З дисципліни Теорія автоматичного управління

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

Кафедра відновлюваних джерел енергії

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

з дисциплін “Теорія автоматичного управління”

 

КИЇВ

НТУУ “КПІ” ФЕА

 

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

Кафедра відновлюваних джерел енергії

 

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

З ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

з дисципліни “Теорія автоматичного управління”

для студентів напрямку 7.0906 - Електротехніка

усіх форм навчання та студентів-іноземців

 

 

Затверджено кафедрою відновлюваних джерел енергії

 

 

КИЇВ

НТУУ “КПІ” ФЕА

Методичні вказівки з виконання лабораторних робіт з дисципліни “Теорія автоматичного управління” для студентів напрямку 7.0906 - Електротехніка. Укладачі: Ю.П.Фаворський - К.: ФЕА НТУУ “КПІ”, 2010. – 30 с.

Затверджено кафедрою відновлюваних джерел енергії НТУУ “КПІ”

(Протокол № від 2010 р.)

 

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

з виконання лабораторних робіт з дисципліни

“Теорія автоматичного управління ”

для студентів спеціальності

7.090.504 - “Нетрадиційні джерела енергії”

усіх форм навчання

 

Укладачі: Ю.П.Фаворський,ст.викладач

 

Відповідальний

редактор С.О. Кудря, д-р техн. наук, проф.

 

Рецензенти О.Ю. Гаєвський, канд. фіз.-мат. наук, доц.

 

Г.М. Забарний, д-р техн. наук, проф.

 

Редактор В.В. Янковська

Комп’ютерна

верстка К.В. Кириленко

ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

З ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

 

Мета виконання даного циклу лабораторних робіт - закріплення теоретичних знань в галузі управління і формування уявлення про можливості і специфіку їх застосування .

Задачі циклу: ознайомити студентів з теорією автоматичного управління, сформувати вміння та навички організації і проведення випробувань та вимірювань, реєстрації, аналізу одержаних результатів і оцінки можливостей практичного застосування досліджених явищ .

Процес виконаннялабораторної роботи включає самостійну підготовку до роботи, проведення експериментальних досліджень у відповідності з методичними вказівками, обробку результатів, формулювання висновків, оформлення звіту та захист виконаної лабораторної роботи.

При підготовці до роботи студенти зобов'язані заздалегідь ознайомитися з даними методичними вказівками, вивчити необхідні теоретичні відомості, виконати в письмовому вигляді завдання на самостійну роботу та підготувати відповіді на контрольні запитання. В результаті підготовки студенти повинні зрозуміти мету роботи, її задачі, усвідомити фізичну суть явищ, що досліджуються, і принцип визначення параметрів матеріалів, ознайомитися з обладнанням і засобами вимірювання, методикою розрахунків та вияснити характер очікуваних результатів. Особливу увагу слід звернути на знання термінології, без якого неможливе чітке засвоєння навчального матеріалу. Якість теоретичної підготовки та виконання самостійного завдання контролює викладач на початку заняття. Студенти, підготовка яких не відповідає викладеним вимогам, до виконання лабораторної роботи не допускаються. Такий підхід диктується тією обставиною, що лабораторні роботи часто виконуються до викладу відповідного матеріалу на лекціях.

Під час лабораторної роботи студенти, при необхідності, повинні підготувати устаткування до роботи при відключеному живленні. Після перевірки рівня підготовки студентів, готовності устаткування і правильності з’єднань викладач дає дозвіл на вмикання устаткування і виконання роботи. В залежності від спеціальності, згідно з відповідною робочою навчальною програмою, деякі завдання з лабораторних досліджень за вказівкою викладача можуть бути пропущені. Викладач постійно контролює хід роботи і правильність отриманих результатів.

Рукописний звіт про роботу повинен містити мету роботи; завдання, короткі теоретичні відомості, основні визначення, принципову чи структурну схему установки; алгоритм та формули для чисельних розрахунків; перелік проведених досліджень з вказівкою необхідних відомостей про досліджені матеріали, умови дослідження, використане обладнання та прилади, конфігурацію електродів, параметри схеми і т.п.; результати досліджень у вигляді таблиць та графіків; аналіз результатів; загальні висновки по роботі з рекомендаціями відносно практичного використання досліджених матеріалів і отриманих результатів, короткий конспект з питань, які входять до завдання на самостійну підготовку. Використання обчислювальної техніки при оформленні звіту допускається тільки за узгодженням з викладачем.

Текст звіту слід оформляти на листах формату А4 з двох сторін. Графіки краще викреслювати на міліметрівці, стежачи за раціональним вибором масштабу, чіткістю нанесення експериментальних точок та правильністю апроксимації експериментальних даних.

