| Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию РЫБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВИАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ П. А. СОЛОВЬЕВА ФАКУЛЬТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ИНФОРМАТИКИ | |||||||||||||||||||||||||||||||
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ | ||||||||||||||||||||||||||||||||
УТВЕРЖДАЮ Декан ФРЭИ ____________ А. И. Дворсон | ||||||||||||||||||||||||||||||||
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА | ||||||||||||||||||||||||||||||||
по дисциплине Теория автоматического управления Для специальности 200400 ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||
Рабочую программу составил ассистент кафедры ЭПЭ А. А. Лаптев | ||||||||||||||||||||||||||||||||
Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры ЭПЭ, протокол № от | ||||||||||||||||||||||||||||||||
Заведующий кафедрой ЭПЭ В. В. Юдин | ||||||||||||||||||||||||||||||||
СОГЛАСОВАНО: | ||||||||||||||||||||||||||||||||
Декан ФЗО М. А. Кабешов | ||||||||||||||||||||||||||||||||
Рыбинск – 2005 |
Настоящая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и учебным планом подготовки специалиста по специальности 200400 ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА.
Цель изучения дисциплины заключается:
– в подготовке специалистов в области систем автоматического управления применительно к разнообразным видам технологического оборудования, используемого в промышленности;
– в обучении общих принципов построения систем автоматического управления, процессов и методов исследования процессов в этих системах;
– в ознакомлении со средствами и методиками автоматизированного проектирования систем автоматического регулирования.
Основные задачи дисциплины:
– ознакомление с базовыми знаниями, понятиями и физическими основами теории автоматического управления;
– изучение основных принципов регулирования ТАУ;
– изучение методов и способов математического описания САР;
– изучение и исследование устойчивости и качества регулирования конкретных САР.
2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение
Цель и задачи изучения дисциплины, ее место в учебном плане. Предмет и методы дисциплины «Теория автоматического управления».
2.1 Физические основы автоматического регулирования
Типы объектов управления и задачи управления; математическое описание линейных систем автоматического управления (САУ);
дифференциальные уравнения физических элементов и их линеаризация; типовые динамические звенья и их операторные, временные и частотные характеристики; способы соединения звеньев в САУ; характеристики разомкнутой и замкнутой САУ; устойчивость САУ; критерий устойчивости; качество регулирования и его оценка; методы улучшения качества регулирования; методы коррекции САУ; нелинейные САУ; постановка задачи исследования нелинейных систем; метод фазовой плоскости; методы стабилизации нелинейных систем; элементы импульсных систем автоматического управления; условные эквивалентности амплитудо-импульсной системы и ее непрерывного аналога.
2.2 Математическое описание линейных САР
Дифференциальные уравнения физических элементов и их линеаризация. Линеаризация дифференциальных уравнений. Пример линеаризации дифференциального уравнения двигателя постоянного тока. Принцип разделения физических элементов на динамические звенья. Операторные, временные и частотные характеристики звеньев и связь между ними. Общие свойства минимально-фазовых устойчивых звеньев. Преобразование произвольного сигнала линейным звеном. Минимально-фазовые звенья. Простейшие звенья. Пропорциональное звено. Интегрирующее звено. Дифференцирующее звено. Звенья первого порядка. Инерционное звено. Форсирующее звено. Инерционно-дифференцирующее звено. Инерционно-форсирующее звено. Колебательное звено. Способы соединения звеньев САР и их эквивалентные характеристики. Последовательное соединение звеньев. Параллельно согласное соединение звеньев. Параллельное встречное соединение звеньев. Преобразование структурных схем. Методика вывода уравнений динамики и составления структурной схемы САР. Двигатель постоянного тока. Статические характеристики. Динамические характеристики двигателя. Характеристика разомкнутой и замкнутой САР, связь между ними.
2.3 Устойчивость САР
Определение устойчивость САР. Постановка задачи исследования устойчивости. Необходимое и достаточное условие устойчивости. Алгебраический критерий Гурвица. Влияние параметров системы на устойчивость. Частотные критерии устойчивости. Критерий Михайлова. Критерий Найквиста. Суждение об устойчивости на основании критерия Найквиста по логарифмическим частотным характеристикам разомкнутой системы. Запасы устойчивости. Влияние параметров линейной САР на их устойчивость. Метод корневого годографа.
2.4 Оценка качества регулирования
Постановка задачи анализа качества регулирования. Основные оценки качества, их характеристики и сравнение по информативности. Точность САР в установившемся режиме при типовых управляющих и возмущающих воздействиях. Установившаяся ошибка САР с различными регуляторами. Интегральная оценка качества. Выбор оптимальных параметров управляющего устройства по минимуму интегральной оценки.
2.5 Нелинейные системы автоматического регулирования
Теоретические сведения. Основные понятия о фазовом пространстве. Фазовые портреты линейного звена второго порядка. Исследование нелинейной системы методом фазовой плоскости. Основные положения метода гармонической линеаризации. Гармонический коэффициент передачи нелинейного звена. Определение параметров автоколебаний. Расчет нелинейной системы методом гармонической линеаризации.
2.6 Типовые линейные законы регулирования
Устойчивость систем регулирования с типовыми регуляторами.
3 ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Исследование основных структур систем автоматического управления на примере модели двигателя постоянного тока.
Экспериментальное определение параметров динамических характеристик линейных звеньев систем автоматического управления.
Исследование устойчивости и качества линейной системы автоматического управления.
Исследование цифровой САР.
4 ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
Не предусмотрено
5 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И
ПЕРЕЧЕНЬ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Основной
5.1 Курс лекций.
5.2 , Попов систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1975.
5.3 Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления/ Под редакцией В. А. Бесекерского. - M.: Наука, 1978.
Дополнительный
5.4 , Изранцев автоматического управления с микро-ЭВМ.- М.: Наука, 1987.- 320 с.
5.5 Микроэлектронные устройства автоматики: Учебн. пособие для вузов/ , , и др.; Под ред. .- М.: Энергоатомиздат, 1991.- 384 с.: ил.
5.6 Электротехника и основы электроники: Учебник для вузов. / Под ред. О. П. Глудкина, .- М.: Высшая школа, 1993.
5.7 MATLAB/Simulink.
6 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ СТУДЕНТАМ
ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами при изучении дисциплин:
математика (разделы: «Дифференциальное и интегральное исчисления»);
теоретические основы электротехники (все разделы);
основы микропроцессорной техники (все разделы);
Курс теории автоматического регулирования ставит своей целью ознакомление с общими принципами построения систем автоматического управления, с процессами и методами исследования процессов в этих системах. Принципы построения и исследования систем управления в данном курсе изучаются на основе рассмотрения принципов управления различными техническими устройствами.
В основу курса положена теория автоматического регулирования, которая сформировалась как самостоятельная научная дисциплина к 1940 году.
Изучение дисциплины осуществляется в ходе учебных занятий, как аудиторных, так и самостоятельных. Аудиторные занятия включают в себя лекции и лабораторные работы.
Учебный материал дисциплины достаточно полно изложен в конспекте лекций. Дополнительная литература рекомендуется для более глубокой проработки отдельных разделов и тем дисциплины с целью лучшего их усвоения.
Изучение дисциплины рекомендуется производить последовательно в порядке перечисления разделов и тем рабочей программы. При этом целесообразно вести свой краткий конспект с занесением в него основных понятий и определений дисциплины, расчетных формул, схем приборов, их сравнительных характеристик, временных диаграмм и т. д.
Такой подход позволяет подключить к процессу усвоения материала, в котором участвуют собственно память и зрительная память, еще и так называемую моторную (двигательную) память, что, как показывает практика, в ряде ситуаций оказывается нелишним.
При изучении конкретных разделов дисциплины не следует полагаться на одну лишь память. Необходимо стремиться понять предназначение и последовательность производимых вычислений, структуру применяемых формул, принцип функционирования прибора или системы, ход временных диаграмм. В этом случае, даже если память даст сбой, можно будет восполнить недостающие данные, основываясь на понимании сущности вычислительного или физического процесса.
7 СПИСОК ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ ВОПРОСОВ
7.1 Объект управления. Пример объекта управления.
7.2 Типы объектов управления.
7.3 Функциональные и структурные схемы САР. Задачи управления объектом.
7.4 Разомкнутые системы автоматического регулирования.
7.5 Системы автоматического управления по возмущению.
7.6 Замкнутые системы автоматического регулирования.
7.7 Астатическое регулирование. Комбинированные САР.
7.8 Схема статической системы стабилизации напряжения генератора.
7.9 Астатическая система автоматической стабилизации напряжения генератора.
7.10 Основные задачи исследования систем автоматического регулирования.
7.11 Линеаризация дифференциальных уравнений физических элементов.
7.12 Пример линеаризации дифференциального уравнения двигателя постоянного тока.
7.13 Принцип разделения физических элементов на динамические звенья.
7.14 Операторные, временные и частотные характеристики звеньев и связь между ними.
7.15 Общие свойства минимально-фазовых устойчивых звеньев.
7.16 Пропорциональное звено.
7.17 Интегрирующее звено.
7.18 Дифференцирующее звено.
7.19 Инерционное звено.
7.20 Форсирующее звено.
7.21 Инерционно-дифференцирующее звено.
7.22 Инерционно-форсирующее звено.
7.23 Колебательное звено.
7.24 Последовательное соединение звеньев и параллельно согласное соединение звеньев.
7.25 Параллельное встречное соединение звеньев.
7.26 Преобразование структурных схем.
7.27 Двигатель постоянного тока. Статические и динамические характеристики (без структурной схемы).
7.28 Определение устойчивость САР. Постановка задачи исследования устойчивости. Необходимое и достаточное условие устойчивости
7.29 Алгебраический критерий Гурвица
7.30 Влияние параметров системы на устойчивость
7.31 Частотные критерии устойчивости
7.32 Критерий Михайлова
7.33 Критерий Найквиста
7.34 Суждение об устойчивости на основании критерия Найквиста по логарифмическим частотным характеристикам разомкнутой системы
7.35 Запасы устойчивости
7.36 Влияние параметров линейной САР на их устойчивость
7.37 Метод корневого годографа
7.38 Постановка задачи анализа качества регулирования
7.39 Основные оценки качества, их характеристики и сравнение по информативности
7.40 Точность САР в установившемся режиме при типовых управляющих и возмущающих воздействиях
7.41 Установившаяся ошибка САР с различными регуляторами
7.42 Интегральная оценка качества
7.43 Выбор оптимальных параметров управляющего устройства по минимуму интегральной оценки
7.44 Нелинейные системы автоматического регулирования. Общие понятия.
7.45 Основные понятия о фазовом пространстве
7.46 Фазовые портреты линейного звена второго порядка
7.47 Исследование нелинейной системы методом фазовой плоскости
7.48 Основные положения метода гармонической линеаризации. Гармонический коэффициент передачи нелинейного звена
7.49 Определение параметров автоколебаний
7.50 Расчет нелинейной системы методом гармонической линеаризации
7.51 Типовые линейные законы регулирования
7.52 Устойчивость систем регулирования с типовыми регуляторами
8 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ САМОПРОВЕРКИ
Контрольные вопросы приведены выше в списке экзаменационных вопросов.
