Алматинский институт
энергетики и связи
Кафедра Электропривод автоматизация промышленных установок
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Программа, методические
указания и контрольные задания
(для студентов
дистанционного обучения специальности 050718 электроэнергетика)
Алматы
2006
СОСТАВИТЕЛЬ:
П.И. Сагитов. Системы автоматического управления. Программа, методические указания и контрольные задания для
студентов дистанционного обучения специальности 050718 – Электроэнергетика.
Алматы: АИЭС, 2006.
В методической разработке
приводится программа курса «Системы автоматического управления» и контрольные
задания для студентов специальности 050718 - Электроэнергетика.
Ил 12., табл. 3, библиогр. -
4 назв.
Рецензент: канд. техн. наук,
проф. АИЭС М.А. Мустафин.
Печатается по плану издания
Алматинского института энергетики и связи на 2006г.
© Алматинский институт энергетики и связи, 2006г.
Введение
Современные системы
автоматического управления (САУ) представляют собой сложные комплексы
взаимодействующих технических устройств и элементов, работа которых основана на
различных физических принципах. Различно также их конструктивное выполнение и
технические характеристики.
Цель курса - курс САУ дает
возможность студентам электроэнергетического направления овладеть методами,
которые позволят успешно осуществлять анализ и синтез различного вида
электроэнергетических САУ, проверку устойчивости и качества управления истем
характеризующихся требуемым точностью и быстродействием.
Общее количество часов,
отводимых на данную дисциплину по учебному плану дистанционного обучения
составляет 22 часа в том числе 14 лекции, 8 лабораторных и 12 часов с
элементами дистанционного обучения.
При изучении данного курса
рекомендуется следующая литература:
Основная:
1. Бессекерский В.А., Попов
Е.П. Теория автоматического управления. – М., 1997.
2. Васильев Д.В. Чуич В.Г.
Системы автоматического управления. – М.: Высшая школа, 1967.
Дополнительная:
1. Теория автоматического
управления /Под ред. А.А. Воронова. – М.: Высшая школа, 1977.
2. Топчеев Ю.И., Цыплаков
А.П. Задачник по теории автоматического регулирования. – М.: Машиностроение,1977.
Содержание дисциплины САУ
|
Название темы |
Число часов лекции |
|
Функциональные схемы САУ |
2 |
|
Уравнении и передаточные функции САУ |
2 |
|
Частотные характеристики САУ. |
2 |
|
Устойчивость САУ. |
4 |
|
Переходные характеристики в САУ. |
2 |
|
Нелинейные САУ |
2 |
1. Программа дисциплины
"Системы автоматического управления" (3 семестр)
1.1 Введение. Основные
понятия. Назначение САУ. Области применения. Краткие сведения об истории
развития.
1.2 Функциональные схемы
систем автоматического управления (САУ).
1.2.1 Основные функциональные элементы. САУ.
1.2.2 Составления функциональных схем по принципиальным.
1.3 Структурные схемы САУ
1.3.1 Составление
структурных схем и определение передаточных функции систем, в общем.
1.4 Точность САУ в установившихся режимах.
1.4.1 Основные расчетные
соотношения.
1.4.2 Расчет статических
параметров отдельных элементов.
1.4.3 Расчет ошибок и статических параметров САУ.
1.4.4 Уравнения и передаточные функции САУ.
1.5 Определение передаточных
функции отдельных элементов САУ.
1.5.1 Определение
передаточных функции системы САУ.
1.6 Частотные характеристики САУ.
1.6.1 Виды частотных
характеристик применяемых при анализе и синтезе САУ
1.6.2 Построение амплитудных
и фазовых частотных характеристик в
вещественной и комплексной плоскостях.
1.6.3 Построение
логарифмических характеристик САУ.
1.7 Устойчивость САУ.
1.7.1 Критерии устойчивости
линейных систем.
1.7.2 Устойчивость по
критериям Раусса и Гурвица.
1.7.3 Исследование
устойчивости по критерию Найквиста.
1.7.4 Исследование
устойчивости по критерию Михайлова.
1.8 Переходные
характеристики в САУ.
1.8.1 Основные способы
определения переходных процессов.
1.8.2 Решение уравнений
операторным методом.