Рисунки, таблиці, графіки, схеми слід виконувати у відповідності з ЄСКД, а умовні позначення у відповідності з державними стандартами та нормативною документацією, прирівнюючи звіт з лабораторної роботи до звіту з науково-дослідної роботи.

При обробці експериментальних даних та формулюванні висновків cлід аналізувати фізичну суть закономірностей, що спостерігаються, та можливість їхнього використання в інженерній роботі по спеціальності. В процесі розрахунків потрібно використовувати міжнародну систему одиниць і контролювати правильність результатів за порядком величин. Студенти повинні вміти пояснити одержані результати та обґрунтувати свої висновки при захисті лабораторної роботи.

Зміст висновків повинен бути узгоджений з метою роботи і завданнями на проведення окремих досліджень. У висновках необхідно описати об’єкт, методи, устаткування та прилади, які були використані в роботі, охарактеризувати можливі похибки експериментальних даних, зробити огляд і виконати аналіз отриманих результатів, сформулювати й пояснити на основі теоретичних відомостей основні закономірності, виявлені при проведенні досліджень, дати рекомендації з практичного використання отриманих результатів і досліджених матеріалів, навести відповіді на питання, поставлені у методичних вказівках при формулюванні завдання на самостійну роботу та порядку виконання окремих досліджень.

При захисті лабораторної роботи студенти повинні знати визначення основних понять, явищ, фізичних величин та технічних параметрів матеріалів, які досліджуються у даній роботі; фізичні основи відповідних явищ та закономірності впливу зовнішніх факторів на перебіг цих явищ; перелік найбільш характерних технічних параметрів даного класу матеріалів та порядок їхніх величин; основні фактори, які впливають на характеристики і параметри матеріалів, а також закономірності цих впливів; можливості практичного використання досліджених матеріалів та ефектів; відповіді на контрольні запитання.

Інструктаж з техніки безпеки студенти повинні пройти на першому занятті. Інструктаж проводить викладач або відповідальний за техніку безпеки при роботі в даній лабораторії. Після ознайомлення з інструкцією кожний студент повинен зареєструватися у контрольному журналі чи листі проведення інструктажу з техніки безпеки.

Виконання дослідів з високою напругою в лабораторії вимагає великої уваги і суворого виконання таких вимог з техніки безпеки:

1. Забороняється працювати на високовольтному устаткуванні одній людині.

2. При обслуговуванні високовольтного електроустаткування повинен бути виключений дотик до струмопровідних частин, які знаходяться під напругою.Недоступність струмопровідних частин електричних установок забезпечується використанням надійної ізоляції, застосуванням захисних огорож для неізольованих струмопровідних частин або розташуванням їх на значній висоті, а також блокуванням елементів устаткування з високим потенціалом.

3. До ввімкнення високої напруги всі огорожі повинні бути надійно закриті, категорично не допускається робота з несправною або навмисне відключеною (перемкнутою) блокіровкою.

4. Працювати на високовольтному устаткуванні слід в захисних рукавичках, стоячи на ізоляційному килимку або одягши діелектричні боти.

5. Категорично забороняється виконувати не забезпечені апаратурно перемикання в схемі, замінювати чи поправляти електроди після подачі напруги. Для заміни електродів необхідно зняти напругу.

6. Високовольтна установка повинна знаходитися під напругою лише на протязі часу, необхідного для проведення випробувань чи вимірювань.

7. Напруга повинна бути негайно знята у випадку виникнення сумніву в правильності проведення досліду, після чого слід проаналізувати результати спостережень та обдумати подальший хід дій.

8. У випадку появи ознак пошкодження обладнання (розряди, дим, запах і т.п.) чи раптового припинення подачі енергії потрібно негайно вимкнути рубильник на загальному чи місцевому розподільному щиті, доповісти керівникові та залишатися біля робочого місця, очікуючи на його розпорядження.

Лабораторна робота №1

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕЛЕМЕНТІВ АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ

 

Мета роботи: ознайомлення з основами функціонування автоматичних систем, що містять як лінійні, так і нелінійні елементи, а також вивчення типових динамічних ланок лінійних автоматичних систем і їх характеристик.

 

Завдання на роботу

2. За допомогою пакету Simulink побудувати реакцію кожної типової ланки (див. таблицю 1.1) на ступінчастий вхідний сигнал. 3. Визначити вплив коефіцієнтів, що входять в опис кожної ланки на параметри… 4. Обчислити та побудувати амплітудно-фазо-частотні (АФЧХ) характеристики заданих динамічних ланок за допомогою…

Лабораторна робота №2

ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ ЯК ЕЛЕМЕНТИ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

 

Мета роботи: навчитись моделювати електричні машини і інші електротехнічні пристрої в якості типових динамічних ланок лінійних автоматичних систем.

