Методические указания по выполнению практических работ для студентов специальности 220200 «Автоматизированные системы обработки информации и управления» по дисциплине (стр. 1 из 6)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО РЫБОЛОВСТВУ
Астраханский государственный технический университет
Институт информационных технологий и коммуникаций
Кафедра
АСОИУ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению практических работ для студентов специальности
220200 «Автоматизированные системы обработки информации и управления» по дисциплине
«Основы теории автоматического управления»
Астрахань - 2004 г.
Авторы: асс. кафедры АСОИУ Щербатов И.А.
Рецензент: ст.пр. кафедры АСОИУ к.т.н. Антонов О.В.
Методические указания предназначены для студентов специальности 220200 «Автоматизированные системы обработки информации и управления», выполняющих практические работы по дисциплине «Основы теории автоматического управления».
Методические указания содержат задания для выполнения работ по классической теории автоматического управления.
Методическое пособие утверждено на заседании кафедры АСОИУ института ИТиК от _12_ _ноября_ 2004 г., протокол №_4_.
СОДЕРЖАНИЕ
Практическая работа №1. «Анализ технологического процесса как объекта управления»………………………………………....4.
Практическая работа №2. «Переходные процессы в системах автоматического регулирования»……………………………….10
Практическая работа №3. «Построение временных характеристик типовых динамических звеньев»………………30
Практическая работа №4. «Преобразование структурных
схем»………………………………………………………………34
Практическая работа №5. «Устойчивость линейных
систем»……………………………………………………………37
Практическая работа №6. «Построение переходных процессов. Расчет настроек регулятора»……………………………………42
Список рекомендованной литературы……………………….…52
Практическая работа №1. «Анализ технологического процесса как объекта управления».
1. Цель работы:
1.1. Научиться производить анализ технологического процесса как объекта управления.
1.2. Изучить основные принципы регулирования.
2. Общие сведения.
Теория автоматического управления (ТАУ) является теоретической базой разработки большинства автоматических устройств. Предметом изучения ТАУ являются принципы построения, методы анализа и синтеза широко распространенных систем автоматического регулирования и управления.
Основоположником ТАУ, возникшей немногим более века назад, является проф. Петербургского технологического института И.А. Вышнеградский (1831—1895). Основы ТАУ были изложены в его работе "О регуляторах прямого действия" (1876 г.) В этой работе он впервые показал, что процессы в устройстве управления и связанном с ним объектом неразрывно связаны между собой и требуют совместного исследования.
В устройствах управления важное место занимает проблема обеспечения устойчивости движения. Основоположником строгой теории устойчивости является профессор Харьковского университета А.М. Ляпунов (1857-1918).
Дадим несколько базовых определений.
Управление – осуществление совокупности воздействий на какой-либо процесс, выбранных из множества возможных на основании информации о внутренних и внешних условиях протекания этого процесса и направленных на поддержание условий протекания этого процесса или улучшение его в соответствии с некоторой заданной целью.
Производственный, технологический или технический объект, нуждающийся для определенного взаимодействия с другими объектами или процессами в специально организованном управляющем воздействии, называется объектом управления (ОУ).
Более частным случаем понятия "управление" является понятие "регулирование". Регулирование - поддержание каких-либо величин, характеризующих процесс, на определенных значениях или изменение их по какому-либо закону.
Регулируемая (управляемая) величина – параметр, который является определяющим для нормального протекания управляемого процесса.
Заданное значение Хз– значение регулируемой (управляемой) величины, которое должно обеспечиваться системой автоматического регулирования.
Регулятор – техническое устройство, реализующее функцию автоматического регулирования.
Система автоматического регулирования – совокупность объекта управления и определенным образом присоединенного к нему регулятора, находящихся во взаимодействии.
Регулирующее воздействие Хр – вырабатываемое регулятором изменение входного параметра объекта, направленное на удовлетворение целей управления.
Управляющее (задающее) воздействие – изменение заданного значения Хз
Возмущающее воздействие Хв – изменение входного параметра объекта, не являющееся следствием работы системы автоматического регулирования.
