рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Основные понятия и определения

Основные понятия и определения - раздел Образование, Содержание Введени...

Содержание

Введение. 3

§1. Содержание и задачи курса. 3

§2. Основные понятия и определения. 3

§3. Принципы регулирования. 3

§4. Классификация замкнутых САР. 5

Элементы линейной теории автоматического регулирования. 6

Тема 1. 7

Математическое описание САР в статике и динамике. 7

§1. Модели статики. Понятие о линейных элементах. Линеаризация реальных элементов САР, её способы и предпосылки. 7

Метод кусочно-линейной линеаризации применим для нелинейных объектов, статические характеристики которых могут быть представлены в виде отдельных отрезков прямой линии (1, 2, 3, 4, 5). 8

§2. Динамические характеристики линейных элементов и систем: переходные и весовые функции; частные характеристики, их применение и получение. 8

Тема 2. 13

Типовые динамические звенья САР.. 13

§1. Безинерционные (усилительные или статические) звенья. 13

§2. Инерционное звено первого порядка. 15

§3. Идеальное дифференцирующее звено. 17

§4. Идеальное интегрирующее звено. 18

§5. Инерциальное звено второго порядка. Колебательное звено. 19

Тема 3. 21

Структурные схемы САР. Правила структурных преобразований. 21

§1. Последовательное соединение звеньев. 21

§2. Параллельное соединение звеньев. 21

§3. Звено, охваченное обратной связью. 22

§4. Определение передаточных функций разомкнутой и замкнутой системы. 23

§5. Статика САР. Способы уменьшения статизма. 24

Тема 4. 25

Устойчивость систем автоматического регулирования. 25

§1. Физическое и математическое определение устойчивости. 25

§2. Алгебраический критерий Гурвица. 28

§3. Частотный критерий Михайлова. 30

§4. Частотный критерий Найквиста. 33

§5. Структурно-неустойчивые (устойчивые) системы.. 34

автоматического регулирования. 34

Тема 5. 35

Качество САР.. 35

Устойчивость является необходимым, но не достаточным показателем САР. При исследовании систем автоматического регулирования приходится решать задачу обеспечения требуемых показателей качества переходного процесса: быстродействия, колебательности, перерегулирования, характеризующих точность и плавность протекания процесса. 35

Тема 6. 37

Обеспечение устойчивости, повышение качества регулирования. 37

А. Последовательная коррекция. 38

§ 1. Введение производной в прямую цепь регулирования. 38

Влияние этого звена на динамику системы рассмотрим на амплитудно–фазо–частотных характеристиках, исходной и скорректированной систем. 39

§2. Введение интеграла в прямую цепь регулирования. 40

§3. Введение в прямую цепь регулирования безинерционного звена. 41

В. Параллельная коррекция. 42

§4. Охват инерциального звена жёсткой отрицательной обратной связью. 42

§6. Охват интегрирующего звена жёсткой отрицательной обратной связью. 43

§7. Охват инерциального звена первого порядка положительной гибкой. 44

обратной связью. 44

§8. Преобразовательные элементы. 44

 


СОКРАЩЕННЫЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ

"ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ"

Введение

Содержание и задачи курса.

Основная задача автоматизации состоит в осуществлении автоматического управления технологическими или производственными процессами.

Изучение законов управления технологическими процессами составляет предмет области автоматического управления (регулирования).

Управление, имеющее своей задачей изменение по заданному закону или поддержание в установленных пределах физической величины, называется регулированием.

Теория автоматического управления (регулирования) ставит своей задачей познакомить студентов с общими принципами построения систем автоматического управления, с правилами и методами исследования процессов в этих системах.

 

Основные понятия и определения.

 

При решении любой задачи управления необходимо рассматривать объект управления.

Объектом управления может быть техническое устройство, технологический процесс или более простая система управления. Состояние объекта управление определяется рядом величин, характеризующих как воздействия на объект внешней среды и управляющих устройств, так и протекание процессов в нутрии объекта.

