- •Екзаменаційні питпння за курсом «тау – частина1»
- •1. Дайте визначення поняття керування?
- •2. Які алгоритми роботи об’єктів курування вам вібомі?
- •3. Що нази вається вектором вихідного стану об’єкта керування?
- •4. Що називаться структурною схемою сау?
- •5. Класифікація систем автоматичного керування?
- •6. Що називається помилкою керування?
- •7. Назвіть основні причини відхилення вектора вихідного стану від необхідного значення?
- •8. Для яких цілей необхідні керуючі впливи?
- •9. Що називаеться керуючим пристроєм?
- •10. Що називається системою автоматичного керування?
- •11. Які принципи керування вам відомі?
- •12. Яка сау називається замкнутою?
- •13. У чому складаеться сутність принципу керування по збурюванню?
- •14. Основні переваги і недоліки сау, побудоватних на бузі принципу керування по збурюванню?
- •15. У чому полягає сутність керування по відхиленню?
- •16. Для яких цілей використовується зворотний зв’язок у сау? Які види зворотних зв’язків вам відомі?
- •17. У чому полягають основні особливості принципу комбінованого керування?
- •18. Які основні переваги і недоліки сау з комбінованим керуванням Вам відомі?
- •19. Що називається статичною характеристикою сау і її елементів?
- •20. Які види статичних характеристик сау Вам відомі?
- •21. Які особливості властиві астатичним елементам?
- •22. Дайте визначення сатичної сау?
- •23. Дайте визначення астатичної сау?
- •24. Які способи з’єднання елементів сау вам відомі?
- •25. Як визначити статичну характеристику сау, що складається з послідовно з’єднаних елементів?
- •26 Як визначити статичну характеристику сау, що складається з паралельно з’єднаних елементів?
- •27. Як визначити статичну характеристику сау при з'єднанні лементів з використанням зворотного зв'язка?
- •28. Для яких цілей використається лінеаризація статичних характеристик сау?
- •29. Опишіть основні принципи лінеаризації статичних характеристик сау?
- •30. Що розуміється під поняттям динамічні режими роботи сау?
- •31.Який математичний апарат використається для аналізу динамічних
- •33. Як представити рівняння руху сау у формі Коші?
- •34.Які методи рішення диференціальних рівнянь Вам відомі?
- •35. Що називається перетворенням Лапласа. Як воно виробляється?
- •36. Які основні властивості перетворення Лапласа Вам відомі?
- •37.Що називається передатною функцією сау?
- •38. Що називається характеристичним рівнянням системи?
- •39. Частотні характеристики сау і їхнє експериментальне визначення?
- •40. Змінні стани і рівняння стану динамічної системи?
- •41. Типові динамічні ланки і їхні рівняння, передатні функції, тимчасові і частотні характеристики?
- •42. Правила структурних перетворень сау і визначення передатних функцій складних систем?
- •43.Застосування теорії графів для визначення передатних функцій складних багатоконтурних сау?
- •44. Прямі показники якості перехідних процесів?
- •45. Оцінка якості перехідних процесів по частотних характеристиках?
- •46. Кореневі критерії оцінки якості перехідних процесів?
- •47. Інтегральні методи оцінки якості перехідних процесів?
- •48. Характеристики основних елементів сау: тиристорний перетворювач, широтно-імпульсний перетворювач, датчик струму, датчик швидкості, електродвигун постійного струму, асинхронний двигун?
- •49. Стійкість сау. Алгебраїчні критерії стійкості?
- •50. Стійкість сау. Частотні критерії стійкості?
- •51. Статистичні характеристики сау і зв'язок між ними?
- •52. Комбіновані аср. Принцип інваріантості?
- •53. Каскадні аср. Розрахунок каскадних аср?
- •54. Взаємозалежні системи регулювання. Методи розрахунку зв'язаних систем регулювання. Принцип автономності?
- •55. Регулювання об'єктів із запізнюванням?
- •56. Системи регулювання нестаціонарними об'єктами?
- •57. Робастні системи керування і чутливість?
- •58. Синтез сау методом логарифмічних частотних характеристик для об'єктів з астатизмом другого порядку?
- •59. Синтез сау методом логарифмічних частотних характеристик для об'єктів з астатизмом першого порядку?
- •60. Синтез сау методом логарифмічних частотних характеристик для статичних об'єктів?
- •61. Експрес методи розрахунку настроювання одно контурних систем регулювання?
- •62. Модальне керування в сау?
- •63. Синтез систем керування з регулятором стану?
- •Екзаменаційні питпння за курсом «тау – частина2»
- •2. Нелінійні характеристики (однозначні, неоднозначні) і їхній математичний опис.
- •3. Методи лінеаризації нелінійних характеристик.
- •4. Дослідження нелінійних систем (метод гармонійного балансу).
- •5. Дослідження нелінійних систем (метод фазових траєкторій).
- •6. Нелінійні системи (побудова перехідного процесу по фазовій траєкторії).
- •7. Нелінійні системи (побудова фазових траєкторій методом ізоклін).