Рассмотрим основные принципы регулирования используемые в ТАУ.
Рис. 1. Типовая структурная схема системы автоматического регулирования.
a) Регулирование по разомкнутому циклу.
б) Регулирование по возмущению.
в) Регулирование с обратной связью.
г) Комбинированная система.
3. Задание на практическую работу.
3.1.Произвести анализ процесса как объекта управления (определить границы объекта управления, выделить регулируемые, управляющие и возмущающие величины, дать характеристику объекта по самовыравниванию, оценить динамические характеристики по управлению и возмущению, сформулировать цель управления)
3.2.Выбрать принцип регулирования и обосновать сделанный выбор.
3.3.Предложить техническую реализацию системы автоматического регулирования.
3.4.По структурной схеме САР детализировать звенья и связи.
Рис. 2. Развернутая схема системы автоматического регулирования.
ЗУ – задающее устройство, СУ – сравнивающее устройство, Р – регулятор, У – усилитель, ИМ - исполнительный механизм, РО – регулирующий орган, ОУ – объект управления, ЧЭ – чувствительный элемент, ПДП – преобразователь дистанционной передачи.
3.5.Произвести классификацию САР.
4. Варианты заданий на практическую работу.
1. Поддержание микроклимата в помещении.
2. Холодильная камера.
3. Сливной бачок для унитаза.
4. Дверная система
5. Телообменник.
6. Паровая машина.
7. Духовой шкаф.
8. Печь отпуска металлоизделий.
9. Водонапорная башня.
10. Система вторичного электропитания.
11. Печь-утилизатор.
12. Сушилка для томатной пасты.
5. Контрольные вопросы.
1. Дайте определение понятия управления?
2. Какие принципы регулирования Вам известны?
3. Что называется вектором выходного состояния объекта управления?
4. Что называется возмущающим воздействием?
5. Что называется структурной схемой САР.
6. Укажите на основные принципы классификации систем автоматического управления?
7. Что называется ошибкой управления?
8. Назовите основные причины отклонения вектора выходного состояния от требуемого значения?
9. Нарисуйте структурную схему объекта управления?
10. Для каких целей необходимы управляющие воздействия?
11. Что называется управляющим устройством?
12. Что называется системой автоматического регулирования?
Практическая работа №2. «Переходные процессы в системах автоматического регулирования».
1. Цель работы:
1.1. Изучить виды переходных процессов.
1.2. Изучить количественные показатели качества переходных процессов.
2. Общие сведения.
Устойчивость, то есть способность к затуханию переходных процессов, является необходимым, но далеко не достаточным условием практической пригодности систем. Этот критерий позволяет очень грубо оценить переходные процессы. Рассмотрим, как выглядят переходные характеристики для трех основных режимов с точки зрения устойчивости.
Рис. 1. Виды переходных характеристик.
Использовав, как показано на рис. 1, критерий устойчивости по виду переходной характеристики (переходного процесса), мы можем сказать, что система устойчива, если переходный процесс затухает. Однако система может быть устойчивой, но ее переходные процессы, в зависимости от изменения параметров, будут сильно различаться, как это показано на рис. 2.
Рис. 2. Виды устойчивых переходных характеристик.
Мы видим, что эти процессы существенно отличаются по виду, имеют разные частоту колебаний, время завершения, амплитуду отклонения от заданной величины. В связи с этим возникает необходимость сравнения, оценки устойчивых временных характеристик систем.
Следует отметить, что специалистов интересует не только переходные процессы при изменении управляющих воздействий, но и переходные процессы при изменении возмущающих воздействий.
Таким образом, важным понятие для систем управления является понятие качества переходных процессов, то есть становится важным сам характер протекания процессов, особенно такие факторы, как длительность, колебательность и динамическое отклонение регулируемой переменной от заданной величины.
Для оценки качества переходных процессов требуются характеристики, критерии или показатели качества, которые могут быть выражены численно.