Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Самарский государственный архитектурно-строительный университет
Факультет Информационных систем и технологий
Кафедра прикладной математики и вычислительной техники (№ 16)
КОМПЛЕКС ИНСТРУКЦИЙ
ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«Основы теории управления»
Код специальности / направления
090302_01
Наименование Информационные системы и технологии
(направления, специальности)
Наименование Информационные системы и технологии
(направленности (профиля) образования)
Индекс дисциплины по учебному плану Б1.В.ОД.1
Форма обучения Очная
Объем дисциплины:
в зачетных единицах 3;
в часах:
академических, выделенных на контактную работу
обучающихся с преподавателем (аудиторных) 36;
выделенных на самостоятельная работу 72
Форма итогового контроля зачет
Курс обучения 3
Семестр обучения 2
Самара 215
1. Место дисциплины в структуре образовательной программы (взаимосвязь с другими
дисциплинами).
Необходимые предшествующие дисциплины
Последующие дисциплины, базирующиеся
на приобретенных компетенциях
«Технология и методология профессиональной деятельности», «Логика и
методология науки», Логика развития
технических систем
общеcтве.
в информационном
 Проектирование
информационных систем
 Методология профессиональной
деятельности
 Информационные системы в
менеджменте и маркетинге
 Информационные системы в
банковской деятельности
 Проектирование бизнес
процессов
 Моделирование экономических
процессов
2. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (компетенций).
Карта компетенций дисциплины
Цель
дисциплины
Задачи
дисциплины
Целью дисциплины является формирование, совместно с другими
дисциплинами учебного плана и всеми формами образовательного процесса
в вузе, у выпускника компетенций, знаний, умений и навыков,
определяемых требованиями ООП
*формирования у студентов комплексных умений и навыков
исследовательской деятельности в процессе выполнения курсовой
работы и лабораторных работ,
*активная самостоятельная работа студентов, включая выполнение
лабораторных работы, взаимодействие в составе исследовательских
микроколлективов,
*своевременный контроль текущей и промежуточной успеваемости и
принятие необходимых мер по его итогам.
*получение студентами знаний по методам исследованиям и
моделирования информационных процессов и технологий, алгоритмов
моделирования.
3. Содержание лабораторных работ
№
раздела
1
Наименование
раздела
Устойчивость
Михайлову.
Преобразование
структурных
№
Наименование лабораторной Количество
лабораторной
работы
часов
работы
по
схем
1.
ЛР1. Устойчивость по
Михайлову.
Характеристическое уравнение
2
№
раздела
Наименование
раздела
№
Наименование лабораторной Количество
лабораторной
работы
часов
работы
систем автоматического
управления.
замкнутой системы:
+55
+700
+1125
0=0
С помощью программных
средств построить годограф
Михайлова, если
ω=0;5;10;14.3;20;26.46;30,;40.
Установить, устойчива
система или нет
2
АФХ.
Частотные
характеристики систем
управления.
1.
ЛР2. АФХ. Построить
амплитудно-фазовую
характеристику (АФХ) RCцепи с использованием
программных средств:
W(jω)=
T=
2
c.
ω=0,5..500
3
Устойчивость
по
Найквисту.
Алгебраические
критерии устойчивости
систем управления.
2.
ЛР3. Устойчивость по
2
Найквисту.С помощью
критерия Найквиста построить
амплитудно-фазовую
частотную характеристику
(АФЧХ), установить
устойчивость замкнутой
системы, если передаточная
функция разомкнутой системы
имеет вид:
W(jω)=
T1=0,02 сек
k=86
Т2=0,03 сек Модуль:
А(ω)=
Фазово-частотная
характеристика: φ(ω)=(90˚+arctg(T1ω)+arctg(T2ω))
4
Временные
характеристики
с
использованием ВЧХ.
3.
ЛР4. ВЧХ P(ω)=
2
k=20
Т=0,1 сек. С
№
раздела
Наименование
раздела
№
Наименование лабораторной Количество
лабораторной
работы
часов
работы
помощью программных
средств построить временную
характеристику h(t) c
использованием таблицы h(t0)
функций.