- •8. Нелінійні системи (знаходження результуючої статичної характеристики при паралельному, послідовному, зустрічно-паралельному з'єднанні нелінійних елементів).
- •9. Методи дослідження стійкості нелінійних систем. Другий (прямій) метод Ляпунова.
- •10. Методи дослідження стійкості нелінійних систем. Критерій абсолютної стійкості в.М. Попова.
- •11. Поняття про дискретні системи автоматичного керування і їхня класифікація.
- •12. Релейні системи автоматичного керування. Визначення, особливості, призначення, достоїнства й недоліки.
- •13. Особливості динаміки релейних систем автоматичного керування.
- •14. Фазові портрети релейних систем.
- •15. Імпульсні системи автоматичного керування. Визначення, особливості, призначення, класифікація, достоїнства й недоліки.
- •16. Особливості динаміки імпульсних систем автоматичного керування.
- •17. Математичний апарат імпульсних систем (ґратчаста функція, зміщена ґратчаста функція).
- •18. Математичний апарат імпульсних систем (різниця ґратчастих функцій, різницеві рівняння).
- •19. Математичний апарат імпульсних систем (z-перетворення і його основні властивості).
- •20. Передатні функції імпульсного фільтра.
- •21. Цифрові системи автоматичного керування. Визначення, особливості, призначення, достоїнства.
- •23. Опишіть типову структуру одно контурної сау.
- •29. Розрахунок помилок у цас.
- •30. Способи побудови перехідних процесів у цас.
- •31. Порядок синтезу цсу для об'єктів з астатизмом другого порядку.
- •32. Порядок синтезу цсу для об'єктів з астатизмом першого порядку.
- •34. Модальне керування в цсу.
- •35. Поняття оптимальної системи автоматичного керування.
- •36. Послідовність проектування оптимальної сау.
- •45. Класифікація адаптивних і самонастроювальних систем.
- •46. Самонастроювальні сау з оптимізацією статичних режимів.
- •47. Самонастроювальні сау з оптимізацією динамічних режимів.
- •48. Методи пошуку екстремуму функції настроювальних параметрів.
- •49. Найпростіша що самоорганізується сау.
- •50. Поняття про системи, що самонавчаються, автоматичного керування.
9. Методи дослідження стійкості нелінійних систем. Другий (прямій) метод Ляпунова.
в тетьради
10. Методи дослідження стійкості нелінійних систем. Критерій абсолютної стійкості в.М. Попова.
11. Поняття про дискретні системи автоматичного керування і їхня класифікація.
Рассмотрим системы автоматического управления, в которых передача, обработка и преобразование информации осуществляются только в определенные моменты времени, то есть дискретно. В этом случае в системах действуют сигналы, являющиеся некоторой последовательностью импульсов, и такие системы называются дискретными. Создание дискретных систем может быть вызвано многими причинами.
Во-первых, принцип действия некоторых элементов, входящих в систему, может быть дискретным. К примеру, в системе управления ракетой имеется импульсная радиолокационная станция (РЛС), измеряющая координаты цели и ракеты (рис. 1.1). По своему принципу действия она выдает информацию дискретно с частотой следования импульсов станции, поэтому и вся система управления будет дискретной. В качестве другого примера можно указать на САУ, имеющие в своем составе цифровые вычислительные машины (ЦВМ), являющиеся дискретными устройствами.
Рис. 1.1. Блок - схема системы автоматического управления
Во-вторых, в дискретных системах проще реализовать сложные алгоритмы управления. Так, при использовании ЦВМ алгоритм задается в виде программы, сложность которой практически не влияет на конструкцию системы. Смена программы, то есть алгоритма управления, производится без больших затрат времени. В непрерывных же САУ повышение сложности алгоритма управления требует включения в состав системы новых элементов, а замена алгоритма связана с существенным усложнением конструкции.
В-третьих, точность решения алгоритмов управления с помощью дискретных устройств (например, ЦВМ) обычно выше, чем с помощью непрерывных. Это положение требует более подробного объяснения. Дискретная обработка информации за счет импульсного характера сигналов неизбежно приводит к ее потере, так как на интервалах, где импульсы отсутствуют, полезная информация не используется. Поэтому, если для решения одного и того же алгоритма использовать дискретные и непрерывные устройства, то точность последних в идеальном случае будет выше. За счет потери части информации дискретные устройства обладают методической погрешностью, то есть такой, которая зависит от метода обработки. Однако как дискретные, так и непрерывные устройства имеют и другие погрешности - инструментальные, зависящие от неточностей изготовления отдельных элементов, нестабильностей параметров, внутренних шумов и помех. Оказывается, что инструментальные погрешности непрерывных устройств значительно больше, чем устройств дискретных, и сильно растут с усложнением алгоритма обработки. В итоге суммарная погрешность дискретных устройств оказывается меньше инструментальной погрешности непрерывных, что и позволяет говорить о более высокой точности работы дискретных систем.
