УДК

681.398

M54S

УДК: 681.51/54(076.5)(072)

Методическое пособие для учебно-лабораторного практикума по курсу "Теория управления"/Державин О.M., Коломейцева М.Б., Митро­фанов В.Е.- М.: Изд-во МЭИ , 1995. – 75с.

Состоит из описания восьми лабораторных занятий по курсу "Теория управления". Тематика занятий охватывает основные разде­лы теории непрерывных и импульсных САУ и нелинейных систем при детерминированных и случайных воздействиях. Пособие предназначе­но для студентов вузов различных специальностей, для которых программой подготовки предусмотрено изучение теории автоматичес­кого управления.

Московский энергетический институт, 1995 г.

УДК

621.398

М 545

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ДЛЯ УЧЕБНО-ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА

ПО КУРСУ

«ТЕОРИЯ УПРАВЛЕНИЯ»

Москва 1995

Предисловие.

Развитие современных информационных технологий позволяет дополнить традиционные методы преподавания и изучения дисциплин при подготовке специалистов применением проблемно-ориентированных инструментальных средств в виде пакетов прикладных программ на базе персональных компьютеров (ПК). Тем самым расширяются возмож­ности и эффективность обучения в рамках аудиторных занятий и са­мостоятельной работы студентов. Предлагаемый учебно-лабораторный практикум включает в себя инструментальную базу и методические средства для исследования систем автоматического управления с применением классических методов теории управления. Инструмента­льные средства разрабатывались с учетом возможности их использо­вания на ПК класса IBM/PC стандартной конфигурации, широко распространенных до настоящего времени среди пользователей, в том числе в сфере образования.

Учебно-лабораторный практикум концентрирует внимание обучае­мого на основных этапах и особенностях применения методов анализа и синтеза систем, в отличие от известных проблемно-ориентирован­ных пакетов, позволявших в большинстве случаев моделировать сис­темы управления только во временной области. Разнообразие иссле­дуемых в рамках практикума методов в определенной мере накладыва­ет ограничения на структуру рассматриваемых систем. Эти ограниче­ния связаны главным образом с реализацией удобного интерфейса при исследовании того или иного метода, что обеспечивает быстрое и наглядное задание структуры и параметров исследуемой САУ. В то же время следует отметить, что в рамках принятых ограничений допус­кается исследование неограниченного числа вариантов. Поэтому уче­бно-исследовательский практикум может быть использован не только при проведении лабораторных работ, но и в процессе практических занятий на семинарах, а также для самостоятельной подготовки при изучении методов теории управления.

Учебно-лабораторный практикум по курсу "Теория автоматичес­кого управления" охватывает основные разделы теории линейных (непрерывные и дискретные системы) и нелинейных САУ. В сборник включены описания восьми занятий. Каждое занятие посвящено изучению определенного раздела теории управления. Описания содер­жат задание на проведение исследований, вопросы для подготовки к занятию, методические указания по проведению исследований и ис­ходные данные по вариантам. Предложенные варианты могут рассмат­риваться как примерные, и при необходимости задание может быть дополнено другими вариантами. Описания занятий содержат также контрольные вопросы для проверки знаний по выполненному разделу теории управления.

Пользовательский интерфейс, на базе которого реализован практикум, соответствует стандарту, выработанному фирмой IBM -SAA-CUA (System Application Architecture - Common User Access). Основные составляющие стандарта - поддержка многооконного режима, иерархическое управляющее меню, наличие строки статуса. Для поль­зователя это обеспечивает возможность наглядно управлять процес­сом исследования либо с помощью манипулятора типа "мышь", либо, используя функциональные клавиши, за которыми закреплены опреде­ленные действия. В процессе работы всегда доступна контекстная помощь или краткая справочная информация. На каждом шаге исследо­вания можно вернуться к заданию и "вспомнить" исходные данные для его выполнения. Предусмотрена также возможность сохранения графи­ческой информации, представленной на экране дисплея, в файле, имеющем формат "PCX". В дальнейшем сохраненная информация может быть распечатана и представлена в форме отчета по работе.