5
6
Построение кривых
переходного
процесса с
использованием
ВЧХ.
4.
Построение фазовых
траекторий НС.
5.
ЛР5. По таблице h(t0) функций
3
для всех четырёх
коэффициентов наклона
построить переходные
процессы h(tреал). Получить
кривую переходного процесса.
ЛР 6.НС. Исследовать
процессы в
электромеханической
следящей системе с
электромагнитными муфтами
трения и нелинейным
логическим устройством в
режиме стабилизации.
Уравнение всей системы:
4
=
Построить
траекторию.
устойчивость
системы.
Оптимальные
системы.
7
6.
фазовую
Оценить
нелинейной
ЛР7.Оптимизация
нагрева 2
заготовок в нагревательной
печи
Всего
17
4. Контрольные точки
Неделя
семестра
Название
Требования
2
КТ1. Устойчивость по Михайлову. Преобразование
структурных схем систем автоматического управления.
10 сентября
4
КТ2. АФХ. Частотные характеристики систем
управления.
17 сентября
7
КТ3. АФХ. Частотные характеристики систем
управления.
25 сентября
8
КТ4. Построение кривых переходного процесса с
использованием ВЧХ.
9 октября
КТ5. Построение фазовых траекторий НС.
25ноября
12
Оптимальные системы.
5. 12.Учебно-методическое обеспечение дисциплины (модуля)
Наименова
ние
дисциплин
ы
(с
индексом)
Информационные ресурсы
1
2
Перечень учебнометодического обеспечения
Литература
Основная *
Указывают
ся автор(ы),
наименован
ие издания,
место
издания,
год издания
(если есть,
указать
«гриф»)
3
Количес
тво
В
библиот
еке
СГАСУ
(экз.)
Электронные
образовательные
ресурсы
(наличие издания в
ЭБС, БД с
указанием ссылки
на ресурс)**
Собствен Сторон
ные
ние
4
5
Под
редакцией
А.А.
Красовского
Справочник
по теории
автоматическ
ого
управления.
М. Наука,
1987.
Солодовнико
в В.В.,
Плотников
В.Н., Яковлев
А.В. Основы
теории и
элементы
систем
автоматическ
ого
регулировани
я. М.:
Машинострое
ние, 1985.
Попов Е.П.
Теория
линейных
систем
автоматическ
ого
регулировани
яи
управления
М.: Наука,
1979.255 с.
Теория
автоматическ
ого
управления.
Теория
линейных
систем
автоматичен
Лично у
лектора
Лично у
лектора
Лично у
лектора
Лично у
лектора
6
Дополнитель
ная
Для
самостоятел
ьной работы
кого
управления
/Под ред.
А.А.Воронова
. М.: Высшая
школа,
1977.303 с.
Крутова И.Н.
Исследование
процессов
стабилизации
многомерной
динамической
системы с
релейным
управлением.
А и Т, 1999,
№ 4, с. 27-43.
Николаев
Ю.Н. О
симметрии и
других
свойствах
области
ассимптотиче
ской
устойчивости
линейных
дискретных
систем. А и Т,
2001, №11, с.
109-120.
Андриевский
В.Р., Фрадков
А.Л.
Избранные
главы теории
математическ
ого
управления с
примерами на
языке
MATLAB,
СПб. Наука,
1999.
Теория
автоматическ
ого
управления.
Теория
нелинейных и
специальных
систем
автоматическ
ого
регулировани
я. / Под ред.
А.А.Воронова
.М: Высшая
школа, 1977.
228 с.
Задачник по
теории
Лично у
лектора
Лично у
лектора
Лично у
лектора
Лично у
лектора
Лично у
автоматическ
ого
регулировани
я. Топчеев
Ю.И.,
Цыплаков
А.П. М.:
Машинострое
ние, 1977.
592 с.
Попов Е.П.
Теория
нелинейных
систем
автоматическ
ого
регулировани
я и
управления.
М.: Наука,
1979.255 с.
