Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»
Кафедра системного анализа и управления
Н.А. ШУМИЛИНА, В.В. ТУГОВ, Т.В. ГАИБОВА
СИНТЕЗ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению курсовой работы
по курсу «Теория автоматического управления » по направлению 220100
Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»
Оренбург 2006
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 004.384.(076.5) ББК 32.965. я73
Ш96
Рецензент кандидат технических наук, доцент Денисов В.В.
Шумилина Н.А.
Ш 96 Синтез систем автоматического управления : методические указания / Н.А.Шумилина, В.В. Тугов, Гаибова Т.В– Оренбург: ГОУ ОГУ, 2006.- 30с.
Методические указания предназначены для студентов по направлению 220100.Курсовая работа по курсу «Теория автоматического управления» (ТАУ) предусмотрена учебным планом. Ее цель − закрепить основные теоретические положения курса и привить студентам навыки самостоятельного практического исследования и расчета систем автоматического управления.
ББК32.965.я73
© ШумилинаН.А., Тугов В.В., Гаибова Т.В., 2006
© ГОУ ОГУ, 2006
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание |
|
Введение.......................................................................................................................................................................... |
4 |
1 Теоретические основы................................................................................................................................................ |
5 |
1.1Синтез системы управления............................................................................................................................... |
5 |
1.2Математические модели систем......................................................................................................................... |
7 |
1.3Реакция системы на изменение входного сигнала........................................................................................... |
9 |
1.4Модель в переменных состояния..................................................................................................................... |
10 |
1.5Устойчивость системы...................................................................................................................................... |
11 |
1.6Чувствительность системы............................................................................................................................... |
13 |
1.7Управляемость системы.................................................................................................................................... |
14 |
1.8Наблюдаемость системы................................................................................................................................... |
14 |
2Пример синтеза: управление скоростью вращения диска...................................................................................... |
16 |
2.1Постановка задачи............................................................................................................................................. |
16 |
2.2Выбор исполнительного устройства, датчика и регулятора......................................................................... |
17 |
2.3Модель в переменных состояния..................................................................................................................... |
20 |
2.4Исследование реакции системы на возмущение............................................................................................ |
22 |
2.5Анализ устойчивости......................................................................................................................................... |
25 |
Список использованных источников.......................................................................................................................... |
27 |
Приложение А............................................................................................................................................................... |
28 |
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение
Настоящие методические указания предназначены для выполнения курсовой работы по курсу «Теория автоматического управления» (ТАУ), предусмотренной учебным планом по направлению 210100-«Системный анализ и управление». Курс ТАУ разбивается на два семестра. Выполнение курсовой работы предусмотрено при изучении второй части курса. Выполнение курсовой работы, с одной стороны, опирается на большинство теоретических разделов курса, а с другой, предоставляет возможность уяснить практическую схему современного проектирования реальных систем автоматического управления. При этом на ее выполнение отводится 52 академических часа самостоятельной работы.
Техническое проектированиеэто сложный процесс, в котором главная роль принадлежит творческим навыкам и умению анализировать.
Проектирование – это процесс придумывания или изобретения таких компонентов системы, которые позволяли бы ей выполнять определенные задачи.
Впроцессе технического проектирования участвуют два типа мышления – анализ и синтез. При анализе основное внимание уделяется построению моделей физических систем. Целью здесь является более глубокое понимание процессов, происходящих в этих системах, и указание путей уточнения их моделей.
Синтез системы управления – это уникальный пример технического проектирования. Еще раз подчеркнем, что цель проектирования состоит в определении конфигурации системы и требований, которым она должна удовлетворять, и задании основных параметров, удовлетворяющих предъявляемым к системе требованиям.
На техническое проектирование сильное влияние оказало появление мощных и сравнительно недорогих компьютеров, а также высокопроизводительных программных средств анализа и синтеза систем управления. В данной работе в качестве программного средства моделирования мы используем MATLAB. MATLAB — это интерактивная среда для научных и инженерных вычислений.
Вкачестве задания студентам предлагается :
1)Определить передаточную функцию системы.
2)Вычислить и построить график реакции системы на изменение
входного сигнала. Поварьировать |
параметры системы, получить |
реакции системы и сравнить их. |
|
3)Разработать модель в переменных состояния. Записать систему в уравнениях состояния. Из уравнений состояния получить передаточную функцию.
4)Рассчитать чувствительность, наблюдаемость и управляемость системы.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1 Теоретические основы
1.1 Синтез системы управления
Первый шаг процесса синтеза – это определение назначения системы. Например, мы можем заявить, что целью управления является поддержание заданного значения скорости вращения электродвигателя. Второй шаг – это указать те переменные, которые подлежат управлению (в нашем случае это скорость вращения). На третьем шаге мы должны предъявить требования к точности, с которой необходимо поддерживать скорость вращения электродвигателя. Последнее определяет выбор датчика, с помощью которого измеряется переменная, подлежащая управлению. Поставив себя на место инженера, первое, что мы должны сделать, — это попытаться создать конфигурацию системы, которая обладала бы желаемым качеством. Такая конфигурация обычно включает в себя датчик, объект управления, исполнительное устройство и регулятор. Следующий шаг состоит в выборе кандидата на роль исполнительного устройства. Принятие решения здесь зависит от типа объекта управления, но в любом случае выбранное устройство должно быть способно эффективно влиять на поведение объекта управления. Например, если мы хотим управлять скоростью вращения махового колеса, то в качестве исполнительного устройства нам надлежит выбрать электродвигатель. При этом датчик должен быть способен измерять скорость с высокой точностью. Наконец, мы должны получить модель для каждого из этих элементов.
Следующий шаг состоит в выборе регулятора, который часто представляет собой сумматор, выполняющий операцию сравнения желаемого и действительного значений выходной переменной объекта, и следующий за ним усилитель сигнала ошибки.
Заключительный шаг процедуры синтеза состоит в настройке параметров системы, которые обеспечивали бы желаемые показатели качества. Если в результате подбора параметров мы сможем достигнуть желаемого качества, то процесс синтеза на этом заканчивается и нам остается оформить рабочую документацию. В противном случае, возможно, потребуется заменить конфигурацию системы или выбрать исполнительное устройство и датчик с улучшенными характеристиками. После этого мы должны будем повторять все этапы синтеза до тех пор, пока не будут удовлетворены требования, предъявляемые к системе, или пока мы не решим, что эти требования являются слишком жесткими и их необходимо ослабить. Процесс синтеза системы управления изображен на рисунок 1.
5