АНАЛИЗ И СИНТЕЗ
СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория автоматического управления»
Севастополь
УДК 681.5
Анализ и синтез систем автоматического управления: Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория автоматического управления»/Сост. Т.А.Грушун.-Севастополь:Изд-во СевНТУ, 2003.-8с.
Целью методических указаний является приобретение навыков анализа и синтеза различных систем автоматического управления с применением ЭВМ.
Методические указания предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения направления подготовки 6.0914 «Компьютеризированные системы, автоматика и управление».
Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры технической кибернетики СевНТУ (протокол № 8 от 25 июня 2003г.).
Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.
Рецензент: ПряшниковФ.Д. доктор техн. наук, профессор.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Цель работы 3
2. Введение 3
3. Краткие теоретические сведения 3
4. Задание на курсовую работу 5
5. Варианты заданий 6
5.1. Система автоматической стабилизации углового
положения летательного аппарата 7
5.2 Следящая система промышленного робота 10
6. Методические рекомендации 14
7. Оформление результатов и защита курсовой работы 15
Библиографический список 15
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Приобретение навыков анализа и синтеза систем автоматического управления (САУ) с применением ЭВМ.
ВВЕДЕНИЕ
Основными вопросами, изучаемыми в курсовой работе являются следующие:
- изучение целей и принципов работы САУ, основных алгоритмов их функционирования;
- построение различных видов математических моделей систем управления и их преобразование;
- анализ устойчивости и точности систем управления, построение временных и частотных динамических характеристик;
- синтез систем управления, выбор структуры и расчет параметров корректирующих устройств по заданным показателям точности управления и качества динамических характеристик.
При выполнении курсовой работы студент должен умело сочетать теоретические и численные методы, при расчетах широко использовать средства вычислительной техники. Выбор ЭВМ осуществляется студентом на основе анализа эффективности их применения для решения конкретных задач исследования систем управления. При использовании ЭВМ студент должен уметь самостоятельно выбирать пакеты прикладных программ, необходимых для анализа и расчета современных САУ.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
При проектировани САУ обычно задаются необходимые для нормальной работы показатели качества регулирования при некотором типовом воздействии. При этом решается как задача анализа, так и задача синтеза. Задача синтеза противоположна задаче анализа. Если при анализе структура и параметры заданы, а ищут или рассматривают поведение системы в заданных условиях, то в задаче синтеза задание и цель меняются местами.
Характер задания может быть различным. Существуют методы синтеза, при которых задается кривая переходного процесса. Однако реализация систем с переходным процессом, заданным чрезмерно жестко, как правило, оказывается весьма трудной: система получается неоправданно сложной и зачастую нереализуемой, в то время как небольшое отступление от заданной кривой может привести к существенному упрощению структуры. Поэтому более распространен метод задания более грубых качественных оценок, таких, как перерегулирование и время регулирования или же показатель колебательности, при которых сохраняется большая свобода в выборе детальной формы кривой переходного процесса. Задание кривой переходного процесса не исключено: им обычно пользуются при синтезе систем сложной структуры, когда требуется регулирование нескольких координат.
Задача синтеза обычно имеет множество решений, и выбор из этого множества наиболее рационального решения не может быть сделан только на основании математических расчетов. Это больше инженерная, чем математическая задача. Чаще всего задается ряд элементов системы управления (объект регулирования, двигатели, усилители и т. п., поскольку при построении систем разумно максимально использовать широкую номенклатуру элементов автоматики, выпускаемых промышленностью). Нередко выбор основных типовых звеньев предопределяет и основные черты структуры системы. Назовем совокупность заданных элементов неизменяемой частью системы, а ту часть, которую надо найти в процессе синтеза, — изменяемой частью системы или корректирующим устройством.
При инженерном синтезе САУ необходимо обеспечить, во-первых, требуемую точность и, во-вторых, желаемый характер переходных процессов.
Решение первой задачи в большинстве случаев сводится к определению требуемого общего коэффициента усиления системы и, в случае необходимости,— вида корректирующих средств, повышающих точность системы. Эта задача может решаться при помощи определения ошибок в типовых режимах на основе критериев точности. Решение этой задачи, как правило, не сопряжено с трудностями принципиального или вычислительного характера, так как критерии точности достаточно просты для их практического использования. В сложных случаях можно прибегать к помощи моделирования. Решение оказывается сравнительно простым вследствие необходимости установления значений относительно небольшого числа параметров. В простейшем случае необходимо найти только общий коэффициент усиления системы.
Решение второй задачи — обеспечение приемлемых переходных процессов — оказывается почти всегда более трудным вследствие большого числа варьируемых параметров и многозначности решения задачи демпфирования системы. Поэтому существующие инженерные методы часто ограничиваются решением только второй задачи, так как их авторы считают, что обеспечение требуемой точности может быть достаточно просто сделано на основании использования существующих критериев точности и совершенствования их практически не требуется.
В настоящее время для целей анализа и синтеза систем САУ широко используются ПЭВМ, позволяющие производить полное или частичное моделирование системы. При таком моделировании становится возможным наиболее полно исследовать влияние различных факторов нелинейности, зависимость параметров от времени и т. п.
Однако моделирование на ЭВМ не может заменить расчетных методов проектирования, которые во многих случаях позволяют исследовать вопрос в общем виде и среди многих решений найти оптимальное. Поэтому, несмотря на развитие и распространение машинных методов синтеза, теория должна располагать собственными методами, которые дополняли бы моделирование и являлись бы теоретической базой при отыскании оптимального решения.
В курсовой работе будем рассматривать синтез последовательных корректирующих устройств (элементов) одноконтурных систем.