1.9 Динамический расчет САУ
по методу логарифмических частотных характеристик.
1.10 Нелинейные САУ.
2 Перечень лабораторных занятий
2.1 Исследование характеристик типовых звеньев.
2.2 Исследование устойчивости замкнутой линейной
САУ.
2.3 Синтез замкнутой линейной САУ.
2.4 Исследование характеристик нелинейной САУ.
3 Контрольные задания
Студент, изучающий курс САУ, должен выполнить контрольные работы. Ниже приведены варианты заданий контрольных работ. Номер варианта задач должен соответствовать последней и предпоследней цифре шифра зачетной книжки студента
3.1 Контрольная работа №1
3.1.1 Задача 1. получить
выражение передаточной функции для четырехполюсника, принципиальная схема
которого представлена на рисунках 1-10.
Для решения следует воспользоваться методическими указаниями [4]. По
предпоследней цифре номера зачетной книжки, значения элементов
четырехполюсников принимаются в соответствии с таблицей 1, по последней цифре
выбирается схема четырехполюсника.
Таблица 1
|
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
|
|
R1=R3 |
R1=0 |
R1=
R2 |
R1=
R2 |
R1=0 |
R1=
0 |
R1= R3 |
C1=
C2 |
C1=
C2 |
C1=
C2 |
|
R1 R3
U1
U2
R2
R4
Рисунок 1
С1
U1 R1
U2
Рисунок 2
R1
C1
R1 R2
R2
C1
1
Рисунок 3 Рисунок 4
R1
R1
R1
C1 R2
C1
Рисунок 5 Рисунок 6
C1 R1
R1
С1
C2 R2
Рисунок 7
Рисунок 8
R1
С2
С1
Ñ
R2
Рисунок 9
C1
R2
R1
C2
Рисунок 10
3.1.2 Задача 2. Известна
передаточная функция разомкнутой системы автоматического управления – W(p).
Необходимо определить выражения для коэффициентов ошибок СО, С1, используя передаточную функцию
замкнутой системы. Передаточная функция W(p)
для различных вариантов представлена в таблице 2, 2а. Для решения следует
воспользоваться методическими указаниями [2 ].
Таблица 2
|
№ вар. |
1 |
2 |
3 |
|
W(p) |
10(Т1р+1) |
10(Т1р+1) |
10(Т1р+1)2р (Т2р+1) |
|
(Т2р+1)(Т3р+1) |
р(Т2р+1) |
|
№ вар. |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
W(p) |
100(Т1р+1) |
20(Т1р+1) |
20(Т1р+1) |
30(Т1р+1)2 р(Т2р+1) |
|
(Т2р+1)(Т3р+1) |
(Т2р+1)(Т3р+1) |
р(Т2р+1) |
|
№ вар. |
8 |
9 |
0 |
|
W(p) |
50(Т1р+1) |
70(Т1р+1)(Т4р+1) |
90(Т1р+1)2 р(Т2р+1)(Т3р+1) |
|
(Т2р+1)(Т3р+1) |
(Т2р+1)(Т3р+1) |
Таблица 2а
|
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
|
|
R1=R3 |
R1=0 |
R1=
R2 |
R1=
R2 |
R1=0 |
R1=
0 |
R1= R3 |
C1=
C2 |
C1=
C2 |
C1= C2 |
|
3.1.3 Задача 3. Используя критерий Гурвица, исследовать устойчивость
системы (рисунок 11). Для решения воспользоваться методическими указаниями
[1]. Передаточная функция W1(p) представлена в таблице
№3. Передаточная функция W2(p) представлена в таблице 3а.
