- •Теория автоматического управления
- •Часть 1
- •Утверждено редакционно-издательским советом университета
- •1. Информация о дисциплине
- •1.2. Содержание дисциплины и виды учебной работы
- •1.2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы
- •1.2.2. Перечень видов практических занятий и видов контроля
- •Рабочие учебные материалы
- •2.1. Рабочая программа
- •Раздел 1. Введение. Основные понятия и определения (10 часов)
- •Раздел 2. Общая характеристика автоматического управления (10 часов)
- •Раздел 3. Теория линейных непрерывных систем (60 часов)
- •Тема 1. Виды математического описания непрерывных систем
- •Тема 2. Частотные характеристики динамических систем
- •Тема 3. Логарифмические частотные характеристики типовых соединений звеньев
- •Тема 4. Математические модели динамических систем в форме переменных состояния
- •Раздел 4. Анализ и синтез линейных сау (60 часов)
- •Тема 5. Алгебраические и частотные методы анализа устойчивости линейных систем
- •Тема 6. Качество и точность процессов в сау
- •Тема 7. Синтез систем автоматического управления
- •Тема 12. Z-преобразования
- •Тема 13. Структурные схемы и передаточные функции
- •Тема 14. Векторно-матричные модели
- •Тема 15. Частотные характеристики
- •Тема 16. Анализ устойчивости
- •Тема 17. Анализ качества переходных процессов
- •Тема 18. Синтез дискретных систем
- •Раздел 6. Нелинейные системы (55 часов)
- •Тема 19. Основные понятия и определения
- •Тема 20. Методы линеаризации нелинейных систем
- •Тема 21. Исследование нелинейных систем
- •2.2. Тематический план дисциплины
- •2.3. Структурно-логическая схема дисциплины «Теория автоматического управления»
- •2.4. Практический блок
- •2.5. Временной график изучения дисциплины
- •3.1. Библиографический список
- •Дополнительная
- •3.2. Опорный конспект по дисциплине введение
- •Раздел 1. Введение. Основные понятия и определения
- •При работе с данным разделом Вам предстоит:
- •1.1. Основные понятия
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 2. Общая характеристика автоматического управления
- •При работе с данным разделом Вам предстоит:
- •2.1. Классификация и общая характеристика сау
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2. Структурные схемы сау
- •3.3. Преобразование структурных схем
- •3.3.1. Последовательное соединение звеньев
- •3.3.2. Параллельные соединения звеньев
- •3.3.3. Соединение с обратной связью
- •3.3.4. Перестановка местами звеньев структурной схемы
- •3.3.5. Перестановка местами узлов суммирования и динамических звеньев
- •3.3.6. Перестановка местами узлов разветвления
- •3.3.7. Инверсия направления прямого пути
- •3.3.8. Инверсия замкнутого контура
- •3.4. Ориентированные графы непрерывных сау
- •3.5. Описание систем управления моделями пространства состояний
- •3.5.1. Уравнения состояния сау
- •3.5.2. Векторно-матричное описание непрерывной системы
- •3.5.3. Преобразование Лапласа матричного уравнения
- •3.6. Временные характеристики систем и их элементов
- •3.6.1. Импульсные переходные характеристики
- •3.6.2. Переходные характеристики
- •3.7. Частотные характеристики непрерывных систем автоматического управления
- •3.7.1. Общие положения
- •3.7.2. Построение частотных характеристик
- •3.7.3. Логарифмические частотные характеристики
- •3.8. Типовые звенья
- •3.8.1. Безынерционное звено
- •3.8.2. Апериодическое звено
- •3.8.3. Интегрирующее звено
- •3.8.4. Дифференцирующее звено
- •3.8.5. Колебательное звено
- •3.9. Пример составления математического описания
- •Первичная форма описания (дифференциальные и алгебраические уравнения)
- •Передаточные функции элементов
- •Структурная схема системы
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 4. Анализ и синтез линейных сау
- •При работе с данным разделом Вам предстоит:
- •4.1. Устойчивость линейных непрерывных систем управления
- •4.1.1. Общее условие устойчивости замкнутых непрерывных систем
- •4.1.2. Критерии устойчивости
- •4.1.2.1. Алгебраические критерии устойчивости
- •4.1.2.2. Частотные критерии устойчивости
- •Критерий годографа характеристического полинома
- •Критерий Найквиста
- •4.2. Анализ точности и качества процессов управления
- •4.2.1. Оценка точности сау в установившихся режимах
- •4.2.1.1. Точность сау в режиме стабилизации
