Файл: Федеральное агенство по образованию рф казанский государственный энергетический университет.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 1095
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФКАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТК.Х. Гильфанов, В.Н. ПодымовТЕОРИЯАВТОМАТИЧЕСКОГОУПРАВЛЕНИЯЛинейные системыДопущено Ученым Советом КГЭУ в качествеучебного пособия для студентов соответствующих специальностейКазань, 2008УДК 519.7ББК 32.965Гильфанов К.Х., Подымов В.Н.Теория автоматического управления: Учеб. пособие. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2008. – 176 с.ISBN 5-9221-0379Учебное пособие сопровождает курс лекции "Теория автоматического управления" и предназначено для студентов специальностей 140211.65, 140602.65, 140610.65, 210106.65, 140106.65, 140601.65, 140604.65, 140606.65, 200106.65 обучающихся в казанском государственном энергетическом университете.Рассмотрены теоретические основы автоматического регулирования линейных систем. Дано описание управлений динамики, передаточных функций, частотных характеристик типовых звеньев и их соединений. Даны методы расчета устойчивости систем, рассмотрены вопросы качества регулирования и синтеза систем.
Содержание
ПредисловиеАвтоматизация машин, агрегатов, производственных процессов, систем управления имеет огромное значение для развития экономического и военного потенциала страны. Теория автоматического управления изучается во всех технических вузах, ей придается статус общеинженерной дисциплины при подготовке студентов технических специальностей.
Предлагаемое учебное пособие написано на основе лекций, читаемых авторами для студентов специальностей энергетического профиля 140211.65, 140602.65, 140610.65, 210106.65, 140106.65, 140601.65, 140604.65, 140606.65, 200106.65В книге приведены основные сведения по теории линейных систем автоматического управления, даны примеры, позволяющие усвоить основные теоретические положения.Для освоения дисциплины требуется надлежащая математическая подготовка. В частности по линейным дифференциальным уравнениям, линейной алгебре, функциям комплексного переменного. Не менее важно овладение специальной терминологией.Основные разделы книги следующие: общие сведения, математическое описание, описание типовых звеньев, передаточные функции систем, устойчивость, качество регулирования и синтез систем.Авторы признательны проф. Андрееву Н.К. за полезные советы, высказанные при рецензировании книги, и благодарят сотрудников кафедры АТПП Филиппову М.Н., Шамсиеву Г.М. за помощь при подготовке рукописи.1.1. Термины и понятияУправление – это совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели.Регулирование – частный случай управления техническими системами. Регулирование направлено на достижение объектом заданного состояния.Объектом управления (регулирования) являются устройства, реализующие физические, химические, биологические и иные процессы, связанные с движением массы, энергии и информации.Управление объектом осуществляется посредством управляющего устройства. Применительно к техническим системам используются термины регулирующее устройство или регулятор.Система – набор взаимодействующих элементов, обеспечивающих общий режим функционирования. Под элементом подразумевается любое техническое устройство, выполняющее назначенную функцию.Управляющее устройство и объект управления образуют систему управления. Она называется разомкнутой, если сигнал передается в одном направлении, от управляющего устройства к объекту управления, рис. 1.1. Система называется
замкнутой, если сигнал передается не только от управляющего устройства к объекту управления, но и обратно, от объекта управления к управляющему устройству, рис. 1.2. В замкнутой системе различают соответственно канал прямой связи и канал обратной связи. Если устранить обратную связь, замкнутая система становится разомкнутой.Система управления (регулирования) характеризуется состоянием: значением всех параметров и показателей в данный момент времени.Параметром называют количественную характеристику, показателем – качественную.Система автоматического управления (САУ) или система автоматического регулирования (САР) – это совместное действие управляющего устройства (регулятора) и объекта управления (регулирования).Изменение параметров объекта управления происходит под влиянием воздействий. Термином «воздействие» объединяют причины, изменяющие параметры объекта: электрические и др. сигналы, давление, смещение и т.п. Воздействия классифицируют на:- задающие - команды управляющему устройству (регулятору);- управляющие (регулирующие) - изменяют параметры, определяющие состояние объекта;- возмущающие - случайные воздействия окружающей среды на объект управления.Каждому воздействию присваивается обозначение: задающее – u(t), управляющее – x(t), управляемое – y(t), возмущение – z(t). Все они функции времени.Наряду с термином «воздействие» употребляют термин «сигнал».Направление, в котором действуют (распространяются) воздействие (сигнал), на схемах обозначают стрелками.