Внешнее влияние на объект – воздействие.

Воздействие, вырабатываемое управляющим устройством - управляющее воздействие. Воздействие, не зависящее от системы управления – возмущение.

Контролируемые величины, характеризующие состояние объекта, по которым ведётся управление, называется управляемыми (регулируемыми).

 

Блок схема объекта управления представлена на рисунке:

 
 


 

ОУ – объект управления;

x(t) – управляющее воздействие;

f(t) – возмущение;

y(t) – регулируемые величины.

 

 

При изображение системы управления (регулирования) применяются два принципа: функциональный и структурный.

Функциональная схема – блок-схема системы, заданная функциональным назначением элементов.

Структурная схема – блок-схема системы, заданная математическими характеристиками элементов.

Принципы регулирования.

- принцип по возмущению; - принцип по отклонению регулируемой величины от заданного значения; - комбинированный принцип регулирования.

Классификация замкнутых САР.

 

Замкнутые САР по характеру изменения задающего воздействия принято делить на:

I. Системы стабилизации – системы поддержания постоянства управляемой величины.

σ(t) = const

f(t)= var

II. Системы программного регулирования – системы, у которых задан алгоритм функционирования или задан закон изменения регулируемой величины.

σ(t)=F(t)

f(t)= var

III. В следящих системах алгоритм функционирования заранее неизвестен, регулируемая величина в таких системах должна воспроизводить изменение некоторого внешнего фактора, следить за ним.

σ(t) = var

f(t)= var

IV. Системы с поиском экстремума показателя качества.

В ряде процессов показатель качества или эффективность процесса может быть выражен в каждый момент времени функцией текущих координат системы, и управление можно считать оптимальным, если оно обеспечивает поддержание этого показателя в точке max(min).

 

Элементы линейной теории автоматического регулирования

После выбора элементов функциональной схемы требуется произвести ее расчет с целью обеспечения заданных показателей качества работы САР. Этим… Для получения математического описания системы обычно составляют описание её… Уравнения, а также структурные схемы автоматической системы называют ее математической моделью.

Модели статики. Понятие о линейных элементах. Линеаризация реальных элементов САР, её способы и предпосылки.

Статикой называется установившийся режим звена или системы, при котором входной и выходной сигналы звена (или системы) постоянны во времени. Поведение звена (системы) в статике наглядно отражается его статической… yвых. уст. = f(xвх. уст.)

Метод кусочно-линейной линеаризации применим для нелинейных объектов, статические характеристики которых могут быть представлены в виде отдельных отрезков прямой линии (1, 2, 3, 4, 5).

Для каждого отрезка характеристики справедливо линейное дифференциальное уравнение. Переход от одного участка к другому осуществляется «припасовыванием» отдельных решений. При этом решение для конца одного участка является начальным условием для следующего и т.д.

 

 

В статике все звенья можно разделить на два больших класса: статические и астатические. Статические звенья – звенья, поведение которых в статике описывается статической характеристикой типа yвых= kxвх

Существует большой класс звеньев, для которых статическую характеристику не удается получить, т.е. в зависимость yвых = f (xвх) входит время. Такие объекты называются астатическими. Условно в качестве статической характеристики для астатических звеньев считают зависимость: т.е. в астатических объектах каждому значению входного сигнала соответствует определенная скорость входного сигнала.

 

Динамические характеристики линейных элементов и систем: переходные и весовые функции; частные характеристики, их применение и получение.

Динамика – в общем, философском смысле слова, движение. В динамике выходная величина звена (системы) изменяется во времени вследствие изменения… В общем виде дифференциальное уравнение может быть записано следующим… где m≤ n(условие физической реализуемости).

Безинерционные (усилительные или статические) звенья.

К безинерционным звеньям относят элементы, которые в динамике описываются дифференциальным уравнением нулевого порядка вида yвых(t) = kхвх(t), (1) где k-статический коэффициент передачи звена.

Инерционное звено первого порядка.

(1) где T - постоянная времени звена; k – статический коэффициент передачи звена;

Идеальное дифференцирующее звено.

