 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Тематика лекционных занятий
ТЕОРИЯ
АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ
Конспект лекций
для студентов специальности 7.092201 "Электрические системы
и комплексы транспортных средств"
по специализации 7.092201.02 "Эксплуатация судовых
автоматизированных систем"
Керчь - 2009 г
УДК 62-83-52 (075.8)
Дворак Н.М. к.т.н., доц. каф. ЭСиАП КГМТУ
Рецензент: Голиков С.П., к.т.н., доц. каф. ЭСиАП КГМТУ
Конспект лекций рассмотрен и одобрен на заседании кафедры ЭСиАП КГМТУ,
протокол № 2 от 10.09.09
Конспект лекций рассмотрен и одобрен на методической комиссии МФ КГМТУ,
протокол №1 от 2.10.09
Конспект лекций утвержден на методическом совете КГМТУ,
протокол №1 от 15.10.09
© Керченский государственный морской технологический университет
Тематика лекционных занятий
(выписка из рабочей программы дисциплины)
| Наименование тем, краткое содержание материала. | Час |
| ВВЕДЕНИЕ. Общая характеристика и принципы построения САУ | |
| 1.ЛИНЕЙНЫЕ САУ | |
| Математическое описание линейных САУ. Передаточная функция. Типовых воздействия | |
| Переходный процесс и функция веса | |
| Частотные характеристики САУ | |
| Типовые динамические звенья. Модели судовых объектов управления и регулирования | |
| Структурные схемы САУ и их преобразования. ПФ разомкнутых и замкнутых САУ | |
| Критерии устойчивости. Выделение областей устойчивости по параметрам настроек САУ | |
| Прямые и косвенные показатели качества САУ и их взаимосвязь. Ошибки регулирования | |
| Виды корректирующих устройств и регуляторов. Коррекция САУ обратными связями | |
| Влияние настроек стандартных регуляторов на показатели качества САУ | |
| Методы синтеза линейных САУ | |
| 2.САУ СО СЛУЧАЙНЫМИ СИГНАЛАМИ | |
| Случайные сигналы в САУ. Характеристики случайных сигналов и процессов | |
| Прохождение стационарного случайного сигнала через линейное звено | |
| Расчет ошибок регулирования при воздействии на САУ полезного сигнала с помехой | |
| 3.НЕЛИНЕЙНЫЕ САУ | |
| Определение нелинейных САУ. Анализ нелинейных САУ методом припасовывания | |
| Определение фазовых траекторий. Фазовые траектории линейных САУ 2-го порядка | |
| Расчет в фазовых переменных нелинейных САУ 1-го и 2-го порядков с различными реле | |
| Нелинейные САУ с переменной структурой и скользящим режимом | |
| Метод гармонической линеаризации и его применение при исследование нелинейных САУ | |
| Устойчивость нелинейных САУ | |
| 4.ИМПУЛЬСНЫЕ САУ | |
| Импульсные и цифровые САУ. Виды модуляции. Типы импульсных элементов | |
| Способы математического описания импульсных сигналов | |
| Дискретные передаточные функции звеньев, разомкнутых и замкнутых импульсных САУ | |
| Методы расчета переходных процессов в импульсных САУ. Устойчивость импульсных САУ | |
| Синтез микропроцессорных корректирующих устройств и регуляторов импульсных САУ | |
| Определение дискретных передаточных функций для непрерывных устройств | |
| 5.ОПТИМАЛЬНЫЕ САУ | |
| Постановка задач оптимального управления. Вариационные методы оптимальных САУ | |
| Оптимальные управления ДПТ с независимым возбуждением | |
| Оптимальное управление асинхронным двигателем в установившемся режиме | |
| Оптимальное по минимуму расхода топлива управление движением судна | |
| Методы оптимального управления, основанные на принципе максимума Понтрягина | |
| Оптимальное управление СГ электростанции по критерию устойчивости | |
| 6.АДАПТИВНЫЕ САУ | |
| Поисковые адаптивные САУ | |
| Беспоисковые адаптивные САУ | |
| Итого: |
Общий объём дисциплины - 243 часа
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. Классификация САУ. Принципы автоматического управления 6
1. ЛИНЕЙНЫЕ САУ....................................................................... 8
1.1. Линеаризация элементов САУ. Преобразование Лапласа, передаточные функции.
