ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Методические указания к курсовой работе
ОДНОМЕРНЫЕ СИСТЕМЫ
Принципиальные схемы одномерных систем приведены на рис. 1-3. номинальные данные электрических машин и стабилизирующих устройств указаны в табл. 1-2.
Рис.1. Система регулирования скорости (схема А)
Рис. 2. Система регулирования скорости (схема Б)
| Элемент системы | Номер элемен-та | 
кВт
| 
В
| 
A
| 
A
| 
об/м
| 
| 
Ом
| 
Ом
| 
Гн
|
| двигатель | — — — | 0,025 0,025 0,035 | — — — | — — — | ||||||
| генератор | — — — | — — — | 0,030 0,025 0,035 | |||||||
| ЭМУ | 0,04 0,06 0,08 | — — — | — — — | 0,2 0,2 0,2 | 35,0 42,0 50,0 | 2,0 2,5 3,0 | ||||
| тахогене- ратор | — — — | — — — | — — — | — — — | — — — | — — — | — — — |
Рис. 3. Система стабилизации напряжения (схема В)
Таблица 1. Номинальные данные электрических машин.
Таблица 2. Параметры дифференцирующего трансформатора
| Обмотки | Число витков | R Ом | L Гн | Дополнительное сопротивление |
| Первичная | — | |||
| Вторичная |
В задании в совокупности букв и цифр буква означает схему, первая цифра — номер двигателя; вторая генератора; третья цифра — номер электромашинного усилителя; четвертая цифра — номер тахогенератора.
Например, для выполнения задания А1323 необходимо рассчитать схему А с двигателем № 1, с генератором № 3 с электромашинным усилителем № 2, с тахогенератором № 3.
На схемах приняты следующие обозначения Д - двигатель; ТГ- тахогенератор; > электронный усилитель; ЭМУ- электромагнитный усилитель; Г- генератор.
При рассмотрении схем необходимо учесть следующее:
1. маховый момент CD2 двигателя приведен с учетом инерции нагрузки;
2. параметры короткозамкнутой цепи Эму равны Rk=0.3, Ом; Lk=0.06 Гн;
3. выходное сопротивление электронного усилителя Rвых=10 Ом;
4. в схеме Б параметры обмотки управления ЭМУ и обмотки обратной связи считать одинаковыми (Ry=Rc, Ly=Lc, Wy=Wc);
5. параметры делителя в схеме В: R1=R2=1 кОм; сопротивление нагрузки Rн=20 Ом;
6. момент нагрузки (схемы А, Б), приведенный к валу двигателя, Мс= 2000 Н 
м.
Порядок расчета в линейном приближении
1. Вывести уравнения. Определить численные значения постоянных времени и коэффициентов усиления при помощи данных табл. 1-2 [1, с. 88-93; 9, с. 66-71; 95-100; 8, с. 127-132].
2. Построить структурные схемы систем с указанием передаточных функций звеньев [8, с. 113-118].
3. Определить передаточную функцию замкнутой системы относительно регулируемой координаты по команде (в схемах А и Б- для скорости по напряжению U0; в схеме В- для напряжения U4 по напряжению U0 [8, с.113-118; 1, с.104].
4. Определить передаточную функцию для ошибки (отклонения) регулируемой величины от заданного значения по возмущению; в схемах А и Б для ω по Mc; в схеме В – для U4 по Rн.
5. Определить коэффициент усиления системы и коэффициент усиления электронного усилителя по заданной статистической ошибке. U0=5В, ε=2%. [1, с.110].
6. Определить для систем регулирования скорости, какое напряжение Uo нужно установить на потенциометре, чтобы заданная скорость вращения была n=600 об/мин. [9, с. 51,59].
7. Определить для схемы В, какое напряжение Uo нужно установить на потенциометре, чтобы заданное напряжение U4 генератора было равно 800В.
8. Построить кривую Михайлова и сделать вывод об устойчивости замкнутой системы.
При выполнении работы необходимо учесть следующие замечания и допущения.
1. Кривые намагничивания всех электрических машин предполагаются линейными в пределах рабочего режима заданных систем, гистерезис отсутствует, реакции электрических машин скомпенсированы. Постоянными времени, меньшими, чем 0,05 с, пренебречь.