Дифференциальное уравнение звена: (1) Уравнение в операторной форме:

Идеальное интегрирующее звено.

Уравнение в операторной форме: pyвых(p) = kxвх(p)

Инерциальное звено второго порядка. Колебательное звено.

в операторной форме: Т22p2yвых(p) + T1pyвых(p) + yвых(p) = kxвх(p)

Последовательное соединение звеньев.

      При преобразовании структурных схем цепочку из последовательно соединенных звеньев можно заменить одним звеном с…

Параллельное соединение звеньев.

Эту цепь нужно заменить одним звеном с передаточной функцией Wэкв(p):    

Звено, охваченное обратной связью.

Необходимо заменить эту цепочку эквивалентным звеном с передаточной функцией…  

Определение передаточных функций разомкнутой и замкнутой системы.

   

Статика САР. Способы уменьшения статизма.

Описания линейной системы в статике можно получить, зная передаточную функцию системы. Поскольку структурные схемы в статике можно получить из… Правила структурных схем, справедливые для динамики, можно применить и для… Качество систем автоматического регулирования в статике определяется статической ошибкой - разница между заданным и…

Физическое и математическое определение устойчивости.

устойчивая система (кривые 1, 2)

Алгебраический критерий Гурвица.

Система автоматического регулирования устойчива, если все коэффициенты её характеристического уравнения имеют одинаковые знаки, а главный… Пусть – характеристическое уравнение системы; 1) Необходимые условия: α0 > 0, α1 > 0,……, αn > 0 или α0<0, α1<0,…..,…

Частотный критерий Михайлова.

Пусть характеристическое уравнение системы имеет вид: (1) Заменив в Н(р) оператор р на оператор jω, получим вектор Н(jω)

Частотный критерий Найквиста.

Этот критерий позволяет судить об устойчивости замкнутых САР по амплитудно-фазовой характеристике разомкнутой САР. Замкнутая САР устойчива, если устойчива разомкнутая САР и её АФЧХ не…  

Структурно-неустойчивые (устойчивые) системы

Автоматического регулирования.

Пусть структурная схема САР имеет вид:      

Устойчивость является необходимым, но не достаточным показателем САР. При исследовании систем автоматического регулирования приходится решать задачу обеспечения требуемых показателей качества переходного процесса: быстродействия, колебательности, перерегулирования, характеризующих точность и плавность протекания процесса.

Показатели качества принято определять по кривой переходного процесса и называть прямыми. Кривая переходного процесса может быть получена теоретически (как решение дифференциального уравнения системы, когда правая часть уравнения [входной сигнал] единичная ступенька) или экспериментально.

Пусть кривая переходного процесса системы имеет вид:

 

 
 

 


1. Максимальное динамическое отклонение – максимальная разность между заданными и действительными значениями регулируемой величины в переходном режиме.

max дин =hуст

2. Максимальное перерегулирование – максимальное отклонение переходной характеристики от установившегося значения переходной величины, выраженное в относительных единицах.

Обычно σmax ≤ 20÷30%.

 

3. Колебательность процесса:

(определяется как отношение разности двух соседних амплитуд, направленных в одну сторону, к большей из них в относительных единицах)

Для работоспособных систем ψ ≥ 75÷90%

 

4. Время регулирования – tрегул – минимальное время от начала нанесения возмущения до момента, когда регулируемая величина будет оставаться близкой к установившемуся значению с заданной точностью; т.е.

|h(t) – hуст| ≤ ∆, где

∆ - постоянная величина, значение которой нужно оговаривать (обычно ∆=2÷5% hуст).

 

В настоящее время при бурном развитии вычислительной техники трудности, связанные с расчётом переходных процессов существенно уменьшаются, поэтому роль прямых оценок качества при проектировании САР возрастает.

Для получения общей оценки быстродействия системы и отклонения регулируемой величины от установившегося значения применяют интегральные оценки качества переходных процессов, которые являются интегралами от некоторых функций переходного процесса.