Следует отметить, что предлагаемая версия учебно-исследова­тельского практикума является развитием автоматизированного лабо­раторного практикума, выполнявшегося ранее на базе вычислительно­го комплекса ИВК-2 (СМ 1420) и в течение ряда лет успешно приме­нявшегося в учебном процессе на кафедре Управления и Информатики (Автоматики) МЭИ. В создании методических и программных средств для практикума участвовала группа сотрудников и студентов СКВ МЭИ под руководством профессора Державина О.М., профессора Коломейцевой М.В. и доцента Митрофанова В.Е. В настоящее время проводится работа по дальнейшему совершенствованию и развитию методической и инструментальной базы практикума.

Занятие 1. Типовые звенья систем автоматического регулирования и их соединения.

Цель работы - исследование частотных и временных характерис­тик типовых динамических звеньев-САР и их последовательных соеди­нений.

Программа исследований

1. Исследование характеристик звеньев первого порядка. Исследования проводятся для заданных типовых звеньев в соответс­твии с номером варианта задания (табл. 1.1).

1.1. Введите в ПК коэффициенты передаточной функции иссле­дуемого звена.

1.2. Снимите и постройте по точкам графики частотных харак­теристик (АЧХ, ФЧХ) и амплитудно-фазовой характеристики (АФХ).

1.3. Постройте асимптотическую логарифмическую амплитудно-частотную характеристику (ЛАЧХ) исследуемого звена.

1.4. По частотным характеристикам оцените параметры эвена и сравните с данными в задании.

1.5. Введите в ПК математическое описание звена в форме дифференциального уравнения и проанализируйте вид переходной функции h(t) и весовой функции w(t).

2. Исследование характеристик колебательного звена. Содержа­ние и последовательность этапов исследования совпадают с приведе­нными в п.1.

3. Исследование влияния коэффициентов передаточной функции колебательного звена на параметры его переходной функции.

3.1. Изменяя коэффициент затухания ζ, в диапазоне (0,2-0,9) при фиксированном значении постоянной времени Т, заданной в табл.1.1, постройте график зависимости времени затухания переходного процесса t_p и величины перерегулирования переходной характерис­тики σ от параметра ζ.

3.2. Изменяя величину постоянной времени Т в пределах 0,5- 2,0 от величины, заданной в табл. 1.1, постройте зависимости t_p(T) и σ(Т). Значение ζ при этом принимается постоянным соглас­но варианту задания.

3.3. Постройте зависимость степени колебательности M от параметров колебательного звена ζ и Т.

4. Исследование частотных характеристик разомкнутой САР, состоящей из последовательно включенных типовых звеньев.

4.1. Для структуры последовательного соединения звеньев (ра­зомкнутая САР), заданных вариантом задания (табл. 1.2), снять и построить частотные характеристики (АЧХ и ФЧХ), АФХ, а также ЛАЧХ и определить предельный коэффициент усиления к_гр, при котором замкнутая САР будет находиться на границе устойчивости.

4.2. По полученным частотным характеристикам определить па­раметры передаточной функции разомкнутой системы (коэффициент усиления, постоянные времени звеньев и др.) и сравнить с значени­ями, заданными при проведении исследований.

Задание на подготовку к работе

1. Для всех звеньев первого порядка, исследуемых в работе, запишите передаточные функции и аналитические выражения для пос­троения характеристик: АЧХ, ФЧХ, АФХ, ЛАЧХ, h(t), w(t). Постройте качественно графики этих характеристик.

2. Для колебательного звена запишите передаточную функцию W(p) и аналитические выражения для частотных и временных характе­ристик (см. п.1). Постройте качественно графики этих характерис­тик.

3. Представьте в виде графиков предполагаемые зависимости σ(ζ), t_p(ζ), t_p(T), σ(Т).

4. Для структуры последовательного соединения звеньев, за­данных вариантам задания, постройте качественные графики АФХ и ЛАЧХ.