Информацио
нные
технологии
Программно
е
обеспечение
лектора
Лично у
лектора
Excel
Доступ обучающихся к ЭОР СГАСУ осуществляется после регистрации
через страницу библиотеки сайта СГАСУ www.samgasu.ru
(http://bibl.samgasu.ru/marcweb2 - свободный доступ с домашних компьютеров). К ЭБС издательства «Лань» можно перейти по ссылке
http://e.lanbook.com после регистрации в электронном читальном зале (ауд.
0209) и т.д.
13. Описание материально-технической базы
Аудитории
Учебные
Для
практических
занятий,
групповых и
индивидуальных
консультаций,
текущего
контроля и
промежуточной
аттестации,
курсового
проектирования
Лингафонный
кабинет*
Лаборатории
Компьютерный
№
аудитори
и
511, 513,
515, 517,
520
Оборудование
Компьютер AMD FX-4100 Quad-Core
Internet
Мультимедиапроектор
Ноутбук
Принтер
Экран
Сканер
Количеств
о (шт.)
11
1
1
1
0
1
0
Лабораторное оборудование
520
Компьютер AMD FX-4100 Quad-Core
11
класс
Для
самостоятельно
й работы
(доступ к
Интернету и
ЭБС)
Помещения для
хранения и
обслуживания
учебного
оборудования
Библиотека
Internet
Мультимедиапроектор
Ноутбук
Принтер
Экран
Сканер
511, 513,
515, 517,
520
…
520
1
1
1
1
1
1
Лабораторная работа №1
«Устойчивость по Михайлову».
Дано: Характеристическое уравнение замкнутой системы:
+55
+700
+11250=0
С помощью программных средств построить годограф
Михайлова, если ω=0;5;10;14.3;20;26.46;30,;40. Установить, устойчива система или нет.
1. Цели и задачи работы
Ознакомить студентов с критерием устойчивостью САУ по Михайлову.
2. Содержание работы
По заданным преподавателем исходным данным определить, устойчива система или нет.
3. Порядок выполнения работы
1. Прохождение студентами инструктажа по технике безопасности при
выполнении работы на ЭВМ.
2. Изложение и проверка усвоения необходимого теоретического материала
3. Получение индивидуального задания на работу
4. Выполнение работы в соответствии с полученным заданием;
5. Текущий контроль преподавателем хода выполнения работы
6. Запись домашнего задания
7. Получение зачета по работе.
4.. Теоретический и справочный материал
Устойчивость САУ – свойство системы обеспечить сколь угодно малое отклонение
возмущенного движения при достаточно малых начальных возмущениях за конечный
отрезок времени.
Критерии устойчивости САУ – математически сформулированные правила,
позволяющие
исследовать
устойчивость
системы
без
вычисления
корней
характеристического уравнения.
D(p)=
n
a p a p
0
1
p=jw,
n 1
 ...  a n
где
D(p)=
n
a p a p
0
1
n 1
 ...  a n
Очевидно, что число правых корней будет равно m при условии
Для устойчивости системы необходимо и достаточно, чтобы n
характеристического уравнения были левыми, т. е. – среди них не
должно быть корней, лежащих на мнимой оси и обращающих в нуль
полином
, должно выполнятся условие:
Формулы
и
представляют математическое выражение критерия устойчивости
Михайлова: для того, чтобы система автоматического регулирования
была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы вектор кривой
Михайлова
слагаемы
-ми фазы вектора
.
.
Примеры неустойчивых систем
Лабораторная работа №2
«АФХ. Частотные характеристики систем управления.»
1. Цели и задачи работы
Научится делать прогнозы развития ТС с использованием метода наименьших
квадратов
2. Содержание работы
АФХ. Построить амплитудно-фазовую характеристику (АФХ) RC-цепи с использованием
программных средств:
W(jω)=
T=
c. ω=0,5..500
3. Порядок выполнения работы
1.
2.
3.
4.
5.
Преподаватель задает студентам задание.
Требуется выполнить прогноз конкретной информационной системы.
Выполнение работы в соответствии с полученным заданием;
Предварительная сдача выполненной работы преподавателю на компьютере;
Запись домашнего задания.
