
- •План лекционных занятий дисциплины "Теория автоматического управления"
- •Литература
- •Список понятий, знание которых необходимо на момент начала изучения курса
- •Предмет, проблематика, задачи и цель дисциплины "Теория автоматического управления Основные понятия и определения
- •Классификация систем автоматического регулирования
- •Составление исходных дифференциальных уравнений сау Общая форма записи систем ду
- •Форма Коши
- •Пространство состояний
- •Ду решенное относительно регулируемой величины y(t) - уравнение движения
- •Ду решенное относительно ошибки X(t) - уравнение ошибки
- •Передаточные функции сау
- •Другие связывающие отношения
- •Линеаризация ду сар
- •Суть линеаризации
- •Особенности линеаризованного уравнения
- •Геометрическая трактовка линеаризации
- •Запись линеаризованных уравнений в стандартных для тау формах
- •Описание сар в частотном представлении Частотная передаточная функция
- •35 Частотные характеристики
- •Амплитудно-фазовая (частотная) характеристика или годограф Найквиста
- •Логарифмические чх - лачх & лфчх
- •Правила построения асимптотических лачх & лфчх
- •Типовые звенья и их характеристики Единичная функция. Дельта-функция. Типовые реакции систем
- •Типовые динамические звенья
- •Правила преобразования структурных схем линейных систем
- •Последовательное соединение
- •Параллельное согласное соединение
- •Принцип управления по внешнему возмущению
- •А) разомкнутая сар с жестким управлением
- •Б) разомкнутая сар с управлением по возмущению
- •Принцип управления по отклонению
- •Замкнутая сар с управлением по отклонению
- •Работа системы в статике
- •Работа системы в динамике
- •Комбинированное управление
- •Комбинированная схема с управлением по отклонению и возмущению
- •Системы экстремального управления
- •Программы и законы регулирования Программа регулирования
- •Закон регулирования
- •Линейные непрерывные законы регулирования
- •Пропорциональное регулирование
- •Интегральное регулирование
- •Интегральное регулирование по второму интегралу от ошибки
- •Изодромное регулирование - pi
- •Регулирование с использованием производных
- •Устойчивость сау
- •Математический признак устойчивости.
- •Определение устойчивости по м. Я. Ляпунову
- •Понятие о характеристическом уравнении
- •Условие устойчивости. Типы границы устойчивости
- •Критерии устойчивости линейных сау.
- •Необходимое условие устойчивости сар, достаточное только для систем 1-ого и 2-ого порядков
- •Критерий устойчивости Гурвица
- •Критерий Рауса
- •Критерий устойчивости Михайлова
- •Свойства годографа Михайлова
- •Определение типа границы устойчивости по виду годографа Михайлова
- •Критерий устойчивости Найквиста
- •Свойства годографа Найквиста
- •Примеры годографов Найквиста астатических сар и сар с чисто мнимыми корнями
- •54 Определение устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам
- •Построение областей устойчивости - d-разбиение
- •Оценка качества регулирования
- •47 Точность в типовых режимах
- •Сигналы задания для типовых режимов движения, их модели и изображения по Карсону-Хевисайду
- •Ошибки статической системы
- •Ошибки системы с астатизмом первого порядка
- •Ошибки системы с астатизмом второго порядка
- •О компенсации помех в астатических системах
- •Коэффициенты ошибок
- •44 Оценка запаса устойчивости и быстродействия по переходной характеристике
- •Корневые методы оценки качества
- •Понятие о среднегеометрическом корне 0. Мажоранта и миноранта переходной функции
- •Интегральные оценки качества
- •Аналитический расчет квадратичных ит-оценок
- •Частотные критерии качества
- •Оценка запаса устойчивости
- •Оценка быстродействия сар
- •Повышение точности сар
- •Повышение точности систем увеличением коэффициента усиления
- •Повышение точности систем увеличением порядка астатизма
- •Повышение точности систем применением регулирования по производным от ошибки
- •Повышение точности систем применением комбинированного управления
- •Снижение ошибки от сигнала задания введением сигнала ку на входе регулятора
- •Снижение ошибки от сигнала задания введением сигнала ку после регулятора
- •Снижение ошибки от возмущающего сигнала применением ку
- •Повышение точности систем применением неединичных обратных связей
- •Повышение точности систем применением масштабирующих устройств на входе или выходе
- •Синтез сар Синтез системы
- •Метод логарифмических амплитудных характеристик
- •Требования к нч части желаемой лачх Оценка точности сар по воспроизведению гармонического сигнала
- •Формирование запретной нч области для желаемой лачх
- •Построение нч части желаемой лачх
- •Требования к вч части желаемой лачх
- •Построение вч части желаемой лачх
- •Корневой метод синтеза
- •Метод корневых годографов
- •Системы с переменными параметрами Система линейная с переменными параметрами
- •Пример параметрической сар
- •Понятие о параметрической функции веса. Нахождение реакции параметрической сар на произвольное воздействие
- •Отыскание пф системы с var-параметрами
- •Устойчивость и качество регулирования систем с var-параметрами
- •Синтез параметрических сар
- •Системы с запаздыванием Система линейная с запаздыванием
- •Пример системы с транспортным запаздыванием
- •Пф звена чистого запаздывания
- •Аппроксимация звена чистого запаздывания
- •Размыкание систем с запаздыванием
- •Частотные свойства систем с запаздыванием. Понятие о критическом запаздывании
- •Устойчивость систем с запаздыванием
- •Об исследовании точности систем с запаздыванием
- •Дифференцирование и интегрирование решетчатых функций
- •Разностные уравнения
- •Типовая структура импульсной системы. Понятие об импульсном фильтре
- •Обобщенная модель импульсного элемента
- •Приведенные весовая и передаточная функции разомкнутой импульсной системы
- •Дискретная пф
- •Правила преобразования структурных схем дискретных систем
- •Устойчивость и качество импульсных систем
- •Цифровые системы
- •Процессы протекающие в системах цу
- •Методика вывода дискретных пф
- •О синтезе систем с цвм методом логарифмических амплитудных характеристик
- •Цифровая коррекция
- •Цифровые регуляторы
- •Алгоритмы программ цифровых фильтров
- •Об эффекте квантования параметров
- •Характеристики основных элементов сау. Усилители мощности Тиристорный преобразователь.
