Теорія автоматичного управління методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки 051103 «Авіоніка» Київ 2011




Скачати 213.8 Kb.
НазваТеорія автоматичного управління методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки 051103 «Авіоніка» Київ 2011
Сторінка1/3
Дата конвертації13.03.2013
Розмір213.8 Kb.
ТипДокументы
uchni.com.ua > Математика > Документы
  1   2   3


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ

ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Національний авіаційний університет

ТЕОРІЯ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ

Методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки

6.051103 «Авіоніка»

Київ 2011
УДК 681.5(076.5)

ББК 3965 р

0753

Т338
Укладачі: В.М. Конюшко, В.Г. Романенко
Рецензент:

Сущенко О.А., професор, к.т.н.

Затверджено на засіданні секції інституту аеронавігації редради НАУ 20 лютого 2011 року

^ Теорія автоматичного управління:

0753 Методичні вказівки та завдання до виконання курсової

роботи /Укладачі: В.М. Конюшко, В.Г. Романенко.

– К.: НАУ, 2011, -32 с.


Викладено завдання та приведено методичні рекомендації щодо виконання курсової роботи.

ВСТУП

Відповідно до навчального плану підготовки за напрямком 6.051103 Авіоніка студенти виконують курсову роботу з дисципліни «Теорія автоматичного керування». В циклі природничих та професійно-орієнтованих дисциплін «Теорія автоматичного управління» посідає одне з найважливіших місць при підготовці авіаційного спеціаліста.

Методичні вказівки складаються з завдання до виконання курсової роботи з відповідними варіантами та практичних рекомендацій.

Курсова робота передбачає дослідження, аналіз та синтез лінійних систем автоматичного управління третього порядку. В ній необхідно перетворити багатоконтурну структурну схему автоматичного управління в одноконтурну, визначити її передаточну функцію, провести дослідження стійкості та дати оцінку якості перехідних процесів, провести корекцію та представити перехідну характеристику корегованої системи.

Оформлення курсової роботи обсягом до 20 сторінок виконується у відповідності з вимогами ДСТУ.

Трудомісткість виконання курсової роботи становить 36 год.

Мета виконання курсової роботи: закріпити та поглибити теоретичні знання, набуті студентами у процесі вивчення дисципліни; розвинути у студентів навички самостійної роботи з лекційним матеріалом, спеціальною літературою, довідниками, посібниками, джерелами технічної інформації, тощо; проводити узагальнення теоретичних матеріалів; вміти самостійно формулювати висновки та розробляти пропозиції; проводити дослідження, аналіз та синтез лінійних систем автоматичного управління.

Курсова робота є не тільки одним із підсумкових проміжків самостійного вивчення студентом дисципліни «Теорія автоматичного управління», але і підготовчим етапом до написання випускної роботи бакалавра та дипломної роботи чи дипломного проекту спеціаліста.

^ 1. ЗАВДАННЯ ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ
Вибір завдання на курсову роботу необхідно проводити згідно з варіантом, який відповідає порядковому номеру прізвища студента у списку академічної групи. Структурна схема лінійної системи автоматичного управління третього порядку до кожного із варіантів представлена в додатку № 1. Там же приведені значення вхідних її параметрів.

Після того, як студент визначився із варіантом, ознайомився з заданою схемою системи треба провести її дослідження, аналіз та синтез. Для цього необхідно:

1. Перетворити структурну схему заданої САУ у вигляд, зручний для подальшого аналізу, згідно з правилами перетворення структурних схем. Отримати передаточні функції стосовно вхідного сигналу та сигналу збурення.

2. Перетворити структурну схему заданої САУ у вигляд, зручний для подальшого аналізу, згідно формули Мейсона і отримати передаточні функції стосовно вхідного сигналу та сигналу збурення.

3. Провести аналіз часових і частотних характеристик, отриманих передаточних функції заданої САУ за допомогою лінійного аналізу стосовно вхідного сигналу та сигналу збурення.

4. Провести аналіз стійкості та якості передаточних функцій заданої САУ стосовно вхідного сигналу та сигналу збурення.

5. Обрати характеристики корегувальних пристроїв згідно з отриманими показниками стійкості і якості та визначити показники стійкості і якості передаточних функцій скоректованої САУ.

6. Збудувати статичні характеристики скоректованої САУ стосовно вхідного сигналу та сигналу збурення.

7. Провести розрахунки та побудувати кореневі годографи для передаточних функцій скоректованої САУ стосовно вхідного сигналу та сигналу збурення.

8. Провести аналіз точності у сталому режимі заданої САУ стосовно вхідного сигналу та сигналу збурення.