Типовые воздействия и реакция на них..................................... 8
1.2. Методы расчета переходных процессов, функции веса и построения
графиков переходных процессов........................................... 11
1.3. Частотные характеристики линейных САУ........................ 16
1.4. Логарифмические амплитудно-частотые характеристики – ЛАЧХ 18
1.5. Типовые позиционные звенья САУ..................................... 21
1.6. Типовые дифференцирующие звенья САУ......................... 24
1.7. Типовые интегрирующие звенья САУ................................ 26
1.8. Структурные схемы САУ и их преобразования................. 28
1.9. Понятие об устойчивости САУ. Прямые методы устойчивости.
Критерий устойчивости Гурвица. Определение допустимых настроек САУ 31
1.10. Критерий устойчивости Михайлова. Определение допустимых настроек САУ 33
1.11. Критерий устойчивости Найквиста. Использование ЛАЧХ для
оценки устойчивости САУ..................................................... 35
1.12. Прямые показатели качества САУ. Расчет ошибок регулирования.
Статические и астатические САУ......................................... 37
1.13. Косвенные показатели качества САУ и их связь с прямыми показателями качества.
Использование ЛАЧХ для оценки качества САУ..................... 39
1.14. Типовые законы регулирования. Влияние П-регулятора на показатели качества САУ 41
1.15. Типовые законы регулирования. Влияние И-регулятора на показатели качества САУ 43
1.16. Типовые законы регулирования. Влияние Д-регулятора на показатели качества САУ 46
1.17. Принципиальные электрические схемы типовых регуляторов 49
1.18. Схемы корректирующих устройств на пассивных элементах 51
1.19. Схемы корректирующих устройств на активных элементах 52
1.20. Коррекция линейных САУ с помощью местных обратных связей 54
1.21. Пример судовой линейной САУ........................................ 56
1.22. Сущность процесса синтеза САУ. Частотный метод синтеза линейных САУ 58
2. САУ СО СЛУЧАЙНЫМИ СИГНАЛАМИ.............................. 60
2.1. Типы случайных процессов и их характеристики............. 60
2.2. Прохождение стационарного случайного сигнала через линейное звено 62
2.3. Расчет ошибок регулирования в линейной САУ при воздействии
на нее полезного сигнала с помехой..................................... 64
2.4. Пример судовой САУ, отрабатывающей полезный сигнал с помехой 65
3. НЕЛИНЕЙНЫЕ САУ.................................................................. 66
3.1. Определение нелинейных САУ. Анализ нелинейных САУ методом припасовывания 66
3.2. Определение и свойства фазовых траекторий. Фазовые траектории линейных
САУ 2-го порядка.......................................................................... 68
3.3. Расчет фазовым методом нелинейной САУ 2-го порядка с идеальным
трехпозиционным реле........................................................... 71
3.4. Расчет фазовым методом нелинейной САУ 2-го порядка с гистерезисным
двухпозиционным реле................................................................ 73
3.5. Расчет фазовым методом нелинейной САУ 1-го порядка с гистерезисным
двухпозиционным реле................................................................ 74
3.6. Нелинейная САУ с переменной структурой....................... 75
3.7. Нелинейная САУ со скользящим режимом......................... 77
3.8. Метод гармонической линеаризации. Коэффициенты гармонической линеаризации 78
3.9. Исследование нелинейных САУ методом гармонической линеаризации 81
3.10. Устойчивость нелинейных САУ........................................ 82
4. ИМПУЛЬСНЫЕ САУ................................................................. 84
4.1. Импульсные и цифровые САУ. Виды модуляции непрерывных сигналов 84
4.2. Схемы импульсных модуляторов......................................... 86
4.3. Способы описания импульсных сигналов. Особенности соответствия
оригиналов и изображений.................................................... 87
