Оглавление

Предисловие5

Сокращения и условные обозначения6

Введение7

1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ11

1.1. Основные понятия, определения и термины теории управления 11

1.2. Функциональная и алгоритмическая структуры системы

управления (СУ) 15

1.3. Принципы построения и классификация СУ 20

1.4. Примеры СУ 25

Контрольные задания и вопросы 29

2. Методы математического описания линейных

ЭЛЕМЕНТОВ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ30

2.1. Общие понятия о передаточных свойствах элементов и систем 30

2.2. Временные характеристики сигналов и типовых воздействий 33

2.3. Статические характеристики элементов 38

2.4. Линейные дифференциальные уравнения как динамические

характеристики 45

2.5. Временные (переходные) характеристики 48

2.6. Операторный метод и передаточная функция 52

2.7. Частотные характеристики 57

2.8. Статические и динамические характеристики типовых

соединений элементов 62

2.9. Элементарные операции машинного математического моделирования 68

Контрольные задания и вопросы 70

3. Характеристики и модели типовых динамических

ЗВЕНЬЕВ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ72

3.1. Классификация звеньев 72

3.2. Безынерционное звено 74

3.3. Инерционное звено первого порядка 77

3.4. Инерционные звенья второго порядка 83

3.5. Интегрирующие звенья 91

3.6. Дифференцирующие звенья 96

3.7. Звено запаздывания 101

Контрольные задания и вопросы 104

4. ТИПОВЫЕ ОБЪЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ105

4.1. Общие понятия об анализе объектов управления 105

4.2. Генератор постоянного тока 107

4.3. Двигатель постоянного тока 111

Контрольные задания и вопросы 116

5. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ (СУ)118

5.1. Правила преобразования алгоритмических структур 118

5.2. Пример составления передаточных функций и уравнений

динамики СУ 124

5.3. Передаточные функции типовой одноконтурной СУ 127

Контрольные задания и вопросы 131

6. ТОЧНОСТЬ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ133

6.1. Общие понятия о точности управления 133

6.2. Точность статических и астатических систем стабилизации 134

6.3. Динамическая точность СУ 137

6.4. Типовые линейные алгоритмы управления 141

Контрольные задания и вопросы 143

7. АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ144

7.1. Понятие, виды и общее условие устойчивости 144

7.2. Алгебраический критерий устойчивости Гурвица 149

7.3. Частотный критерий устойчивости Найквиста 153

7.4. Влияние структуры и передаточного коэффициента СУ

на устойчивость 160

Контрольные задания и вопросы 164

8. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА УПРАВЛЕНИЯ166

8.1. Понятие и основные показатели качества 166

8.2. Приближённая оценка качества по параметрам разомкнутого контура 176

8.3. Приближённая оценка качества по ЛАЧХ разомкнутого контура 182

8.4. Интегральные показатели качества 184

Контрольные задания и вопросы 188

Список дополнительной рекомендуемой литературы189

Предисловие

Предлагаемое студентам учебное пособие преследовало цель в краткой форме изложить основные разделы учебной дисциплины «Теория автоматического управления» (ТАУ) с учётом реального объёма учебного времени (≈ 80 часов, в том числе ≈ 40 часов аудиторных занятий), предусматриваемым учебным планом специальности.

Теория автоматического управления – учебная дисциплина, преподаваемая студентам указанной специальности в течение одного семестра. Целью преподавания ТАУ являются: формирование у студентов прочных знаний об общих принципах построения и законах функционирования автоматических систем управления, основных методах анализа непрерывных систем управления при регулярных внешних воздействиях, привитие студентам практических навыков по составлению функциональной и алгоритмической схем конкретной автоматической системы управления техническим объектом, определению передаточных функций и параметров отдельных конструктивных элементов системы, записи передаточных функций и уравнений статики и динамики линейной системы, расчёту статической и динамической точности управления, анализу устойчивости линейной системы, оценке показателей качества процесса управления.

Материал пособия сформировался в процессе длительного преподавания авторами курса ТАУ студентам, специализировавшимся в области автоматизации технологических процессов.

Основу учебного пособия составляют книги:

• Лукас В. А.Теория управления техническими системами: Учебное пособие для вузов. 4-е издание, исправленное. Екатеринбург: Из-во УГГУ, 2005. 677 с.

• Лукас В. А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1990. 416 с.

• Лукас В. А.Основы теории автоматического управления: Учебник для вузов. М.: Недра, 1977. 376 с.