варианты задач для выполнения лабораторных работ, список рекомендованной литературы.

Составители: А.П. Егоров, канд. техн. наук, доц.; В.Б. Зворыкин, канд. техн. наук, доц.; Г.С. Щербина, канд. техн. наук, доц.

Ответственный за выпуск А.П. Егоров, канд. техн. наук, доц.

Рецензенты: Куваев В.Н., доктор технических наук, главный научный сотрудник Национального горного университета.

Ериванцев И.М., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автоматики и электротехники Государственного высшего учебного заведения «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры»

Печатается в авторской редакции по решению Ученого совета нМетАу, протокол № 10 от 18.12.2009 г.

Введение

Сложность современного производства, разнообразие машин, агрегатов и технологических процессов, особые условия, в которых они протекают, увеличение скоростей обработки материалов и повышение требований к качеству готовой продукции делают во многих случаях невозможным управление агрегатами без систем автоматизации, так как человек не в состоянии быстро и эффективно реагировать на множество факторов, влияющих на ход процессов.

Обще направление комплексной автоматизации и механизации - создание автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) на основе применения широкой номенклатуры измерительных устройств, мини - и микро-ЭВМ, интегрированного управления.

При создании АСУ ТП возникает ряд взаимосвязанных задач, в решении которых необходимое участие технологов, механиков, математиков и других специалистов. Отсюда вытекает важность знания основ теории автоматического управления.

Проблема обеспечения необходимых свойств автоматических систем довольно сложна. В ней могут быть выделенные, прежде всего, следующие частные задачи:

• обеспечение стойкости (стабилизация);

• повышение запаса стойкости (демпфирование);

• повышение точности регулирования в установившихся режимах (уменьшение и устранение статической ошибки воспроизведения заданного воздействия, уменьшение или устранение влияния возмущений);

• улучшение переходных процессов (увеличение быстродействия, максимальное снижение динамических ошибок обусловленных управляющими и возмущающими воздействиями).

Иногда, несколько частных задач могут быть решенные совместно, в других случаях они оказываются противоречивыми. В зависимости от назначения системы и требований одни задачи становятся основными, а другие отходят на второй план или снимаются. Любая система автоматического регулирования должна быть устойчивой. Однако запас устойчивости в системах стабилизации (с постоянным или часто изменяющимся управляющим воздействием) может быть значительно меньше, чем в следящей системе (с непрерывно или часто изменяющимся управляющим воздействием). Если параметры объекта управления определены приближенно или могут изменяться в процессе эксплуатации системы, то необходим больший запас устойчивости, чем при точно установленных и неизменных параметрах.

В системе стабилизации обеспечивается максимально возможное или хотя бы необходимое уменьшение влияния возмущений. В следящих системах, кроме того, обеспечиваются необходимое быстродействие для уменьшения как статических, так и динамических ошибок воспроизведения заданного воздействия.

Когда стойкость и необходимое качество не могут быть достигнуты простым изменением параметров системы (коэффициентов передачи, постоянных времени отдельных звеньев), тогда эта задача решается введением в систему регуляторов с определенной структурой и параметрами.

Поэтому центральной задачей теории автоматического управления является достижение необходимого качества регулирования. Систематизация и обобщение накопленных знаний привели к созданию ряда методов проектирования (синтеза) систем с заданными показателями точности регулирования и быстродействия. Одна из основных задач синтеза систем автоматического управления - расчет регуляторов.

Современные компьютерные программы расчета позволяют существенным образом облегчить эту задачу. В учебном пособии изложены основные принципы расчета регуляторов с использованием пакета программ Matlab.

Систематизированное изложение курса „Теория автоматического управления” отличается от одноименных учебников описанием применения пакета Matlab для анализа и синтеза систем автоматического управления. Многочисленные примеры, задания для самостоятельного выполнения позволяют получить не только теоретические знания, но и практические навыки расчета современных систем автоматического управления.

Учебное пособие предназначено для студентов дневной и заочной форм обучения.

Цель выполнения лабораторных работ - закрепление практических навыков разработки и расчета отдельных узлов автоматизированных систем управления.

Авторы признательные главному научному сотруднику НГУ, доктору технических наук Куваеву В.Н. за рекомендации относительно содержания учебного пособия, которые улучшили качество излагаемого материала.