курсовая работа / Тау12 / КП
.docСОДЕРЖАНИЕ
ЗАДАНИЕ НА К/Р
ВВЕДЕНИЕ
1. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ САУ
1.1 Структурный анализ САУ
1.2 Вычисление передаточных функций замкнутой и разомкнутой САУ
1.3 Построение АФЧХ замкнутой и разомкнутой САУ
1.4 Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ
1.5 Анализ устойчивости САУ
1.6 Определение запасов устойчивости САУ
1.7 Построение переходного процесса в системе
1.8 Оценка качества управления САУ прямым методом
1.9 Построение АЧХ системы
1.10 Оценка качества управления системы косвенным методом
2. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ САУ
2.1 Выявление линейной и нелинейной частей САУ
2.2 Структурный анализ САУ
2.3 Построение фазового портрета САУ методом припасовывания
2.4 Оценка устойчивости САУ по фазовому портрету
2.5 Определение точности поддержания регулируемого параметра
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ЗАДАНИЕ НА К/Р
Провести анализ и расчет системы автоматического управления (САУ), описываемой следующей структурной схемой.
Вариант 21.
1. Линейная САУ:
Провести структурный анализ САУ и свести ее структурную схему к одноконтурной, вычислить передаточные функции в операторной форме для замкнутой и разомкнутой системы, осуществить переход к передаточным функциям в форме изображений по Лапласу, а затем к частотным передаточным функциям и выделить их действительную и мнимую часть, по ним выполнить построение АФЧХ разомкнутой и замкнутой систем, произвести анализ устойчивости САУ произвольно выбранным методом и определить запасы устойчивости по амплитуде и фазе по АФЧХ разомкнутой системы или ее логарифмическим характеристикам, выполнить оценку качества управления прямым методом, для чего построить график переходного процесса и определить по нему все показатели качества (вид переходного процесса – монотонный, апериодический или колебательный, перерегулирование, время регулирования, декремент затухания, период и частоту колебаний, время первого согласования, время нарастания, совпадающее с временем достижения первого максимума, число колебаний за время регулирования), сделать вывод о качестве управления и сформулировать рекомендации для повышения показателей качества.
2. Нелинейная САУ:
Выделить линейную и нелинейную части САУ, при помощи методов и средств структурного анализа свести их к типовым элементам, методом припасовывания построить фазовый портрет САУ и на его основе сделать вывод об устойчивости системы и точности поддержания заданного значения параметра.
ВВЕДЕНИЕ
Системы автоматического управления, регулирования и контроля в современном мире имеют очень большое практическое значение в массовом и серийном производстве для точного поддержания заданных значений параметров технологических процессов и управления ими по определенной программе для достижения наивысшего (или, по крайней мере, допустимого) качества изготавливаемой продукции при минимальных (или, опять же, допустимых) затратах времени, энергии, сырья, капиталовложений, трудовых и других ресурсов, в связи с чем получили широкое распространение и применение в различных областях техники и народного хозяйства. Не менее важной является задача поддержания требуемых значений и управления параметрами непроизводственной техники – средств измерения и диагностики, транспортных средств, спутников связи, систем телекоммуникаций, обработки и передачи информации, систем выработки и распределения энергоресурсов, стратегического вооружения и др. Все большее число автономных систем управления входит в товары народного потребления – медицинскую технику и системы диагностики и лечения, аудио, видео и бытовую технику, автомобили, персональные компьютеры и периферийные устройства, средства связи, счетчики потребленных ресурсов, контрольно-измерительные приборы, системы защиты от несанкционированного доступа и даже детские игрушки. Причем требования к этим системам непрерывно повышаются в связи с развитием научно-технического прогресса, также улучшается и их элементная база, что требует непрерывного проектирования новых систем управления, превышающих исходные аналоги по наиболее критичным параметрам: скорости, точности, надежности, экономичности, эргономичности, диапазону измерения (регулирования), гибкости программирования задатчика и вычислительного устройства и настройки параметров системы, эффективности взаимодействия с оператором, наличию встроенных средств диагностики и контроля, запасу устойчивости и качеству регулирования. Решением этих задач занимается теория автоматического управления, а также ее прикладные ответвления: теория систем, математическое моделирование систем управления, элементы и устройства систем управления, расчет элементов и устройств систем управления, идентификация и диагностика систем, векторно-энергетический анализ и синтез систем управления, прикладная информатика и кибернетика, информационное обеспечение систем управления. Исходные данные и параметры для расчета, а также конструкция систем определяются следующими дисциплинами: электротехника, электроника, прикладная физика, гидравлика, пневматика, механика и др. Математический аппарат обеспечивается прикладной математикой, в частности следующими ее разделами: . Экономические показатели эффективности применения системы для управления производственными техпроцессами могут быть рассчитаны на основе методов экономической теории. Таким образом, проектирование и внедрение систем управления представляет собой комплексную задачу.