Лабораторная работа №3
«Устойчивость по Найквисту».
С помощью критерия Найквиста построить амплитудно-фазовую частотную
характеристику (АФЧХ),
1. Цели и задачи работы
Необходимо студентам: Установить устойчивость замкнутой системы, если передаточная
функция разомкнутой системы имеет вид:
W(jω)=
k=86
А(ω)=
T1=0,02 сек Т2=0,03 сек Модуль:
Фазово-частотная характеристика: φ(ω)=-
(90˚+arctg(T1ω)+arctg(T2ω))
.
2. Содержание работы
Получить, освоить и доложить информацию о полученных знаниях в результате
выполненной работы.
3. Порядок выполнения работы
1.
2.
3.
4.
Получить задание от преподавателя.
Доложить свой обзор на занятии, получить замечания по его корректировке.
Участвовать в обсуждении докладов других студентов;
Получить зачет по работе
4.. Теоретический и справочный материал
Частотную передаточную функцию разомкнутой системы представим в
вида:
тудно-фазовой
системы
фазовой
характеристикой
разомкнутой
Критерий Найквиста получил следующую формулирову, испольууемую
в практических целях :
Ниже приведен пример устойчивой системы.
Лабораторная работа №4
«Построение временных характеристик с использованием ВЧХ»
1. Цели и задачи работы
Освоить методику построения временных характеристик с использованием
ВЧХ.
2. Содержание работы
Получить, освоить и доложить информацию о полученных знаниях в результате
выполненной работы.
2. Порядок выполнения работы
1. Домашняя подготовка: с помощью руководителя подготовить материалы для
выполнения ЛР 4.
2. Обсудить с преподавателем и тем самым окончательно утвердить тему работы.
3. Теоретический и справочный материал
Критерии оценки творческой работы (творческого рейтинга ТР)
1 Тип работы
0 - не носит исследовательского характера,
1 - носит исследовательский характер, т.е. в работе имеется незначительный результат, который был
неочевиден до ее выполнения,
2 – кроме 1, автор конкретно сопоставляет полученный результат с известными аналогичными результатами,
3 - в работе имеется значительный результат, который был неочевиден до ее выполнения,
4 – кроме 2, автор конкретно сопоставляет полученный результат с известными аналогичными результатами,
5 - кроме 4, работа содержит выдвижение собственных новых идей,
6 - кроме 5, в работе имеется собственная новая обобщающая формализованная постановка задачи.
2 Работа связана с НИР руководителя, НИГС, кафедры, вуза
0 - не связана,
1 – связана с НИР шефа
2 – связана с НИР руководителя своей НИГС
3 – связана с НИР преподавателя кафедры или заданием внешней организации
4 – кроме 3, учащийся является оплачиваемым участником ведущихся на кафедре исследовательских работ,
5 - учащийся является оплачиваемым участником работ по грантам РФФИ или целевым программам.
3 Работа относится к новому перспективному направлению развития ИКТ
0 - научное направление как таковое отсутствует,
1 – традиционное научное направление
2 - новое научное направление (мобильные приложения, высокопроизводительные вычисления, облачные
технологии)
3 - направление по ФОНДУ ПЕРСП. ИССЛ. (Системы обработки и передачи информации, Социальные сети)
4 –направление по ФОНДУ ПЕРСП. ИССЛ. (Кибербезопасность. Технологии обнаружения)
5 - направление по ФОНДУ ПЕРСП. ИССЛ. (Искусственный интеллект. Когнитивные технологии. Научнотехнологическое прогнозирование)
4 Направлена (подготовлена) публикация в печати
0 - нет,
1 - подготовлена статья к отправке в печать
2 - статья в соавторстве направлена в печать, но еще не принята к публикации,
3 - статья в соавторстве принята к публикации в центральной печати (есть справка редакции) или опубликована,
4 - статья в соавторстве направлена в журнал из списка ВАК или англоязычный, но еще не принята к
публикации,
5 - статья в соавторстве принята к публикации в журнале из списка ВАК, или англоязычном, или
опубликована.