4.4. Дискретные передаточные функции звеньев...................... 91
4.5. Дискретные передаточные функции разомкнутых и замкнутых импульсных САУ 93
4.6. Методы расчета переходных процессов в импульсных САУ 95
4.7. Устойчивость импульсных САУ.......................................... 96
4.8. Синтез корректирующих устройств и регуляторов импульсных САУ 98
4.9. Реализация микропроцессорных корректирующих устройств по заданным дискретным
передаточным функциям.............................................................. 99
4.10. Определение дискретных передаточных функций микропроцессорных устройств,
реализующих работу непрерывных устройств.......................... 101
5. ОПТИМАЛЬНЫЕ САУ............................................................... 103
5.1. Постановка задач оптимального управления. Вариационные методы
теории оптимальных САУ..................................................... 103
5.2. Оптимальное управление ДПТ с независимым возбуждением при
постоянном моменте сопротивления.................................... 108
5.3. Оптимальное управление ДПТ с независимым возбуждением при
ограничениях на частоту вращения и ток якоря.................. 110
5.4. Оптимальное управление ДПТ с независимым возбуждением при
моменте сопротивления, зависящем от частоты вращения и времени 111
5.5. Оптимальное управление ДПТ с независимым возбуждением при
моменте сопротивления, зависящем от угла поворота вала 113
5.6. Оптимальное управление асинхронным двигателем в установившемся режиме 114
5.7. Оптимальное по минимуму расхода топлива управление движением судна 116
5.8. Методы оптимального управления, основанные на принципе максимума Понтрягина 117
5.9. Оптимальное управление объектом 2-го порядка при ограничении
на величину сигнала управления.......................................... 119
5.10. Оптимальное управление синхронными генераторами электростанции
по критерию устойчивости.......................................................... 122
6. АДАПТИВНЫЕ САУ.................................................................. 123
6.1. Назначение и классификация адаптивных САУ. Структура и
принцип действия самонастраивающихся систем............... 123
6.2. Методы определения градиента целевой функции............ 127
6.3. Организация рабочих операций в экстремальной САУ.... 130
6.4. Пример экстремальной САУ асинхронного электропривода по
минимуму потребляемого тока.............................................. 133
6.5. Структура и принцип действия беспоисковых адаптивных САУ 135
ЛИТЕРАТУРА.................................................................................. 138
ВВЕДЕНИЕ
Классификация САУ.
Принципы автоматического управления
Теория автоматического управления (ТАУ) - это наука о принципах построения и методах расчётов систем автоматического управления (САУ). САУ в самом общем виде имеют следующую обобщенную структурную схему:
Задатчиком (ЗД) задается желаемый закон изменения сигнала xж. Все остальные элементы САУ должны работать так, что бы фактический сигнал хф, который пропорционален выходному сигналу y объекта управления (ОУ) повторял закон изменения входного сигнала xж с заданными показателями качества, такими как ошибка, время регулирования и т.д.
Чувствительный элемент (ЧЭ) преобразует выходной сигнал y объекта управления к виду хф, в котором представлен сигнал xж, например, при электрическом сигнале хж сигнал хф также электрический.
Элемент сравнения (ЭС) служит для формирования сигнала ошибки регулирования ε, равного разности желаемого хж и фактического хф значений сигналов САУ.
Регулятор (Рег) - ключевой элемент САУ, который выполняет такие преобразования сигнала, при которых обеспечиваются требуемые показатели качества регулирования.
В САУ также обычно используются: усилитель мощности (УМ), исполнительный механизм (ИМ), и регулирующий орган (РО), предназначенные для того, чтобы преобразовывать маломощный сигнал регулятора в мощный сигнал, действующий на ОУ.
Поиск по сайту: