Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
Балаковский институт техники, технологии и управления
Cинтез локальной систеМы управления
Методические указания к выполнению курсовой работы
по дисциплине «Локальные системы управления»
для студентов специальности 210100 всех форм обучения
Одобрено
редакционно-издательским советом
Балаковского института техники,
технологии и управления
Балаково 2009
Введение
Бурное развитие автоматики, электроники и вычислительной техники привело к внедрению автоматики буквально во все области деятельности человека. Автоматика и автоматизация стали главным направлением развития всей техники. Совершается переход от автоматизации отдельных простейших производственных операций к комплексной автоматизации средств производства и производственных процессов.
Роль человека при этом сводится к организации работы автоматических систем и средств вычислительной техники. Такому их проектированию, соединению и использованию, которое обеспечивает получение необходимых результатов с наименьшими затратами.
Локальные системы управления - это автоматические модули, используемые для решения одной функциональной задачи, для управления одним устройством, для регулирования или сигнализации одного параметра.
Процесс управления состоит из следующих четырех этапов:
1. Получение информации о результатах управления.
2. Анализ полученной информации.
3. Выработка решения и исполнение решения. т. е. осуществление управляющих действий.
Типичными элементами любой системы управления являются измерители различных физических величин, или датчики, вводящие в систему управления информацию о задачах управления и результатах управления, функциональные преобразователи или вычислительные устройства, осуществляющие определение параметров управления и заданное их преобразование или более сложный анализ информации и вырабатывающие сигналы управления, исполнительные устройства.
C усложнением задач автоматического управления становятся все более сложными и системы управления. Но, чем сложнее система, чем большее число элементов она содержит, тем более вероятны ее отказы из-за выхода из строя отдельных элементов.
Отыскание неисправных элементов в сложных системах представляет собой весъма сложную задачу и требует много времени. И чем сложнее система, тем труднее найти в ней причину отказа и выявить отказавший элемент. Поэтому для нормального функционирования сложной системой управления, для ее нормальной эксплуатации необходимо автоматизировать контроль состояния всех ее частей. Эту задачу наиболее целесообразно решать путем ввода в саму структуру системы, наряду с перечисленными основными элементами, соответствующих приборов и устройств для автоматического контроля состояния системы и режима работы всех ее элементов, а также для сигнализации о неисправности и указания неисправных элементов.
Цель и задачи выполнения курсовой работы
Курсовая работа является самостоятельной работой студента, в которой он должен показать глубину своей теоретической подготовки по курсу "Локальные системы управления" (ЛСУ), а также способность применить свои знания по другим лекционным курсам.
Задача курсовой работы - развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи, овладение методикой расчета локальных систем управления.
Цель курсовой работы - научить студентов использовать научно-техническую литературу при разработке локальных систем управления, ознакомить с порядком построения, изложения и оформления расчетно-пояснительной записки курсовой работы.
ОСНОВНЫЕ ПОложения
Современные системы автоматического управления представляют собой сложные динамические системы, обеспечивающие высокую точность отработки сигналов управления в условиях действия различных возмущений и помех. Для получения надлежащих характеристик системы автоматического управления разработчику приходится находить компромисс для решения, так как требования к точности и показателям качества переходных процессов взаимоисключающие. Основной путь преодоления такого противоречия - применение в САР элементов с большими коэффициентами усиления и корректирующих устройств с перестраиваемыми во время работы параметрами.
Первый этап - проектирование - построение ММ ОУ.
Зная физические процессы, происходящие в объекте, можно при определенных допущениях описать его поведение аналитически, обычно с помощью дифференциальных, интегрально-дифференциальных или разностных уравнений. Структурная схема ОУ выражается в виде матрицы, передаточных функций или графов. Каждый из этих методов имеет свои особенности. Так, например, векторно-матричные структурные схемы не позволяют проектировщику изучать особенности внутренних связей в объектах, но их представление через переменные состояния удобно при моделировании на ЭВМ. Структурные схемы с передаточными функциями являются достаточно громоздкими, но по ним можно не только выявить все внутренние связи, но и определить возможные места включения различных устройств компенсации. Использование графов позволяет найти пути прохождения сигналов через элементы объектов, определить сильные и слабые связи и упростить структуры объектов за счет исключения слабых связей, что приводит к уменьшению порядка уравнений динамики и, следовательно, к сокращению объема вычислительных работ.
Второй этап проектирования - выбор устройств изменяемой и неизменяемой части.
К неизменяемой части принято относить исполнительные органы, усилители мощности и измерительные средства. Их обычно выбирают не только с учетом требований к точности и качеству процессов регулирования, но, в основном, по надежности действия, массогабаритным характеристикам, стоимости, стойкости к влиянию агрессивной среды, взрывобезопасности и т.п.
К изменяемой части системы относят электронные усилители, преобразователи, микропроцессоры и различные дополнительные средства компенсации сигналов, а также устройств коррекции динамических характеристик.
Третий этап проектирования - решение задачи анализа и синтеза.
Рассмотрим методику решения первой из них. В данном случае инженер располагает полной структурой системы, что намного упрощает проектирование. Процесс проектирования сводится к расчетно-теоретической работе, которую выполняют вручную при помощи номограмм и таблиц или автоматически на ЭВМ.
Задачи синтеза сводятся в простейшем случае к выбору типа и параметров последовательных, параллельных и последовательно-параллельных корректирующих устройств, обеспечивающих наиболее точное воспроизведение регулярных сигналов управления. В результате решения задач синтеза в обоих случаях в систему вводятся линейные корректирующие устройства. Они реализуются в виде RC-фильтров или рабочих программ для микропроцессоров на языке Ассемблер. Задачи синтеза решают с использованием принципа максимума Понтягина или метода динамического программирования Беллмана. Как правило, корректирующие устройства, синтезированные по этим принципам, существенно нелинейны и процедуры их поиска реализуются в рамках САПР. Эти корректирующие устройства реализуются в виде фильтров с операционными усилителями и набором диодных линеек, а в более сложных - в виде программ микропроцессоров.
Четвертый этап проектирования - математическое моделирование системы, разработка на универсальных ЭВМ.
Если результаты моделирования соответствуют техническим условиям, то на этом процесс проектирования заканчивается и составляется эскизный проект CAP. Затем на его основании выполняют техническое проектирование и проводят испытание (полунатурные и натурные).
Этапы выполнения курсовой работы
В расчетно- пояснительной записке даются подробные данные к разрабатываемой системе и отражаются все пункты задания на курсовую работу.
Рекомендуется следующее содержание расчетно- пояснительной записки:
Введение.
1. Расширенное техническое задание.
2. Выбор и обоснование выбора элементной базы локальной системы управления.
3. Расчет датчика обратной связи локальной системы управления или обоснованный выбор его из справочной литературы .
4. Расчет устойчивости системы.
5. Построение ЛАЧХ системы и её анализ.
6. Построение ЖЛАЧХ системы, ЛАЧХ корректирующего устройства.
7. Расчет корректирующего устройства. Оценка возможности использования дискретного корректирующего устройства в системе.
Заключение.
Список используемой литературы.
Приложение.
В текстовую часть " Введение" рекомендуется включить следующие вопросы:
- задача курсовой работы;
- цель разработки данной автоматической системы управления;
- связь разрабатываемой системы с потребностями рынка;
- предполагаемые параметры системы, определяющие её преимущество перед аналогами, в том числе и зарубежными, на основе патентного поиска;
- целесообразность проектирования данной системы по экономическим критериям;
- соответствие проектируемой системы нормативно- техническим документам.