5 Работа внедрена или подготовлена к внедрению в сторонних организациях
0 - работа не имеет практического значения,
1 - работа может быть использована в учебных целях в своем учебном заведении,
2 - работа уже используется в своем учебном заведении (есть справка о внедрении),
3 – работа, пусть косвенно, связана с тематикой трудовой деятельности автора в посторонней организации,
4 - работа принята к внедрению в посторонней организации (есть справка)
5 - работа уже используется в посторонней организации, есть акт внедрения.
6 Имеется глубокий обзор проблематики по направлению науки и техники в сопоставлении с темой
работы
0 - анализ отсутствует,
1 – знает историю развития направления, его перспективы, ученых и названия их работ
2 – знает об отдельных научных школах в России и за рубежом, их отличиях,
3 – кроме 2, знает конкретику о нескольких аналогичных работах по конференциям и Hakaton-ам, в которых
участвовал
4 – кроме 3, подробно знает о новых результатах нескольких российских и зарубежных ученых,
5 – кроме 4, обосновывает актуальность своей темы работы сопоставлением с информацией пунктов 3 и 4
7 Автором используется формализованная постановка проблемы
0 - нет,
1 - постановка, использующая традиционный сравнительно несложный математический аппарат, выполнена, в
основном, научным руководителем,
2 - использующая традиционный сравнительно несложный математический аппарат, выполнена, в основном,
самостоятельно,
3 - постановка, использующая достаточно сложный математический аппарат, выполнена, в основном, научным
руководителем,
4 - постановка, использующая сложный математический аппарат, выполнена самостоятельно,
5 –полностью самостоятельная постановка с новым, введенным автором, понятийным аппаратом.
8 Получены новые научные результаты
0 – новые научные результаты отсутствуют,
1 – принадлежат, в основном, научному руководителю, но учащийся может объяснить, в чем их новизна,
2 – получены совместно с научным руководителем, не очень значительны,
3 – получены, в основном, учащимся, не очень значительны,
4 – получены, в основном, учащимся, достаточно значительны,
5 – получены, в основном, самим учащимся, носят выдающийся характер
9 Имеются собственные оригинальные (непривычные, неожиданные, яркие) идеи автора
0 - оригинальные идеи отсутствуют,
1 – работа отмечена как лучшая на Hakaton или иных грантовых конкурсных мероприятиях
2- учащийся доказал оригинальность отдельных элементов своей работы сравнением с аналогичными
неоригинальными элементами других работ
3 - учащийся доказал оригинальность в целом своей работы сравнением с аналогичными неоригинальными
другими работами
4 – использованы идеи, приемы, методы из других областей науки, неожиданные в контексте работы
5 - дана неожиданная, парадоксальная, но имеющая право на обсуждение постановка темы/ рабочая гипотеза/
интерпретация результатов
10 Имеется анализ литературы (по авторам и времени) по теме работы
0 - отсутствует,
1 - имеется, но заимствован откуда-то, учащийся этим материалом не владеет,
2 - имеется, но заимствован откуда-то, однако учащийся этим материалом хорошо владеет,
3 - анализ проведен самим учащимся по нескольким Интернет-источникам с перекрестным сопоставлением
информации,
4 - анализ проведен учащимся по Интернет-источникам и журнальным статьям (всего не менее 6) с
перекрестным сопоставлением
5 - анализ выполнен самим учащимся на исключительно высоком уровне
11 Освоены новые информационно-коммуникационные технологии
0 - нет,
1 - освоены достаточно простые методы, основанные на стандартных приложениях типа MS Office, AutoCAD,
MathCAD и т.п.
2 - освоены средства программирования типа Basic, пакеты автоматизированного проектирования ИС,
3 - освоены средства программирования типа Delphi, C++, C#, PHP, Java,
4 – освоены специализированные языки типа ПРОЛОГ и т.п.,
5 - детально освоены наиболее перспективные новые технологии разработки ИСТ.
12 Разработаны компьютерные программы, информационные системы и технологии
0 - нет,
1 - простые вычислительные и информационные программы, использованы лишь стандартные пакеты и
сервисы
2 - сложные вычислительные программы, ИПС, интерактивные сайты; простые, но целостные ИТ
3 – интеллектуальные, имитационные, визуальные, мультиагентные системы; сложные целостные ИТ
4 - визуальные БД и БЗ в Интернет, программы для социальных сетей, мобильных систем; ИТ, не имеющие
аналогов, пусть простые,
5 - разработаны целостные информационно-коммуникационные технологии, прошедшие опытное внедрение.
13 Проводится многопараметрическое качественное исследование объекта (процесса)
0 - отсутствует или вклад автора в него незначителен,
1 – по небольшому числу параметров стандартными средствами (например, Excel), не дает существенных
выводов,
2 - стандартными средствами (например, Excel), но на большом материале и приводит к существенным
выводам,
3 – проводится с помощью разработанных программных средств,
4 - с помощью разработанных программных средств на большом материале и приводит к существенным
выводам,
5 - с помощью разработанных учащимся математических методов и программных средств, на большом
материале
14 Сложность и качество оформления работы
0 - неряшливая, неграмотная, непонятная записка с плагиатом (при любом программном продукте)
1 – средняя по качеству записка, презентация, сайт (при любом программном продукте)
2 - записка и презентация оформлены безупречно, программного продукта нет
3 – записка и презентация безупречны, есть простенький программный продукт
4 - записка и презентация безупречны, программный продукт средней сложности или сложный, но с
существенными замечаниями
5 – записка, презентация и программный продукт на уровне хорошего дипломного проекта
15 Качество доклада и ответов на вопросы
0 - не может четко объяснить суть работы, ответить на вопросы, повидимому не понимает то, что докладывает,
1 - понимает то, что докладывает, но не может четко объяснить суть, ответить на вопросы, говорит тихим
голосом, слабая презентация
2 - докладывает самостоятельно, четко, громко, однако не может ответить на большинство вопросов,
3 - докладывает самостоятельно, четко, громко, отвечает на все вопросы,
4 - кроме 3, использует дополнительные средства усиления доклада
5 - кроме 4, доклад производит выдающееся впечатление.
Лабораторная работа №5
«Построение кривых переходного процесса с использованием ВЧХ..»
1. Цели и задачи работы
Освоить Построение кривых переходного процесса с использованием ВЧХ..
2. Содержание работы
Решить задачу по построению кривых переходного процесса с использованием ВЧХ.
3. Порядок выполнения работы
1. Домашняя подготовка: выполнение работы в соответствии с графиком,
прикрепление к своей странице в системе мониторинга НИРС промежуточных
материалов, написание отчета о ходе работы в системе мониторинга НИРС.
2. Консультирование у преподавателя;
3. Выполнение в аудитории отдельных элементов работы по указанию
преподавателя;
4. Демонстрация преподавателю результатов работы в аудитории.
5. Получение зачета
Лабораторная работа №6
«Построение фазовых траекторий НС»
1. Цели и задачи работы
Исследовать процессы в электромеханической следящей системе с электромагнитными
муфтами трения и нелинейным логическим устройством в режиме стабилизации.
2. Содержание работы
Уравнение всей системы:
Построить фазовую траекторию. Оценить
=
устойчивость нелинейной системы.
3. Порядок выполнения работы
1.
2.
3.
4.
Домашняя подготовка; подготовить доклад.
Доложить свою работу на занятии, получить замечания по корректировке.
Участвовать в обсуждении докладов других студентов;
Скорректировать текст доклада.
4. Теоретический справочный материал.
ка
рисунке стрелками. Ориентируясь по ним, вычерчиваем фазовые
траектории.
(1)
(1)
и уравнение регулятора (2)
(2)
Общее уравнение динами системы найдем, если продифференцируем
выражение (1) и подставим в него (2).
Если
они называются линиями переключениями.
В области 1 уравнение
принимает вид:
нижерасположенном рисунке:
имеед вид:
принимает вид:
Уравнение фазовых траекторий будет:
при уменьшении x.
затухает внутри зоны нечувствительности реле.