9. Побудувати моделі у просторі станів для передаточних функцій скорегованої САУ стосовно вхідного сигналу та сигналу збурення.

Провести аналіз характеристик моделі у просторі станів для передаточних функцій скоректованої САУ за допомогою лінійного аналізу.

10. Отримати показники керованості та спостережливості для передаточних функцій скорегованої САУ стосовно вхідного сигналу збурення.

11. Зробити висновки по роботі.
^ 2. ОСНОВНА ТА ДОДАТКОВА РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
2.1 Основна література

1. Зайцев Г.Ф., Стеклов В.К., Бріцький О.І. Теорія автоматичного управління. (Ред. Зайцева Г.Ф.). Київ.:»Техніка», 2002р. 673 с.

2. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. Пер. с англ. М., Лаборатория Базовых Знаний, 2001г. 615 с.

3. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. Пер. с англ. М., Лаборатория Базовых Знаний, 2002г. 831 с.

4. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. Санкт-Петербург, 2003г. 744 с.

5. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. М, Машиностроение, 1978г., 736с.

6. Солодовников В.В., Плотников В.В., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1985. 536 с.

7. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления. Пер. с англ. М, Машиностроение, 1986г. 447 с.

8. Ануфриев В.Е. Самоучитель. MatLab 5.3/6.x. Спб.: БХВ-Петербург, 2002г. 456 с.
^ 2.2 Додаткова література

1. Бесекерский В.А., Герасимов А.Н. и др. Сборник задач по теории автоматического регулирования. М.: Наука, 1972. 587 с.

2. Зайцев Г.Ф., Костюк В.И., Чинаев П.И. Основы автоматического управления и регулирования. К.: Техніка, 1975. 495 с.

3. Воробьев В.Г., Кузнецов С.В. Автоматическое управление полетом самолетов. М.: Транспорт, 1995. 448 с.

^ 3. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ПРИКЛАДИ

ВИКОНАННЯ ЗАВДАНЬ
Перетворення структурної схеми САУ у вигляд, зручний для подальшого аналізу необхідний для проведення мінімального числа перетворень, так як кожний крок перетворення ускладнює розрахунок еквівалентних структурних схем. Кінцевий етап перетворення – одноконтурна схема з вхідним сигналом Х, вихідним сигналом Y , сигналом збурення Z. Вона має вигляд, представлений на рис. 3.1.



Рис. 3.1 Структурна схема заданої САУ після проведення перетворень
Після перетворення структурної схеми заданої САУ необхідно отримати:

– передаточну функцію відносно сигналу Х

,

– передаточну функцію відносно сигналу збурення Z

.

Для перетворення структурної схеми заданої САУ використовується таблиця правил перетворення структурних схем САУ.

Таблиця 3.1

Правила перетворення структурних схем САУ

1. Послідовне з’єднання ланок







2. Паралельне з’єднання ланок







3. Охоплення ланки зворотним зв’язком







4. Перенесення суматорів







5. Перенесення суматора через

ланку проти ходу сигналу







6. Перенесення суматора через

ланку за ходом сигналу







7. Перенесення вузла через ланку проти ходу сигналу







8. Перенесення вузла через ланку за ходом сигналу








Для прискорення виконання завдання можна скористатися функціями «series» та «parallel», «dback», які входять до складу ППП Matlab.

Для перетворення структурної схеми у вигляд, зручний для аналізу згідно з формулою Мейсона необхідно скористатися правилами перетворення структурних схем САУ за допомогою орієнтованих графів.

Таблиця 3.2

Правила перетворення структурних схем САУ за допомогою

орієнтованих графів.

Вид з’єднання

Початкова структурна

схема

Еквівалентна структурна схема

1. Послідовне з’єднання ланок





2. Паралельне з’єднання ланок





3. Зустрічно-паралельне з’єднання ланок









4. Перенос вузла (точки розгалуження) проти ходу сигналу





5. Перенос вузла (точки розгалуження) за ходом сигналу





6. Перенос суматора через ланку за ходом сигналу





7. Перенос суматора через ланку проти ходу сигналу





За допомогою формули Мейсона можна визначити передаточну функцію САУ від вузла-джерела до вузла-стоку.



де: ^ M – передаточна функція САУ;

Mj – коефіцієнт передачі прямого шляху j;

j – ціле число, яке визначає прямі шляхи;

Δ = 1 – (сума коефіцієнтів передачі всіх окремих контурів) + (сума добутків коефіцієнтів передачі всіх можливих комбінацій контурів, що не дотикаються, узятих у двох) – (сума добутків коефіцієнтів передачі всіх можливих комбінацій контурів, що не дотикаються, узятих у трьох) + (сума добутків коефіцієнтів передачі всіх можливих комбінацій контурів, що не дотикаються, узятих у чотирьох) і так далі;

Δj – значення Δ для тієї частині графа, що не дотикається j-го прямого шляху;

Δ = 1 – контури, які залишаються після видалення j-го прямого шляху. Якщо нічого не залишається, тоді j = 1.

Аналіз часових характеристик передаточної функції необхідно проводити відносно сигналу збурення та сигналу управління. Під часовими характеристиками розуміють перехідну та вагову характеристики. Знаючи передаточну функцію системи, можна побудувати їх за допомогою програмного середовища Matlab. Потрібно звернути увагу на головні показники, що характеризують якість перехідного процесу: величина перерегулювання (оптимальною вважають 20-30 %), час перехідного процесу (однією з вимог до нього є завершеність), коливальність, максимальна швидкість та прискорення величини, що регулюється.

Аналіз стійкості передаточних функцій заданої САУ необхідно провести за допомогою діаграми Боде, діаграми Найквіста і Нікольса, а також використовуючи значення запасів стійкості системи за модулем та фазою. Також необхідно аргументувати стійкість системи або її нестійкість за допомогою розташування коренів характеристичного рівняння на комплексній S-площині. Визначення показників стійкості за модулем і фазою можна провести за допомогою функції «margin» в програмному середовищі Matlab. Оптимальним для САУ вважають запас стійкості: по модулю – > 3 за лінійною шкалою (або 9,54 dB за логарифмічною шкалою); за фазою – перебувати у межах 30о…60о.

Корекцію САУ проводять з метою забезпечення необхідних показників стійкості, якості перехідних процесів та зменшення помилок в сталих режимах. В більшості випадків цей процес здійснюється за допомогою введення в систему корегуючих ланок зі спеціально підібраними параметрами. Корегуючи ланки в контур системи можуть бути введені послідовно та паралельно. Корекцію з послідовним включенням здійснюють за допомогою наступних ланок: пропорціонально-диференціальної, пропорціонально-інтег-уюої, ропорціонально-інтегродиференціальної (ПІД-регуляор). Досить широкі можливості має ПІД-регелятор, а тому він застосовується найбільш частіше. Корекцію з паралельним включенням в систему здійснюють за допомогою жорсткого та гнучкого зворотного зв’язків. Особливо ефективне застосовування зворотних зв’язків, коли необхідно підкорегувати якусь ланку системи. Введення зворотних зв’язків також як і при послідовній корекції приведе до зміни частотних характеристик системи в цілому.

Також процес корекції можна здійснювати без введення додаткових ланок за допомогою зміни параметрів передаточної функції. Наприклад, в деяких окремих, в самих простих випадках, змінюючи значення загального коефіцієнта підсилення системи, можна досягти такого зсуву частот, при якому система буде стійкою. При синтезі системи за допомогою параметричного аналізу зручно користуватись кореневим годографом.

Також при проведенні корекції САУ бажано виключити вирази в дробово-раціональній передаточній функції, які дають нулі або полюси, що розташовані близько до умовної осі комплексної площини ( бо вони є причиною того, що система знаходиться на межі стійкості). Це можна зробити шляхом послідовного з’єднання передаточної функції попереднього фільтру із відповідною передаточною функцією системи, що містить в собі вирази, які потрібно виключити. Наприклад, якщо многочлен, який необхідно виключити входить в добуток знаменника передаточної функції системи, то послідовно до схеми системи необхідно під'єднати попередній фільтр з передаточною функцією, яка містить точно такий же многочлен тільки в чисельнику.

За допомогою статичних характеристик оцінюють якість САУ в сталому режимі її функціонування. До них відносять регулювальну та навантажувальну характеристики. t→ ∞, s = 0)

Регулювальна характеристика САУ – це залежність вихідного сигналу САУ від вхідного сигналу при незмінних значеннях сигналу збурення. Функціонально вона представляє собою лінійну залежність з кутовим коефіцієнтом :

Y = k1X.

Навантажувальна характеристика САУ – це залежність вихідного сигналу САУ від сигналу збурення при вхідному сигналі, який має незмінне значення. Функціонально вона представляє собою лінійну залежність з кутовим коефіцієнтом :

Y = k2Z.

Кутові коефіцієнти нахилу прямих k1 i k2 для вказаних характеристик визначаються відповідно з передаточної функції САУ відносно вхідного сигналу управління та передаточної функції САУ відносно сигналу збурення шляхом підстановки в них значення змінної s = 0.