- •4.2.1.2. Установившиеся ошибки при отработке медленно меняющихся внешних воздействий (коэффициенты ошибок)
- •4.2.1.3. Анализ влияния порядка астатизма системы на установившиеся ошибки при отработке типовых степенных воздействий
- •4.2.2. Оценка качества работы сау в переходных режимах
- •4.2.2.1. Показатели качества переходных процессов
- •4.2.2.2 Связь частотных показателей с основными прямыми показателями качества
- •4 Рис. 4.22.3. Синтез систем автоматического управления
- •4.3.1. Задачи и классификация методов синтеза
- •4.3.2. Синтез желаемой лачх разомкнутой системы
- •4.3.2.1. Синтез желаемой лачх в области низких частот
- •Статическая система (с астатизмом равным нулю)
- •Астатическая система первого порядка
- •Приравнивая Emax и eДоп, имеем
- •Делим (4.6) на (4.5) и получаем
- •Подставляем (4.7) в (4.5), получаем
- •4.3.2.2. Синтез желаемой лачх в области средних частот
- •4.4. Синтез корректирующих устройств
- •4.4.1. Схемы включения и классификация корректирующих устройств
- •4.4.2. Определение передаточной функции последовательного корректирующего звена
- •4.4.3. Определение передаточной функции корректирующего устройства в виде отрицательной местной обратной связи
- •В соответствии с характеристикой Lку(), полученной на рис. 4.39 графически, передаточная функция
- •4.5. Синтез последовательных корректирующих устройств (регуляторов) в системах подчиненного регулирования
- •4.5.1. Настройка на “оптимум по модулю”
- •4.5.2. Настройка на “симметричный оптимум”
- •4.5.3. Модальное управление при полностью измеряемом векторе состояния объекта управления
- •4.5.4. Модальное управление при неполной информации о векторе состояния объекта управления
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 5. Теория дискретных сау
- •При работе с данным разделом Вам предстоит:
- •5.1. Понятия о дискретных сау
- •5.2. Математическое представление дискретных функций
- •5.3.1. Связь спектров непрерывного и дискретного сигналов
- •5.3.2. Связь между непрерывным преобразованием Лапласа и z-преобразованием
- •5.3.3. Обратное преобразование Лапласа
- •5.4. Структурные схемы
- •5.4.1. Дискретно-непрерывная система
- •5.4.2. Дискретная система с несколькими импульсными элементами
- •5.5. Векторно-матричное описание
- •Ей соответствует разностное уравнение
- •Полное переходное уравнение состояния
- •5.6. Частотные характеристики
- •5.7. Устойчивость систем
- •5.8. Анализ качества
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 6. Нелинейные системы
- •При работе с данным разделом Вам предстоит:
- •6.1. Основные понятия и определения
- •6.2. Прямой метод Ляпунова
- •6.3. Частотный метод в.М. Попова
- •6.4. Метод гармонической линеаризации
- •6.5. Методы фазового пространства
- •6.6. Коррекция нелинейных систем
- •6.7. Скользящие режимы в релейных системах
- •6.8. Статистическая линеаризация нелинейных характеристик
- •Вопросы для самопроверки
- •Заключение
- •3.3. Глоссарий
- •3.4. Методические указания к выполнению лабораторных работ Работа 1. Исследование динамических свойств типовых звеньев сау
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Задание на лабораторную работу
- •Работа 2. Исследование точности работы сау
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Задание на лабораторную работу
- •Работа 3. Определение оптимальных настроечных параметров
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Задание на лабораторную работу
- •Работа 4. Исследование дискретной системы автоматического управления
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Задание на лабораторную работу
- •Работа 5. Исследование параметров релейной позиционной системы
- •1. Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Порядок выполнения работы
- •4. Блок контроля освоения дисциплины
- •4.3. Тренировочные тесты текущего
- •Тест № 1
- •Тест № 2
- •Тест № 3
- •9. Составляющая переходного процесса называется вынужденной, если она стремится
- •10. Составляющая переходного процесса называется свободной, если она стремится
- •21. Какое уравнение соответствует звену первого порядка
- •24. Каким будет запас устойчивости по фазе, если на частоте среза лачх разомкнутой системы текущее значение фазы равно 120 градусов?