| ISBN 5-9221-0379 | Подымов В.Н., 2008 Гильфанов К.Х., 2008 , 2008 |
| Предисловие………………………………………………. | 5 |
| 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ………………………………….. | 6 |
| 1.1. Термины и понятия……………………………… | 6 |
| 1.2. Принципиальная схема автоматического управления………………………………………. | 8 |
| 1.3. Принципы управления………….…………........ | 10 |
| 1.4. Задачи теории автоматического управления. | 12 |
| Литература………………….……………………………. | 13 |
| 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ САУ………….… | 14 |
| 2.1. Дифференциальное и операторное уравнения, передаточная функция и характеристическое уравнение……………………………….. | 14 |
| 2.2. Частотные характеристики…………………..… | 19 |
| 2.3. Математические модели входных воздействий………………………………..……………….. | 25 |
| 2.4. Переходная функция……………………………. | 27 |
| Литература……………………………………………....... | 32 |
| 3. ТИПОВЫЕ ЗВЕНЬЯ………………………………....... | 33 |
| 3.1. Усилительное звено…………………………….. | 34 |
| 3.2. Запаздывающее звено………………………..... | 35 |
| 3.3. Инерционное звено…………………………....... | 37 |
| 3.4. Интегрирующее звено………………………….. | 42 |
| 3.5. Дифференцирующее звено……………………. | 44 |
| 3.6. Колебательное звено………………………....... | 47 |
| 3.7. Апериодическое звено второго порядка…….. | 51 |
| 3.8. Классификация типовых звеньев……………... | 54 |
| Литература………………………………………………… | 55 |
| 4. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ И ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ……………………………………………… | 56 |
| 4.1. Построение и анализ структурных схем…….. | 56 |
| 4.2. Передаточные функции систем……………….. | 59 |
| 4.3. Статические и астатические системы……….. | 75 |
| 4.4. Перестановка структурных элементов………. | 77 |
| Литература…………………………………………….…... | 88 |
| 5. УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМ………………………..... | 89 |
| 5.1. Понятие об устойчивости……………………… | 89 |
| 5.2. Критерий Гурвица……………………………….. | 93 |
| 5.3. Критерий Михайлова……………………………. | 99 |
| 5.4. Критерий Найквиста…………………………….. | 107 |
| 5.5. Выделение области устойчивости D - разбиением……………………………..…… | 116 |
| 5.5.1.D- разбиение по одному параметру…… | 118 |
| 5.5.2.D- разбиение по двум параметрам……. | 125 |
| Литература……………………………………………….... | 130 |
| 6. КАЧЕСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ………………….….. | 131 |
| 6.1. Прямые показатели качества………………..... | 131 |
| 6.2. Косвенные показатели качества……………… | 138 |
| 6.3. Чувствительность к изменению параметров.. | 146 |
| Литература……………………………………………….... | 149 |
| 7. СИНТЕЗ СИСТЕМ……………………………...……... | 150 |
| 7.1. Понятие синтеза системы……………………... | 150 |
| 7.2. Коррекция систем………………………………... | 151 |
| 7.3. Синтез типовых регуляторов………………….. | 156 |
| Литература……………………………………………...…. | 161 |
| Приложение……………………………………………….. | 163 |
| Глоссарий………………………………………….………. | 165 |
| Предметный указатель……………………………..…… | 172 |
Предлагаемое учебное пособие написано на основе лекций, читаемых авторами для студентов специальностей энергетического профиля 140211.65, 140602.65, 140610.65, 210106.65, 140106.65, 140601.65, 140604.65, 140606.65, 200106.65В книге приведены основные сведения по теории линейных систем автоматического управления, даны примеры, позволяющие усвоить основные теоретические положения.Для освоения дисциплины требуется надлежащая математическая подготовка. В частности по линейным дифференциальным уравнениям, линейной алгебре, функциям комплексного переменного. Не менее важно овладение специальной терминологией.Основные разделы книги следующие: общие сведения, математическое описание, описание типовых звеньев, передаточные функции систем, устойчивость, качество регулирования и синтез систем.Авторы признательны проф. Андрееву Н.К. за полезные советы, высказанные при рецензировании книги, и благодарят сотрудников кафедры АТПП Филиппову М.Н., Шамсиеву Г.М. за помощь при подготовке рукописи.1.1. Термины и понятияУправление – это совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели.Регулирование – частный случай управления техническими системами. Регулирование направлено на достижение объектом заданного состояния.Объектом управления (регулирования) являются устройства, реализующие физические, химические, биологические и иные процессы, связанные с движением массы, энергии и информации.Управление объектом осуществляется посредством управляющего устройства. Применительно к техническим системам используются термины регулирующее устройство или регулятор.Система – набор взаимодействующих элементов, обеспечивающих общий режим функционирования. Под элементом подразумевается любое техническое устройство, выполняющее назначенную функцию.Управляющее устройство и объект управления образуют систему управления. Она называется разомкнутой, если сигнал передается в одном направлении, от управляющего устройства к объекту управления, рис. 1.1. Система называется
замкнутой, если сигнал передается не только от управляющего устройства к объекту управления, но и обратно, от объекта управления к управляющему устройству, рис. 1.2. В замкнутой системе различают соответственно канал прямой связи и канал обратной связи. Если устранить обратную связь, замкнутая система становится разомкнутой.Система управления (регулирования) характеризуется состоянием: значением всех параметров и показателей в данный момент времени.Параметром называют количественную характеристику, показателем – качественную.Система автоматического управления (САУ) или система автоматического регулирования (САР) – это совместное действие управляющего устройства (регулятора) и объекта управления (регулирования).Изменение параметров объекта управления происходит под влиянием воздействий. Термином «воздействие» объединяют причины, изменяющие параметры объекта: электрические и др. сигналы, давление, смещение и т.п. Воздействия классифицируют на:- задающие - команды управляющему устройству (регулятору);- управляющие (регулирующие) - изменяют параметры, определяющие состояние объекта;- возмущающие - случайные воздействия окружающей среды на объект управления.Каждому воздействию присваивается обозначение: задающее – u(t), управляющее – x(t), управляемое – y(t), возмущение – z(t). Все они функции времени.Наряду с термином «воздействие» употребляют термин «сигнал».Направление, в котором действуют (распространяются) воздействие (сигнал), на схемах обозначают стрелками.