- •«Основы автоматики и систем автоматического управления
- •1Лекция №1 Введение
- •1.1Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
- •1.2История развития сау
- •1.3Основные определения и термины
- •1.4Принцип обратной связи
- •1.5Система и ее среда
- •1.6Вопросы
- •2Лекция №2 Постановка задачи управления технологическими процессами производства рэс
- •2.1Рабочие операции и операции управления
- •2.2Понятие об объекте управления и управляющей подсистеме
- •2.3Постановка задачи
- •Вопросы
- •3Лекция №3 Решение задачи управления
- •3.1Решение общей задачи управления
- •3.2Частные решения задачи управления
- •3.3Вопросы
- •4Лекция №4 Сведения о технических средствах автоматики
- •4.1Сравнение биологических и технических систем управления
- •4.2Исполнительные устройства
- •Классификация технических задач управления
- •4.3Элементы системы автоматического управления технологическими процессами
- •4.4Устройства измерения параметров технологических процессов
- •4.5Различитель уровня
- •4.6Вопросы
- •5Лекция №5 Вторичные приборы сау
- •5.1Классификация вторичных приборов
- •5.2Усилительные устройства
- •5.3Проектирование и теория управления производственными процессами
- •5.4Вопросы
- •6Лекция №6 Математическое описание линейных систем автоматического управления
- •6.1Классификация систем
- •6.2Принцип суперпозиции
- •6.3Уравнения динамических систем
- •6.4Передаточные функции
- •6.5Частотные функции
- •6.6Временные характеристики сау. Понятие о функции Грина
- •6.7Вопросы
- •7Лекция №7 Типовые звенья сау
- •7.1Вопросы
- •8Лекция №8 Передаточные функции типовых звеньев
- •8.1Вопросы
- •9Лекция №9 Устойчивость линейных стационарных систем
- •9.1Понятие устойчивости
- •9.2Устойчивость по входу
- •9.3Характеристическое уравнение
- •9.4Необходимое и достаточное условие устойчивости
- •9.5Условие строгой реализуемости передаточной функции
- •9.6Алгебраические критерии устойчивости
- •9.7Критерий устойчивости Гурвица
- •9.8Критерий Льенара
- •9.9Критерий устойчивости Рауса
- •9.10 Вопросы
- •10Лекция № 10 Частотные критерии устойчивости
- •10.1Критерий Михайлова
- •10.2Анализ устойчивости типовых структур
- •10.3Понятие запаса устойчивости по амплитуде и фазе
- •10.4Влияние звена чистого запаздывания на устойчивость
- •10.5Вопросы
- •11Лекция №11 Основы анализа качества линейных стационарных сау
- •11.1Постановка задачи
- •11.2Показатели качества переходного процесса
- •11.3 Интегральные показатели качества
- •11.4Вопросы
- •12Лекция №12 Анализ точности работы линейной системы автоматического управления
- •12.1Случайные процессы в линейных стационарных системах
- •12.2Вопросы
- •13Лекция №13 Полигауссовы модели случайных воздействий и методы их анализа
- •13.1Дифференцирующее звено
- •13.2Средняя квадратическая ошибка системы
- •13.3Вопросы
- •14Лекция №14 Синтез линейных стационарных систем
- •14.1Проектирование сау
- •14.2Синтез линейных систем методом частотных характеристик
- •14.3Вопросы
- •15Лекция №15 Расчет передаточных функций корректирующих устройств
- •15.1Вопросы
- •16Лекция № 16 Синтез сау методом логарифмических частотных характеристик
- •16.1 Общие замечания
- •16.2Синтез сау методом логарифмических частотных характеристик
- •16.3Подчиненное управление в сау
- •Примечание:
- •16.4 Модальное управление в сау
- •16.5 Вопросы
- •17Лекция № 17 Синтез систем с неполной информацией о входных воздействиях
- •17.1Ограничение суммарной ошибки
- •17.2Вопросы
1Лекция №1 Введение
1.1Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
1.1. Целью преподавания дисциплины является ознакомление студентов с современными методами анализа, проектирования и моделирования систем автоматического управления (САУ), применяемых в различных по назначению радиотехнических устройствах и производственных процессах радиоэлектронных средств.