- •36. Какой из двух переходных процессов с одним и тем же установившемся значением заканчивается раньше – с большим значением линейной интегральной оценки или с меньшим?
- •Тест № 6
- •Правильные ответы на тренировочные тесты текущего контроля
- •Итоговый контроль. Вопросы к экзаменам и зачету
- •Содержание
- •Людмила Петровна Козлова, Олег Иванович Золотов Теория автоматического управления
- •Часть 1
- •1 91186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д.5
Тема 14. Векторно-матричные модели
Векторно-матричные модели линеаризованных дискретных САУ. Составление уравнений состояния по структурной схеме. Каноническая форма уравнений состояния. Передаточные матрицы системы.
Тема 15. Частотные характеристики
Комплексные спектры решетчатых функций. Годографы Z-преобразования и способы их построения. Годографы элементарных функций. W-преобразование и его свойства. Спектральные характеристики ДСАУ в функции псевдочастоты. Логарифмические амплитудные и фазовые частотные характеристики дискретных систем и их особенности. Построение частотных характеристик неминимально-фазовых звеньев. Построение ЛАЧХ и АФЧХ ДСАУ точным и приближенным способами.
Тема 16. Анализ устойчивости
Алгебраические методы анализа устойчивости ДСАУ по критериям Шур-Кона, Рауса и Гурвица. Принцип аргумента. Частотные методы анализа устойчивости с использованием ЛФЧХ разомкнутых систем (критерии, аналогичные критериям Михайлова и Найквиста).
Тема 17. Анализ качества переходных процессов
Связь показателей качества с частотными характеристиками систем. Показатели качества, определяемые в НЧ-, СЧ- и ВЧ-областях частотной характеристики разомкнутой САУ. Расчет переходного процесса на выходе системы с использованием различных способов определения обратного Z-преобразования. Построение переходного процесса по разностному уравнению, составленному по передаточным функциям замкнутой или разомкнутой системы. Примеры расчета. Установившаяся ошибка, коэффициенты ошибок, добротность системы. Построение переходного процесса цифровой САУ (учет квантования по уровню).
Анализ дискретных САУ методом переменных состояния. Построение переходных процессов методом переменных состояния. Статистический учет квантования по уровню.
Тема 18. Синтез дискретных систем
Обеспечение заданной точности и запасов устойчивости. Типовые желаемые ЛЧХ дискретной системы и ее непрерывной части. Построение желаемой частотной характеристики дискретной САУ с использованием точного и приближенного способов построения ЛЧХ. Расчет непрерывных корректирующих средств. Расчет дискретных корректирующих средств и корректирующей линейной программы ЦВМ. Учет влияния квантования по уровню. Анализ возможности появления периодических режимов в цифровых САУ. Синтез систем на основе метода переменных состояния. Применение метода полиномиальных уравнений для синтеза ДСАУ.
Разработка цифровых алгоритмов управления методом пространства состояний. Разработка алгоритма управления при дискретной коррекции. Синтез цифровых систем управления с апериодическим процессом. Условие физической реализуемости. Синтез по заданному расположению полюсов с помощью обратной связи по состоянию. Синтез цифровых САУ с обратной связью по состоянию и динамической обратной связью по выходу.
Раздел 6. Нелинейные системы (55 часов)
[2], с. 249-337
Тема 19. Основные понятия и определения
Общее понятие нелинейной системы. Классы нелинейностей. Примеры нелинейных систем. Понятие об устойчивости. Определение устойчивости. Неустойчивость и притяжение в нелинейных системах. Устойчивость при постоянно действующих возмущениях и диссипативность нелинейных систем. Определение устойчивости нелинейных систем с разрывными характеристиками. Неединственное состояние равновесия.