2. Сопротивление якоря ЭМУ мало по сравнению с сопротивлением обмотки возбуждения генератора. Также пренебрежимо малы индуктивности обмоток якорей всех машин.
3. На структурных схемах все звенья изображаются прямоугольниками, внутри которых записываются их передаточные функции. Задающее воздействие (команда) изображается слева, а выходная величина (регулируемая координата) – справа. Элемент рассогласования представляется в виде кружка с косым крестом.
4. Рекомендуемые обозначения для постоянных времени и коэффициентов усиления звеньев указаны на рис. 1-2.
5. При определении передаточных функций замкнутых систем воспользоваться формулами, связывающими их с передаточными функциями разомкнутых систем. Использование этих формул быстрее и проще приводит к нахождению дифференциальных уравнений замкнутых систем, нежели последовательное исключение переменных. При этом нужно учесть, что главная обратная связь системы имеет коэффициент усиления, отличный от единицы.
6. Обратное воздействие тока вторичной обмотки на ток в его первичной обмотке при выводе передаточной функции стабилизирующего трансформатора не учитывается. Это допустимо, так как подобные трансформаторы работают в режиме, близком к режиму холостого хода.
7. При выводе дифференциального уравнения двигателя относительно скорости вращения n об/мин использовать следующие соотношения:
а) момент инерции якоря J определяется в зависимости от приведенного махового момента GD2:
н М с2
б) Номинальный вращающий момент Mн зависит от номинальной мощности Рн кВт и номинальной скорости nн об/мин
н М
в) коэффициенты противо- ЭДС Ce и момента Cm определяются по номинальным данным:
8. Для упрощения задачи сопротивление якоря генератора вынесено во внешнюю цепь. Поэтому на зажимах генератора действует ЭДС E, а не напряжение U, которые связаны между собой соотношением
Поэтому коэффициент усиления генератора следует определить по формуле 
Литература
1. Айзерман М. А. Теория автоматического регулирования. М., Наука,1966.
2. Айзерман М. А., Гантмахер Ф. Р. Абсолютная устойчивость регулируемых систем. М., издательство АН СССР, 1963.
3. Алексеев. К.Б., Бебенин Г.Г. Управление космическим летательным аппаратом. М., Машиностроение. 1964.
4. Андреев Ю. Н. Управление конечными линейными объектами. М., Наука, 1976.
5. Ахметгалеев И.И. и др. Экспериментальные методы исследования систем автоматического управления. Казань: КАИ, 1978.
6. Бесекерский В.А., и др. Сборник задач по теории автоматического регулирования. М., Наука, 1965.
7. Бесекерский В.А., Попов Е.Л. Теория систем автоматического регулирования. М., Наука, 1972.
8. Васильев Д.В., Чуич В.Г. Системы автоматического управления. М., Высшая школа, 1967.
9. Вооронов А. А. Основы теории автоматического регулирования Ч. 1, 2. — М.—Л., Энергия, 1965.
10. Вооронов А. А. и др. Теория автоматического управления. Ч. 1. М., Высшая школа, 1977.
11. Зубов В.И. Лекции по теории управления. М., Наука, 1975.
12. Автоматика и телемеханика, 1971, №12.
13. Катковник В. Я., Полуэктов Р.А. Многомерные дискретные системы управлекия. М., Наука, 1966.
14. 17 Красовский А. А., Поспелов Г. С. Основы автоматики и
15. технической кибернетики. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962.
16. Кузовков Н. Т. Модальное управление и наблюдающие устройства
17. М., Машиностроение, 1976.
18. Основы автоматического управления. Под ред. В. С. Пугачева. М., Наука, 1978.
19. Техническая кибернетика. Теория автоматического управления. Под ред. В. В. Солодовникова. Кн.1. М., Машиностроение 1967.
20. Техническая кибернетика. Теория автоматического управления. Под ред. В. В. Солодовникова. Кн.2. М., Машиностроение 1967.
21. Фельдбаум А. А. Электрические системы автоматического регулирования. М., Оборонгиз, 1957.
22. Цыпкин Я.З. Основы теории автоматических систем. М., Наука, 1977.
23. Чернецкий В.И. и др. Математические методы и алгоритмы исследования автоматических систем. М., Энергия, 1970.