Основной целью выполнения данной курсовой работы является выработка, совершенствование и закрепление необходимых практических навыков для расчета и анализа произвольных систем автоматического управления методами теории автоматического управления (ТАУ), а также усвоение основных понятий, относящихся к исследованию таких систем. Расчет производится для заданной системы по следующим параметрам: структурный анализ, анализ устойчивости, построение графо-аналитических характеристик и переходного процесса, определение запасов устойчивости, определение показателей качества управления по виду и параметрам переходного процесса, построение фазового портрета нелинейной системы и определение по нему характеристик процесса управления (устойчивости, колебательности, длительности переходного процесса, наличия автоколебаний и др. при различных значениях входного воздействия).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе выполнения курсовой работы были усвоены практические навыки анализа и расчета систем управления, представленных в виде структурных схем, состоящих из типовых звеньев с определенными передаточными функциями. Такое представление систем является наиболее универсальным, поскольку полностью отражает ее структуру и математическую модель на требуемом для расчета уровне детализации. Построение (проектирование) структурных схем и передаточных характеристик звеньев, а также физическая реализация систем на основе спроектированных структурных схем изучаются другими дисциплинами.
Были произведены следующие расчеты: структурный анализ и преобразование исходной (заданной) САУ к одноконтурной, определение передаточных функций замкнутой и разомкнутой систем, составление по ним характеристического уравнения и анализ устойчивости системы по расположению его корней на комплексной плоскости методом Ляпунова, построение АФЧХ, ЛАЧХ и ЛФЧХ систем, определение запасов (пределов) устойчивости по амплитуде и фазе замкнутой системы по логарифмическим частотным характеристикам разомкнутой, построение переходного процесса и определение показателей качества регулирования. Затем по результатам расчетов был произведен анализ возможных путей улучшения качества регулирования системы и проведен повторный расчет скорректированной системы. Также был построен фазовый портрет нелинейной САУ (содержащей кусочно-линеаризованный нелинейный элемент релейного типа) методом припасовывания и проведен его анализ, на основании которого сделан вывод об устойчивости системы и качестве регулирования. Побочным результатом работы явилось освоение применения специализированного математического пакета инженерных численных и символических вычислений Mathcad 2001i Professional фирмы MathSoft Engineering & Education, Inc. для практического исследования систем автоматического управления, представленных в виде структурных схем и передаточных функций.
Таким образом, на основании представленных сведений, можно с достаточной степенью уверенности сделать вывод, что цель курсовой работы была удовлетворена в полной мере.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лекционный материал по ТАУ (Хречков Н.Г., Скоробогатова Т.Н.), 2003.
2. Бесекерский В.А., Попов Е.Ш. Теория САР. – М.: Наука, 1975, 168с.
3. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. – М.: Машиностроение 1973, 606 с.
4. Теория автоматического управления. /Под редакцией академика А.А. Воронова – М.: Высш. шк., 1986, 367 с.
5. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. – Я.: Энергия, 1975, 416 с.
6. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления. /Под редакцией В.А. Бесекерского. – М.: Наука, 1969, 587 с.
7. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем: Учебник для вузов по специальностям «Гидропневмоавтоматика и гидропривод» и «Гидравлические машины и средства автоматики». – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1987. – 464 с., ил.
8. Фомина Н.Н. Требования к оформлению курсовых проектов (работ). Методические указания для студентов специальности 2101. Саратов, СПИ, 1996.