 

Завдання на роботу

2. Для заданих об’єктів визначити систему рівнянь рівноваги. Вивести математичні вирази для передавальної функції та її параметрів, а саме:… 3. За допомогою пакету Simulink побудувати реакцію передавальної функції… 4. Обчислити та побудувати амплітудно-фазо-частотні характеристики (АФЧХ) досліджуваного об’єкту за допомогою пакету…

Лабораторна робота №3

ДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ ЯК ЕЛЕМЕНТИ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

 

Мета роботи: навчитись моделювати електричні машини – двигуни постійного струму як типові динамічні ланки лінійних автоматичних систем.

 

Завдання на роботу

6. Для заданих об’єктів визначити систему рівнянь рівноваги. Вивести математичні вирази для передавальної функції та її параметрів, а саме:… 7. За допомогою пакету Simulink побудувати реакцію передавальної функції… 8. Обчислити та побудувати амплітудно-фазо-частотні характеристики (АФЧХ) досліджуваного об’єкту за допомогою пакету…

Лабораторна робота №4

ПЕРЕДАВАЛЬНА ТА ПЕРЕХІДНА ФУНКЦІЇ ЗАМКНЕНИХ АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ

 

Мета роботи: побудова передавальної та перехідної функцій замкненої автоматичної системи, представленої у вигляді частотної передавальної функції.

Завдання на роботу

2. Побудувати реакцію передавальної функції розімкненої системи на ступінчастий вхідний сигнал (функція Хевісайда). 3. Розрахувати передавальну функцію та знайти перехідну характеристику… 4. Перевірити одержані результати шляхом комп’ютерного моделювання перехідних процесів розімкненої і зімкненої…

Лабораторна робота №5

АНАЛІЗ СТІЙКОСТІ ЗАМКНЕНИХ АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ

 

Мета роботи: дослідження стійкості замкненої автоматичної системи, представленої у вигляді частотної передавальної функції.

Завдання на роботу

6. Побудувати годограф Найквіста розімкненої системи, на підставі якого зробити висновок про стійкість замкненої системи. 7. Перевірити одержані результати шляхом комп’ютерного моделювання перехідних… 5.2. Стислі теоретичні відомості

Приклад.

A = 1 14 18 2 5 2

Лабораторна робота №6

АНАЛІЗ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ СТАТИЧНИХ СИСТЕМ

 

Мета роботи: проаналізувати перехідні характеристики статичних систем автоматичного керування на основі прямих та опосередкованих методів.

Завдання на роботу

2. Дати опис роботи системи. 3. Навести систему рівнянь для математичного опису кожного фізичного елементу… 4. Скласти структурну схему системи.

Лабораторна робота №7

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ СТАТИЧНИХ СИСТЕМ

ОЦІНКА ЯКОСТІ ПЕРЕХІДНОГО ПРОЦЕСУ

 

 

Мета роботи: розглянути перехідний процес, його параметри, оцінити якість.

Завдання на роботу

2. Скласти S-модель в системі Simulink за передавальною функцією, використовуючи блок Transfer Fnc та зафіксувати параметри перехідного процесу, а… 3. Якщо система нестійка, ввести в неї гнучкий негативний зворотний зв’язок… 4. Розглянути перехідний процес у такій схемі змінюючи параметр Т стабілізуючої ланки. Оцінити якість перехідного…

Лабораторна робота №8

АНАЛІЗ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ АСТАТИЧНИХ СИСТЕМ

 

Мета роботи: проаналізувати перехідні характеристики астатичних систем автоматичного керування на основі прямих та опосередкованих методів.

Завдання на роботу

2. Дати опис роботи системи. 3. Навести систему рівнянь для математичного опису кожного фізичного елементу… 4. Скласти структурну схему системи.

Лабораторна робота №9

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ АСТАТИЧНИХ СИСТЕМ

ОЦІНКА ЯКОСТІ ПЕРЕХІДНОГО ПРОЦЕСУ

 

Мета роботи: визначити параметри перехідного процесу астатичної системи, оцінити його якість.

Завдання на роботу

2.     Скласти S-модель в системі Simulink за передавальною функцією, використовуючи блок Transfer Fnc та зафіксувати… 3. Якщо система нестійка, ввести в неї гнучкий негативний зворотний зв’язок… 4. Розглянути перехідний процес у такій схемі змінюючи параметр Т стабілізуючої ланки. Оцінити якість перехідного…