Простейший интегральный критерий – линейный I1 определяется выражением

 

 

(с геометрической точки зрения I1 есть площадь между кривой h(t) и линией hуст) Величина I1 зависит от всех показателей качества. При этом с уменьшение ∆дин и tрегул (т.е. улучшением качества регулирования) I1 падает, а с увеличением колебательности (ψ →0) I1 тоже уменьшается, хотя качество регулирования при этом ухудшается.

Итак, уменьшение I1 свидетельствует об улучшении качества регулирования только для хорошо затухающих переходных процессов и применения для оценки апериодических и слабо колебательных процессов. Критерий I1 может быть вычислен через коэффициенты дифференциального уравнения или передаточной функции разомкнутой САР.

Для колебательных процессов применяют другие интегральные критерии:

(этот критерий не вычисляется через коэффициенты дифференциального уравнения)

и

Тема 6

Обеспечение устойчивости, повышение качества регулирования

 

В тех случаях, когда устойчивость САР и необходимое качество не могут быть достигнуты простым изменением параметров системы, эта задача решается введением в систему дополнительных устройств, называемых корректирующими.

Корректирующие устройства включают в систему по-разному. Различают последовательные (а) и параллельные (б) корректирующие устройства.


 

а)

 

 

 

 

б)

Wисх.(p) = Wнеохв.(p)Wохв.(p)

 

Последовательные корректирующие устройства включают непосредственно после ЭС или после предварительного усилителя в прямую цепь регулирования. Параллельные корректирующие устройства являются местной обратной связью, которая охватывает один из элементов прямой цепи. Причем, эти обратные связи могут быть положительными и отрицательными, жесткими и гибкими.

Синтезируют корректирующее устройство на основании некоторого комплекса требований к свойствам системы (обеспечение устойчивости, повышение точности регулирования, улучшения переходных процессов и т.д.)

Сначала определяют требуемые значения передаточной функции Wпосл.(р) последовательного корректирующего устройства. Затем выясняют, при каких значениях Wпар.(р) параллельного корректирующего устройства будет получен тот же эффект, после чего уже можно решать, какое корректирующее устройство целесообразнее создавать.

Составим формулы для такого расчёта:

Для схемы а) Wск.(p) = Wпосл.(p) Wисх.(p)

б) Wск(p)=

Из выражения (а)

Из выражения (б)

Формулы (*) и (**) являются формулами перехода от одного вида корректирующего устройства к другому.

Корректирующие средства являются основным способом повышения качества линейных непрерывных систем. Иногда в системе используют два корректирующих устройства: последовательное и параллельное, таким образом, функции, которые должны выполнять корректирующие устройства, распределяются между двумя корректирующими устройствами. Они могут быть выполнены из более простых элементов.

А. Последовательная коррекция

Введение производной в прямую цепь регулирования.

Проще всего вводится производная в прямую цепь регулирования с помощью идеального дифференцирующего звена Wпосл.(p) = кр.

Но такое звено делает скорректированную систему в статике разомкнутой, т.к.

поэтому такая коррекция неприемлема.

Производную вводят в прямую цепь регулирования с помощью пропорционально – дифференциального звена.

которое может быть реализовано следующей структурной схемой:

 
 

 


т.е. статический коэффициент передачи этого звена равен 1 и пропорционально– дифференциальное звено не изменяет статику системы.

Влияние этого звена на динамику системы рассмотрим на амплитудно–фазо–частотных характеристиках, исходной и скорректированной систем.

а АФЧХ скорректированной системы получается путём перемножения АФЧХ исходной…  

Введение интеграла в прямую цепь регулирования.

Интеграл вводим в прямую цепь регулирования с помощью идеального интегрирующего звена.

Wпосл(р)=k/p

Такое звено улучшает статику системы, т.к. уменьшает статическую системы до нуля (если в прямой цепи системы не было больше интегрирующих звеньев) (см. способы уменьшения статизма). Если же такое звено входило в передаточную функцию исходной САР, скорректированная система становится структурно неустойчивой.