- •Широтно-импульсный преобразователь.
- •Измерительные преобразователи и датчики. Датчик тока
- •Датчики скорости
- •Датчики положения механизма.
- •Электромеханические преобразователи
- •Электродвигатель постоянного тока
- •Асинхронный электродвигатель
- •Бесконтактный электродвигатель
- •Механические системы.
- •50 Понятие об управляемости системы и ее наблюдаемости.
- •Наблюдающие устройства.
- •Наблюдающие устройства Льюинбергера
- •Наблюдающее устройство идентификации
- •Редуцированное устройство идентификации.
- •Вопросы.
- •Словарь терминов
- •Практические работы
- •Вопросы:
Оценка запаса устойчивости
По виду АФХ разомкнутой системы оценивают запас устойчивости:
по амплитуде - L1=20lg1 и L2=20lg2
по фазе 1=180+1
где: 1 - запаздывание по фазе на частоте единичного усиления при |W(j)|=A()=1 или L()=0 (по ЛАЧХ).
Для абсолютно устойчивых систем (n<3) имеет смысл только величина L1, т.к. L2. Для хорошо демпфированных систем [2...10), т.е. [6...20) дБ.
Запас устойчивости тем больше, чем больше и 1. Используя и 1 можно задать запретную область для АФХ. Но недостаток заключен в том, что если АФХ будет касаться запретной области в разных точках, перерегулирование будет разным.
Если
имеется АЧХ замкнутой системы
то удобным критерием запаса устойчивости
является показатель колебательности:
,
равный максимальному значению АЧХ замкнутой системы приведенной к коэффициенту усиления в области низких частот. Т.е. вынужденное движение на резонансной частоте будет иметь амплитуду в M раз большую, чем в области низких частот. И чем больше M, тем меньше запас устойчивости.
Если имеется только АФХ разомкнутой системы W(j), то показатель колебательности M удобно использовать в виде фоновой сетки, которой можно пользоваться как линиями уровня M [1/4; 1/2; 1; 0,707; 1,41; 2; 4]. Выполним расчет сетки:
где: (1) - уравнение окружности с радиусом R, и центром в точке C.
Оценка быстродействия сар
Оценить быстродействие можно по частотным характеристикам замкнутой и разомкнутой системы, используя:
- АЧХ замкнутой системы
P() = Re - вещественную ЧХ
W (j) - АФХ разомкнутой системы
ЛАЧХ & ЛФЧХ
...
При этом в качестве критериев используют величины:
р - резонансная частота, соответствует пику АЧХ, близка к частоте колебаний в переходном процессе;
ср - частота среза, соответствующая условию |W(jср)|=A(ср)=1 или L(ср)=0 (по ЛАЧХ).
п - частота соответствующая полосе пропускания замкнутой системы , определяемая из условия A(п)=0,707.
э - эквивалентная полоса пропускания замкнутой системы: э = o |)|2 d, - эта величина связана с вопросом пропускания системой помех. Кроме того, если ее рассчитать, включая отрицательные частоты, причем в герцах, то она совпадет с квадратичной ИТ-оценкой I'.
Повышение точности сар
Задача повышения точности САР обычно предполагает существенный пересмотр ее структуры. Возможны замены или добавления отдельных звеньев в контуре.
Общими методами повышения точности САР являются:
Увеличение коэффициента усиления K разомкнутой цепи
Повышение порядка астатизма r
Применение регулирования по производным
Использование комбинированного управления
Введение неединичных обратных связей
Включение масштабирующих устройств на входе или выходе
Повышение точности систем увеличением коэффициента усиления
Рассмотрим задачу повышения точности системы второго порядка, состоящей из 2х апериодических звеньев.
1)
2)
Ошибка системы:
,
будет тем меньше, чем больше K.
Очевидно так же, что первые коэффициенты ошибок не будут равны нулю, но будут тем меньше, чем больше K:
Т.е. увеличение K уменьшает ошибки во всех типовых режимах.
Метод эффективен, широко применяется, но обычно увеличение K приводит к уменьшению запаса устойчивости (см. ЛАЧХ & ЛФЧХ)