1.2. Задачами изучения дисциплины является приобретение студентами знаний, необходимых для глубокого понимания теоретических и практических задач технического, экономического и организационного характера, возникающих при создании САУ. Дисциплина основана на применении классических операционных, суперпозиционных и спектральных методов, а также методов статистической теории и методов описания САУ в пространстве состояний и др. В курсе изучаются вопросы теории непрерывных, дискретных линейных, нелинейных стационарных и нестационарных САУ, а также даются сведения об оптимальных САУ. Излагаются методы анализа и синтеза САУ при заданных требованиях по точности в установившихся и переходных режимах работы. В результате изучения дисциплины студенты должны знать:
методы анализа и синтеза САУ в установившихся и переходных режимах при стандартных входных воздействиях;
методы оценки устойчивости линейных и нелинейных непрерывных и дискретных САУ;
статистические методы анализа и синтеза САУ при случайных входных воздействиях;
классические (операторные и спектральные) методы и современные (на основе пространства состояний) методы коррекции динамики САУ;
методы построения законов управления и их реализация на ЭВМ, исходя из требований устойчивости и точности САУ;
основные критерии оптимизации САУ в условиях реально существующих ограничений;
методы синтеза САУ, оптимальных по заданному критерию.
Наряду с полученными знаниями студенты должны уметь:
представлять процесс (закон) управления в виде структуры (совокупности типовых динамических звеньев);
оценить характеристики и параметры САУ в соответствии с заданными требованиями по точности;
выбирать структуру корректирующего алгоритма (устройства) в соответствии с существующими возможностями его технической реализации;
осуществить анализ устойчивости САУ;
рассчитать точные характеристики (статистические и динамические ошибки) САУ;
оценить требуемые параметры динамики работы вычислителя на предмет ее технической реализуемости, произвести выбор управляющих ЭВМ из числа существующих.
1.2История развития сау
Под влиянием потребностей автоматизации управления технологическими процессами и подвижными объектами в 40-х и 50-х годах теория систем автоматического управления интенсивно развивалась. Эта прикладная теория стала предметом изучения во многих технических вузах. До сих пор она остается основным инструментом проектирования систем управления технологическими процессами и подвижными объектами.
В инженерной теории управления решались задачи управления "в малом" и "в большом". Управление в малом означает следующие. Оптимальная программа изменения режимов технологического процесса, движения объекта, выраженная в задающих воздействиях, считалась известной. Она определялась на стадии проектирования с привлечением различного рода знаний или практического опыта.
Задача управления заключалась в выполнении этой программы, стабилизации программного движения.
Таким образом, предметом теории управления "в малом" являлось решение множества частных задач на каждом этапе технологического процесса. Увязка всех этих задач производится на стадии проектирования на основе априорной информации с помощью методов, внешних по отношению к данной теории. Это был первый этап, основы которого были заложены А. Стодолой, Д. К. Максвеллом.
Второй этап. Развитие методов математики и вычислительной техники в конце 50-х и в начале 60-х годов позволило сформировать более общие принципы теории управления. Это сделали известные ученые Л. С. Понтрягин, Р. Беллман и Р. Кальман. Ими были заложены основы современной теории управления.
На этом этапе были введены следующие понятия и результаты: Описание движения в фазовом пространстве, принцип максимума, динамическое программирование, функциональный анализ и прочие. Рассматривались адаптивные и самонастраивающиеся системы управления.
Наиболее удовлетворительное определение современной теории САУ получается, если в основу положить требования научно-технического процесса, современной и перспективной автоматизации.
В связи с этим управление "в большом" означает управление, осуществляемое в реальном масштабе времени и является центральной проблемой современной теории автоматического управления. Это фундаментальная проблема порождает ряд крупных задач и методов их решения. При этом используется математическая модель объекта управления не только в процессе проектирования, но и в процессе функционирования модели. Эта теория потребовала постановку и решение следующей задачи. Анализ, синтез, измерение, идентификацию линейных, нелинейных систем, изучение детерминированных и стохастических процессов, оценивание параметров и других крупных проблем.
Классическую теорию САУ в основном создавали инженеры для инженеров. Современную теорию САУ создают математики для инженеров.
В последнее время все в большей мере теорию управления создают математики для математиков. Это с точки зрения практики вызывает определенное беспокойство.
Прикладная теория САУ должна, прежде всего, учитывать информационные, энергетические закономерности и ограничения, проявляющиеся при создании реальных САУ.
В настоящее время теория САУ является сформировавшейся научной и инженерной дисциплиной. Она непрерывно развивается и внедряется в различные области науки и техники. Огромный вклад в создание современной теории САУ внесли А. Н. Колмогоров, Н. Винер, В. Вольтерра. Работы этих ученых были развиты В. С. Пугачевым. В КАИ с момента его создания велись интенсивные разработки в области теории САУ. В этой области в настоящее время работают В. М. Мотросов (ныне президент академии нелинейных наук), Т. К. Сиразетдинов, Ю. В. Кожевников, Г. Л. Дегтярев и другие.