Розрахунок та побудова кореневих годографів виконується за допомогою програми rlocus в середовищі Matlab. Кореневий годограф, представлений в графічному вигляді, дозволяє визначити область розташування коренів, при яких система стійка в залежності від зміни загального коефіцієнта підсилення (або від іншого параметра).

При розрахунку сталих похибок САУ необхідно визначити коефіцієнт похибки за положенням:



Стала похибка при одиничному ступінчастому впливі дорівнює:



Стала похибка е при лінійно зростаючому вхідному впливі з урахуванням коефіцієнта похибки за швидкістю К дорівнює:





Стала похибка е при квадратичному вхідному впливі з урахуванням коефіцієнта похибки за прискоренням К дорівнює:





Аналіз передаточних функцій у вигляді моделей у просторі станів проводять наступним чином. Чисельник і знаменник передаточної функції необхідно поділити на (так як старший показник степеня характеристичного рівняння – 3), а потім, помножити їх на деяку довільну змінну Q(s). Складають верхню частину орієнтованого графу згідно з чисельником, який отримали і нижню частину орієнтованого графу згідно з знаменником цієї ж функції. Після вибору змінних для станів складають рівняння станів та рівняння виходу. Використовуючи коефіцієнти цих рівнянь складають моделі цієї САУ у просторі станів.

Для того щоб визначити показники керованості та спостережливості САУ необхідно побудувати орієнтований граф САУ. Використовуючи орієнтований граф, необхідно записати рівняння станів для САУ та провести аналіз керованості. При нульовому значенні детермінанта вихідної матриці, яку отримали в ході аналізу керованості – САУ є некерованою. При ненулевому значенні детермінанта – САУ керована. Такий же порядок проведення аналізу спостережливості.
  1   2   3

Схожі:

Теорія автоматичного управління методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки 051103 «Авіоніка» Київ 2011 iconЕкономічний аналіз методичні вказівки для виконання курсової роботи...
Економічний аналіз. Методичні вказівки для виконання курсової роботи. – Мелітополь. – 2011. – 36 с
Теорія автоматичного управління методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки 051103 «Авіоніка» Київ 2011 iconА. В. Сипко Методичні вказівки до виконання курсової роботи
Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни "Планування І контроль на підприємстві" для студентів денної та заочної...
Теорія автоматичного управління методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки 051103 «Авіоніка» Київ 2011 iconМетодичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни
Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни «Системне програмування» для студентів денної форми навчання за напрямом...
Теорія автоматичного управління методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки 051103 «Авіоніка» Київ 2011 iconМетодичні вказівки
Методичні вказівки для написання курсової роботи з дисципліни «Бухгалтерський облік (загальна теорія)» для студентів напряму підготовки...
Теорія автоматичного управління методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки 051103 «Авіоніка» Київ 2011 iconМіністерство освіти І науки України Національний технічний університет України
Методичні вказівки з виконання лабораторних робіт з дисципліни “Теорія автоматичного управління ” для студентів напрямку 0906 Електротехніка....
Теорія автоматичного управління методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки 051103 «Авіоніка» Київ 2011 iconЕкономіки І менеджменту” протокол № від 2011 р. Затверджено на засіданні...
Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни “Економіка праці ” (для студентів спеціальності “Менеджмент організацій”...
Теорія автоматичного управління методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки 051103 «Авіоніка» Київ 2011 iconЗавдання та методичні вказівки до самостійної роботи студентів з...
Завдання та методичні вказівки до самостійної роботи студентів з дисци­пліни “Основи зовнішньоекономічної діяльності” для студентів...
Теорія автоматичного управління методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки 051103 «Авіоніка» Київ 2011 iconМіністерство освіти І науки україни національний транспортний університет
Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни «Екологічний аудит» для студентів напряму підготовки 070801 та 070801...
Теорія автоматичного управління методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки 051103 «Авіоніка» Київ 2011 iconМіністерство освіти І науки України
Технологія продукції ресторанного господарства. Методичні вказівки та вимоги до курсової роботи для студентів напряму підготовки...
Теорія автоматичного управління методичні вказівки та завдання до виконання курсової роботи для студентів за напрямком підготовки 051103 «Авіоніка» Київ 2011 iconМіністерство освіти І науки України одеська національна академія...
Методичні вказівки до розрахунково-графічної роботи з дисципліни «Автоматизований електропривод» для студентів спеціальності „Автоматизація...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2014
звернутися до адміністрації
uchni.com.ua
Головна сторінка