Динамика системы может быть прослежена на амплитудно-фазо-частотных характеристиках исходной и скорректированной систем.

Кисх(jω)=,

Кпосл(jω)==

 

 

Как видно из рисунка, АФЧХ скорректированной системы как бы повернулась по часовой стрелке, тем самым уменьшился запас устойчивости скорректированной системы по амплитуде и фазе, т.е. динамика системы ухудшилась.

Введение в прямую цепь регулирования безинерционного звена.

В этом случае Wпосл(р)=k, причём k может быть больше 1 или меньше 1. При введении звена, коэффициент передачи которого больше 1, статизм скорректированной системы уменьшается, а звена с коэффициентом передачи меньше 1, статизм скорректированной системы увеличивается. ( см. Способы уменьшения статизма).

Динамика скорректированной системы может быть рассмотрена на амплитудно-фазо-частотных характеристиках исходной и скорректированной систем.

Кисх(jω)=, а Кпосл(jω)=k=k·℮j0 т.е. это корректирующее звено не изменяет фазу исходной системы.

 

Если Кпосл<1, АФЧХ скорректированной системы находится внутри АФЧХ исходной системы и запас устойчивости в этом случае увеличивается, динамика улучшается (статика ухудшается). Если же Кпосл>1, то запас устойчивости скорректированной системы уменьшается, динамика ухудшается (статика улучшается).


 

В. Параллельная коррекция

Охват инерциального звена жёсткой отрицательной обратной связью.

   

Охват интегрирующего звена жёсткой отрицательной обратной связью.

       

Охват инерциального звена первого порядка положительной гибкой

Обратной связью.

  где Tэкв=T-kkпар

Преобразовательные элементы.

Рассмотрим основные из них. А. Пассивные четырёхполюсники.  

– Конец работы –

Используемые теги: основные, понятия, Определения0.06

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Основные понятия и определения

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ЭЛЕМЕНТЫ ЯЗЫКА. ЭЛЕМЕНТЫ ДАННЫХ. ВЫРАЖЕНИЯ. ОСНОВНЫЕ ИНСТРУКЦИИ. ПРОЦЕДУРЫ. ПРЕПРОЦЕССОР. СТИЛЬ ПРОГРАММИРОВАHИЯ
ВВЕДЕНИЕ... ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И...

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. Классическое определение вероятности.
Классическое определение вероятности... Как было сказано выше при большом числе n испытаний частота P A m n... Это обстоятельство позволяет находить приближенно вероятность события опытным путем Практически такой способ...

Введение. Основные понятия и определения
Введение Основные понятия и определения... Основные критерии работоспособности и расч та деталей машин...

Конспект лекций по курсу Информационные технологии в предметной области. Основные понятия и определения ИТ
Конспект лекций по курсу Информационные технологии в предметной области для... Составитель ст преподаватель кафедры МЭММБИ В В Ошкало...

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О РЫНКЕ НЕДВИЖИМОСТИ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Анализсостояния корпоративной деятельности ассоциации подготовка кадров подготовка и лоббирование нормативных актов взаимодействие с банками... Анализобъема и структуры предложения спроса соотношения спрос предложение... Анализобъема и структуры сделок отношения сделки спрос сделки предложение сделки фонд...

Введение. Основные понятия и определения
Введение Основные понятия и определения... Аксиоматика линейных пространств... Определение Линейным пространством L a b c называется множество относительно элементов которого определены...

Лекция 1. Основные понятия и определения
Основные понятия и определения... Теория механизмов и машин занимается исследованием и разработкой высокопроизводительных механизмов и машин...

Курс лекций Основные понятия и определения
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ... МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ... Г С БОРОВСКИЙ...

Конспект лекций по дисциплине Программно-аппаратные средства защиты информации Основные понятия и определения
Тема... Основные понятия и определения... За несколько последних десятилетий требования к информационной безопасности существенно изменились До начала широкого...

0.039
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам