СОДЕРЖАНИЕ

стр

1. Информация о дисциплине ……………………………………………… 3

1.1.Предисловие ……………………………………………………………. 3

1.2.Содержание дисциплины и виды учебной работы …………………... 4

1.2.1.Объем дисциплины и виды учебной работы ……………………….. 4

1.2.2. Перечень видов практических занятий и видов контроля …………	5
2. Рабочие учебные материалы ……………………………………………..	5
2.1. Рабочая программа ……………………………………………………...	5
2.2. Тематический план дисциплины ………………………………………	11

2.2.1.Тематический план для студентов очной формы обучения ………. 11

2.2.2.Тематический план для студентов очно-заоченой формы обучения ………………………………………………………………. 13

2.2.3.Тематический план для студентов заочной формы обучения ……. 15 2.3. Структурно-логическая схема дисциплины «Теория

автоматического управления» …………………………………………	17
2.4. Практический блок ……………………………………………………..	18
2.4.1. Лабораторный практикум ……………………………………………	18

2.5.Временной график изучения дисциплины ……………………………. 18

2.6.Балльно-рейтинговая система …………………………………………. 19

3.Информационный ресурсы дисциплины ……………………………….. 20

3.1.Библиографический список ……………………………………………. 20

3.2.Опорный конспект по дисциплине ……………………………………. 21

Введение ……………………………………………………………………... 21

Раздел 1. Введение. Основные понятия и определения ……………..	21
1.1. Основные понятия ………………………………………………	23
Вопросы для самопроверки ……………………………………………	24
Раздел 2. Общая характеристика автоматического управления …….	24
2.1. Классификация и общая характеристика САУ ………………….	24
Вопросы для самопроверки ……………………………………………	28
Раздел 3. Теория линейных и непрерывных систем …………………	29

3.1.Виды математических моделей САУ ……………………………. 29

3.2.Структурные схемы САУ ………………………………………... 35

3.3. Преобразование структурных схем ……………………………… 39

3.3.1.Последовательное соединение звеньев ………………………... 39

3.3.2.Параллельные соединения звеньев ……………………………. 40

3.3.3. Соединение с обратной связью ………………………………… 40

247

3.3.4.Перестановка местами звеньев структурной схемы ………….. 40

3.3.5.Перестановка местами узлов суммирования

идинамических звеньев ………………………………………... 41

3.3.6.Перестановка местами узлов разветвления

идругих звеньев структурной схемы …………………………. 42

3.3.7.Инверсия направления прямого пути …………………………. 42

3.3.8.Инверсия замкнутого контура …………………………………. 43

3.4.Ориентированный графы непрерывных САУ …………………... 43

3.5.Описание систем управления моделями пространства

состояний ………………………………………………………….	46
3.5.1. Уравнения состояния САУ …………………………………….	46
3.5.2. Векторно-матричное описание непрерывной системы ………	48
3.5.3. Преобразование Лапласа матричного уравнения
системы управления ……………………………………………	51

3.6.Временные характеристики систем и их элементов ……………. 52

3.6.1.Импульсные переходные характеристики …………………….. 53

3.6.2.Переходные характеристики …………………………………... 53

3.7.Частотные характеристики непрерывных систем

автоматического управления …………………………………….	54
3.7.1. Общие положения ……………………………………………….	54
3.7.2. Построение частотных характеристик …………………………	55

3.7.3.Логарифмические частотные характеристики ………………... 55

3.8.Типовые звенья ……………………………………………………. 59

3.8.1.Безынерционное звено ………………………………………….. 60

3.8.2.Апериодическое звено ………………………………………….. 61

3.8.3.Интегрирующее звено ………………………………………….. 63

3.8.4.Дифференцирующее звено …………………………………….. 64

3.8.5.Колебательное звено ……………………………………………. 65

3.9.Пример составления математического описания ………………. 67

Вопросы для самопроверки ……………………………………………	70
Раздел 4. Анализ и синтез линейных САУ …………………………...	71
4.1. Устойчивость линейных непрерывных систем управления ……	71
4.1.1. Общее условие устойчивости замкнутых непрерывных
систем ……………………………………………………………	72
4.1.2. Критерии устойчивости …………………………………………	73

4.1.2.1.Алгебраические критерии устойчивости ……………………. 73

4.1.2.2.Частотные критерии устойчивости ………………………….. 76

248

4.2. Анализ точности и качества процессов управления ……………. 84 4.2.1. Оценка точности САУ в установившихся режимах ………….. 84

4.2.1.1.Точность САУ в режиме стабилизации ……………………... 84

4.2.1.2.Установившиеся ошибки при отработке медленно меняющихся внешних воздействий (коэффициент ошибок) . 88

4.2.1.3.Анализ влияния порядка астатизма системы на

установившиеся ошибки при отработке типовых степенных воздействий …………………………………………………… 90

4.2.2. Оценка качества работы САУ в переходных режимах ……….. 93

4.2.2.1.Показатели качества переходных процессов ……………….. 93

4.2.2.2Связь частотных показателей с основными прямыми

показателями качества ………………………………………...	97
4.3. Синтез систем автоматического управления ……………………	98
4.3.1. Задачи и классификация методов синтеза …………………….	98
4.3.2. Синтез желаемой ЛАЧХ разомкнутой системы ………………	100
4.3.2.1. Синтез желаемой ЛАЧХ в области низких частот …………	101

4.3.2.2.Синтез желаемой ЛАЧХ в области средних частот ……….. 106

4.4.Синтез корректирующих устройств ……………………………. 108

4.4.1.Схемы включения и классификация корректирующих устройств ………………………………………………………. 108

4.4.2.Определение передаточной функции последовательного корректирующего звена ……………………………………….. 109

4.4.3.Определение передаточной функции корректирующего

устройства в виде отрицательной местной обратной связи … 110

4.5.Синтез последовательных корректирующих устройств (регуляторов) в системах подчиненного регулирования …….. 112

4.5.1.Настройка на “оптимум по модулю” ………………………… 112

4.5.2.Настройка на “симметричный оптимум” ……………………. 115

4.5.3.Модальное управление при полностью измеряемом векторе состояния объекта управления ……………………... 118

4.5.4.Модальное управление при неполной информации

овекторе состояния объекта управления …………………… 120 Вопросы для самопроверки ………………………………………… 121

Раздел 5. Теория дискретных САУ …………………………………. 123

5.1.Понятия о дискретных САУ ……………………………………. 123

5.2.Математическое представление дискретных функций ………. 126

5.3.Z-преобразования ……………………………………………….. 129

249

5.3.1.Связь спектров непрерывного и дискретного сигналов ……. 132

5.3.2.Связь между непрерывным преобразованием Лапласа

и Z-преобразованием …………………………………………. 134

5.3.3.Обратное преобразование Лапласа ………………………….. 136

5.4.Структурные схемы …………………………………………….. 141

5.4.1.Дискретно-непрерывная система …………………………….. 141

5.4.2.Дискретная система с несколькими импульсными элементами …………………………………………………….. 142

5.5.Векторно-матричное описание ………………………………... 147

5.6.Частотные характеристики …………………………………….. 150

5.7.Устойчивость систем …………………………………………... 154

5.8.Анализ качества ………………………………………………… 155

Вопросы для самопроверки ………………………………………….. 157 Раздел 6. Нелинейные системы ……………………………………… 158

6.1.Основные понятия и определения …………………………….... 158

6.2.Прямой метод Ляпунова ………………………………………. 163

6.3.Частотный метод В.М. Попова ……………………………….. 166

6.4.Метод гармонической линеаризации ………………………….. 168

6.5.Методы фазового пространства ……………………………….. 176

6.6.Коррекция нелинейных систем ………………………………... 187

6.7. Скользящие режимы в релейных системах ……………………	194
6.8. Статистическая линеаризация нелинейных характеристик …...	197
Вопросы для самопроверки …………………………………………..	200
Заключение …………………………………………………………………..	201

3.3.Глоссарий ……………………………………………………………….. 201

3.4.Методические указания к выполнению лабораторных работ ……….. 202 Работа1. Исследование динамических свойств типовых звеньев

САУ ……………………………………………………………. 202

Работа 2. Исследование точности работы САУ ………………………. 202 Работа 3. Определение оптимальных настроечных параметров

ПИрегулятора ………………………………………………. 205

Работа 4. Исследование дискретной системы автоматического управления …………………………………………………… 210

Работа 5. Исследование параметров релейной позиционной системы 212 4. Блок контроля освоения дисциплины …………………………………... 219

4.1.Методические указания к выполнению курсовой работы …………... 219

4.2.Тренировочные тесты текущего контроля ……………………………. 219

250

Тест 1 …………………………………………………………………… 219 Тест 2 …………………………………………………………………… 220 Тест 3 …………………………………………………………………... 221 Тест 4 …………………………………………………………………... 227 Тест 5 …………………………………………………………………... 237 Тест 6 …………………………………………………………………... 239

Правильные ответы на тесты текущего контроля …………………... 242 4.4. Итоговый контроль. Вопросы к экзамену и зачету …………………... 244

Содержание ………………………………………………………………….. 247

251