:
Уравнения динамики имеют вид:
Она показана на рисунке справа от линии
Откуда
Справа от линии переключения. Слева от линии переключения
уравнения фазовых траекторий имеет вид:
Эти параболы также изображены на рисунке слева от линии
переключения.
.
Процесс такого рода называют скользящим процессом.
На линии переключения имеет место уравнение:
Решением этого уравнения является
второго порядка на участке скользящего процесса вырождается в
линейную систему первого порядка.
начальном
положении
получаем
фазовую
переходящую в скольжение по линии
траекторию
Такой фазовой траектории соответствует процесс во времени
.
Найдем положение концов отрезков скользящего процесса А и В на
фазовой плоскости. В этих точках касательные к параболам совпадают с
Линией переключения. Это условие можно записать в виде:
Тогда получим для точек А и В условие в виде:
Лабораторная работа № 7
«Оптимальные системы»
1. Цели и задачи работы
Оптимизация нагрева заготовок в нагревательной печи
2. Содержание работы
Определить время переключения кривой нагрева t1.
Представить работу в пояснительной записке.
3. Порядок выполнения работы
1. Домашняя подготовка; подготовить пояснительную записку по лабораторной
работе.
2. Показать преподавателю и получить замечания.
3. Постараться устранить замечания на занятии.
4. Получить зачет
4. Теоретический и справочный материал
Оптимальной называется такая система автоматического управления, которой тем или
иным способом приданы наилучшие качества в каком-либо определенном смысле.
Так, например, система, обеспечивающая максимально возможную точность управления
объектом, является оптимальной в смысле минимума ошибки. Система, которая
переводит объект из заданного начального состояния в конечное за минимально
возможное время, является оптимальной по быстродействию. Система, решающая ту же
задачу за заданное время при минимально возможных затратах энергии, является
оптимальной в смысле минимального расхода энергии на управление.
Таким образом, при синтезе оптимальных систем требуется добиться не просто заданных
показателей качества (точность, запас устойчивости, быстродействие и др.), как это
делалось в главе 10, а наилучших показателей по определенному виду качества, наиболее
важному для конкретной системы (например, по быстродействию), т. е. «выжать» из
системы все, что она может дать именно по этому виду качества. Однако в ряде случаев
это достигается за счет ухудшения других показателей качества.
При оптимизации систем управления следует различать два класса задач, решаемых
последовательно: оптимизацию программы (закона) управления и оптимизацию
алгоритма управления.
Первый из этих классов задач возникает не всегда, а .тишь тогда, когда требуется найти
наивыгоднейшую программу изменения задающего воздействия, которое должна
воспроизводить система. Эта программа отыскивается в результате расчета но какомулибо критерию качества или определяется автоматически в процессе управления.
Так в главе 1 было показано, что для отыскания скорости полета самолета, оптимальной в
смысле минимума расхода топлива, может быть использована экстремальная система.
Другие примеры применения таких систем рассматриваются в § 25.1.
Вторым классом задач является оптимизация алгоритма управления, в результате решения
которой должна быть найдена наилучшая структура управляющего устройства или его
изменяемой части. Эта задача может иметь место во всех автоматических системах
независимо от того, оптимизировалась ли программа управления или она была задана
иначе, в том числе и при постоянном значении задающего воздействия.
Частным случаем этого класса задач является отыскание оптимальных значений
параметров управляющего устройства при заданной его структуре. Такая задача решалась,
704 Оптимальные и адаптивные системы автоматического управления например, в главе
14 для дискретной системы с минимальной конечной длительностью переходных
процессов. Однако прибегать к оптимизации алгоритма управления следует лишь тогда,
когда в этом действительно есть необходимость. Важно учитывать, что даже для систем
невысокого порядка решение задачи оказывается сложным, а сам алгоритм во многих
случаях становится нелинейным. Тогда система в целом после оптимизации становится
нелинейной.
Синтез оптимальной структуры управляющего устройства производится в два этапа. На
первом из них определяется оптимальный алгоритм управления, а на втором
осуществляется его техническая реализация.