X(p)
W1(p) W2(p) Y(p)
+
-
Рисунок 11
Таблица 3
|
№ |
1 |
2 |
3 |
|
|
10/(р+1)(2р+1)(0,1р+1) |
2/(р+1)(3р+1)(0,1р+1) |
5/(2р+1)(3р+1)(0,5р+1) |
|
№ |
4 |
5 |
6 |
|
|
8/(р+1)(2р+1)(0,1р+1) |
15/(0,5р+1)(3р+1)(0,1р+1) |
5/(0,1р+1)(5р+1)(0,1р+1) |
|
№ |
7 |
8 |
9 |
|
|
7/(2р+1)(0,5р+1)(0,2р +1) |
2/(р+1)(5р+1)(0,5р+1) |
15/(2р+1)(0,5р+1)(0,5р+1) |
|
№ |
10 |
|
|
10/(5р+1)(0,1р+1)(0,1р+1) |
Таблица 3а
|
№ вар. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
W2(p) |
5 |
2 |
5 |
6 |
15 |
7 |
10 |
2 |
9 |
3 |
|
0,1р+1 |
0,2р+1 |
0,1р+1 |
0,1р+1 |
0,2р+1 |
3.1.4 Задача 4. Построить
логарифмические амплитудную и фазовую частотные характеристики разомкнутой
системы, представленной на рисунке 11, используя исходные данные задачи 3. Для
решения следует воспользоваться методическими указаниями [2].
3.1.5 Задача 5. На рисунке 12
приведена функциональная схема системы автоматического управления скоростью
двигателя постоянного тока. Звенья системы включены следующим образом:
Якорь двигателя Регулятор Тиристор. преобраз.
U(p)
n(p)
+
-
Тахоге- нератор
Рисунок 12
Для системы (рисунок 12) известно, что
а) тахогенератор - безинерционный,
б) якорь двигателя может быть представлен
инерционным звеном с коэффициентом усиления Кя
= 0,5
и постоянной Тя = 0,1с,
в) тиристорный преобразователь может быть
представлен инерционным звеном с коэффициентом усиления Кт = 10 и постоянной времени Тт = 0,05с,
г) регулятор представлен инерционным звеном с
коэффициентом усиления Кр и
постоянной времени Тр1с,
Требуется:
а) определить коэффициент усиления регулятора
системы Кр, при котором система будет
устойчива и запас по фазе составит f градусов. Численное значение f для каждого
варианта задается отдельно (таблица 4),
б) определить время переходного процесса в системе
для полученного Кр,
в) определить статистическую ошибку системы для
полученного Кр.
Для решения задачи построить ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой
системы для произвольного значения Кр
и. затем, изменив коэффициент усиление разомкнутой системы, построить еще хотя
бы один вариант ЛАЧХ такой, чтобы он обеспечил требуемый запас по фазе f По
последней цифре зачетной книжки выбирается вариант задания (таблица 4), по
предпоследней цифре параметры системы для расчетов (таблица 4а).
Таблица 4
|
Вариант № |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
Запас f |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
76 |
83 |
90 |
Таблица 4а
|
№ в. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
Кя |
0,5 |
0,55 |
0,6 |
0,65 |
0,45 |
0,5 |
0,55 |
0,65 |
0,6 |
0,7 |
|
Тя (с) |
0,1 |
0,08 |
0,09 |
0,15 |
0,2 |
0,25 |
0,1 |
0,09 |
0,08 |
0,07 |
|
Кт |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
15 |
|
Тт (с) |
0,05 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
0,06 |
0,07 |
0,08 |
0,1 |
|
Кр |
10 |
5 |
15 |
5 |
10 |
15 |
10 |
5 |
10 |
15 |
|
Тр1 (с) |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
Сводный план 2006 г., поз. 185
Пулат Исмаилович Сагитов
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ
Программа, методические
указания и контрольные задания
(для студентов дистанционного обучения специальности 0500718)
Редактор
Ж.М. Сыздыкова
Специалист
по стандартизации Н.М. Голева
Подписано
в печать ____ Формат 60х84,
1/16
Тираж 150 экз.
Бумага типограф. №1
Объем ___уч. изд. л.
Заказ ___ цена ___тг.
Копировально-множительное
бюро
Алматинского института
энергетики и связи
480013 Алматы, ул.
Байтурсынова, 126
АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ
И СВЯЗИ
Кафедра электропривода и
автоматизации промышленных установок
СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Программа, методические
указания и контрольные задания
(для студентов
дистанционного обучения специальности 050718 электроэнергетика)
СОГЛАСОВАНО
Начальник УМО ________О.З.Рутгайзер «___» _______05г. Редактор ________Ж.М. Сыздыкова «___» _______06г. |
Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры ЭиАПУ Протокол №___от «___» ____05г. Зав. кафедрой _______П.И.Сагитов Составитель:
________________ П.И. Сагитов |
|
|
|
Алматы 2006