Перечисленные преимущества привели к широкому использованию дискретных систем. Особенно большое распространение получили системы с ЦВМ. Классификация дискретных систем базируется на признаках, определяющих особенности протекания процессов управления и методики исследования. По этим признакам дискретные системы можно разделить на линейные и нелинейные (в зависимости от применимости к ним принципа суперпозиции) и на стационарные и нестационарные (по степени изменения параметров во времени). Кроме них имеются и другие признаки, характерные только для дискретных систем. Перечислим их и дадим дополнительную классификацию дискретных САУ. При изучении теории дискретных систем следует четко различать такие понятия, как процесс и сигнал. Процесс отображает ту информацию, которая преобразуется системой, а сигнал является физическим носителем этой информации. В непрерывных системах оба эти понятия отождествляются, так как значения сигнала в любой момент времени пропорциональны значениям процесса. В теории дискретных систем указанные понятия надо различать. Благодаря наличию импульсных сигналов информация в системе передается отдельными частями, квантами. Процессы, описывающие преобразование этой информации, называются дискретными, а преобразование непрерывных процессов в дискретные называется квантованием. Существует три вида квантования: по времени, по уровню и по времени и уровню одновременно. При квантовании по времени исходная непрерывная функция x(t) преобразуется в последовательность дискретных значений x(ti), где ti-это дискретные моменты времени на временной оси. Расстояние между значениями ti может быть произвольным, однако на практике чаще всего имеет место случай периодического квантования с постоянным периодом повторения Тn, показанный на рис.1.2, а. При этом ti =iTn, где число i может принимать все целые значения от -∞ до +∞. При квантовании по уровню вся область возможных х разбивается на отдельные дискретные уровни и дискретный процесс может принимать только те значения, которые совпадают с выбранными уровнями. На рис.1.2, б показано квантование по уровню процесса x(t) в случае постоянного шага квантования Δ. Комбинированный случай квантования по времени и уровню при постоянном периоде Tn и шаге Δ показан на рис.1.2, в. Информация о значениях дискретного процесса передается с помощью импульсных сигналов путем модуляции их параметров: амплитуды, длительности, фазы, частоты. Отсюда различают системы с амплитудной, широтной, фазовой и частотной модуляциями. Особую группу составляют системы с кодовой модуляцией, когда значения процесса передаются путем выбора числа импульсов и их местоположения в группе. Сразу заметим, что такой вид модуляции применяется в цифровых вычислительных машинах. В некоторых дискретных системах вид модуляции и форма используемых импульсов могут влиять на качество обработки информации, что усложняет методику исследования. Одним из достоинств кодовой модуляции является то, что форма импульсов и тип кода практически не влияют на работу системы.
Рис. 1.2. Квантование сигналов по времени (а); уровню (б); по времени и по уровню (в)
Если каждый квант информации дискретного процесса, квантованного только по времени, передается с помощью импульса при определенном виде модуляции его параметров, то дискретные системы называются импульсными. В итоге различают импульсные системы с амплитудной (АИМ), широтной (ШИМ), фазовой (ФИМ), частотной (ЧИМ) видами модуляции. Кроме того, бывают системы с комбинированными видами модуляции. Если в системах с АИМ амплитуда импульсов пропорциональна значениям квантованного процесса, то такие импульсные системы могут быть линейными. При всех других видах модуляции они относятся к классу нелинейных систем. Если в дискретных САУ преобразуются процессы, квантованные по уровню, то они называются релейными. Системы с квантованием процессов по времени и уровню называются цифровыми. Как релейные, так и цифровые системы являются нелинейными. Если все сигналы в системе являются дискретными, то она называется чисто дискретной, если же часть сигналов остается непрерывными, то дискретно-непрерывной. Так как в чисто дискретной системе все сигналы и, следовательно, процессы имеют одинаковую дискретную структуру, то теория таких систем сравнительно проще. Дискретно-непрерывные системы являются промежуточным случаем между непрерывными и чисто дискретными, поэтому методика их исследования сложнее, так как она должна включать в себя элементы теории как непрерывных, так и чисто дискретных систем. Исходя из этого, целесообразно теорию дискретных систем начинать с изучения систем чисто дискретных, распространив затем полученные результаты на дискретно-непрерывные. Чтобы не усложнять терминологию, чисто дискретные системы в дальнейшем будем называть просто дискретными. Там, где это необходимо по ходу описания, будет применяться полный термин "чисто дискретная система". В развитие теории дискретных систем большой вклад внесли советские ученые Я. 3. Ципкин [16], Л. Т. Кузин [10] и целый ряд других.
В процессе изложения дальнейшего материала мы не будем касаться вопросов теории релейных систем, а также импульсных систем с ШИМ, ФИМ и ЧИМ. Основные сведения по этим системам можно найти в указанной выше литературе. Таким образом, мы сосредоточим наше внимание на цифровых системах и импульсных с амплитудно-импульсной модуляцией. С точки зрения видов квантования, показанных на рис. 1.2, будем рассматривать только процессы с квантованием по времени и по времени и уровню одновременно (рис. 1.2, а и б).