ТАУ_технологич_системами

УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой ОАП
И.А. Богданович
«26» мая 2014г.,
протокол №19
Методические указания для подготовки к входному компьютерному
тестированию
По дисциплине «Теория автоматического управления технологическими
системами»
для специальности
1-36 01 03 Технологическое оборудование машиностроительного
производства
Курс обучения 4-й
Факультет заочного образования
Составил:
преподаватель кафедры
«Оборудование и автоматизация
производства»
Ж.И. Гаврилова
Инструкция
Тестовые задания составлены в количестве 112 шт. Входной контроль
знаний студентов проводится перед экзаменом с целью выявления степени
подготовленности и освоения материала дисциплины.
Студент отвечает на 10 вопросов, выбранных компьютером. Для допуска к
экзамену студенту необходимо ответить на 6 вопросов, т.е. на 60%.
ВВЕДЕНИЕ
Данные методические указания содержат тематический план
курса «Теория автоматического управления технологическими системами», вопросы для подготовки к компьютерному тестированию,
список учебной литературы
Тематический план курса
№
п/п
1
1.1
1.2
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
3
3.1
3.2
3.3
4
4.1
4.2
5
6
6.1
Наименование
Раздела, темы
Математические основы исследования систем автоматического
управления
Общая характеристика линейных систем автоматического
управления
Математическое описание линейных САУ ТС
Характеристики и элементы САУ ТС
Частотные и временные
характеристики САУ ТС
Соединение звеньев
Принципы и виды управления
Обратные связи
Расчёт передаточных функций
Статизм и астатизм
Статические ошибки и добротность
Анализ устойчивости САУ ТС
Устойчивость САУ
Критерии устойчивости
Обеспечение устойчивости
Синтез САУ ТС
Качество линейных САУ
Понятие о синтезе САУ ТС
Дискретные (цифровые) САУ
Нелинейные САУ ТС
Нелинейные САУ
6.2
7
7.1
7.2
7.3
Понятие об особых режимах САУ ТС
Современные САУ ТС
Основы построения стохастических систем управления
Системы оптимального управления
Адаптивные автоматические системы управления
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ТАУ ТС
Раздел 1
Тема 1.1
Содержание
темы
Тема 1.2
Содержание
темы
Раздел 2
Тема 2.1
Содержание
темы
Тема 2.2
Содержание
темы
Тема 2.3
Содержание
темы
Математические основы исследования систем автоматического
управления
Общая характеристика линейных систем автоматического
управления
ТАУ ТС — научная основа управления технологическими системами.
Содержание дисциплины и её значение для инженерного образования. Связь
ТАУ ТС с другими областями знаний. Основные понятия и определения.
Элементы процесса управления. Структура автоматической системы.
Оператор системы. Принцип суперпозиции. Стационарные и нестационарные
системы. Непрерывные и дискретные (импульсные) системы.
Математическое описание линейных САУ ТС
Уравнения динамики и статики. Линеаризация. Преобразование Лапласа,
основные свойства. Форма записи дифференциальных уравнений.
Передаточные функции. Передаточные функция в форме изображения
Лапласа. Стандартная форма записи линейных дифференциальных
уравнений.
Характеристики и элементы САУ ТС
Частотные и временные характеристики САУ ТС
Частотные характеристики. Амплитудно-фазовая частотная характеристика.
Амплитудная частотная характеристика. Фазовая частотная характеристика.
Логарифмическая амплитудная частотная характеристика. Логарифмическая
фазовая частотная характеристика. Временные характеристики. Переходная
(разгонная)
характеристика.
Импульсная
переходная
(весовая)
характеристика.
Соединение звеньев
Элементарные звенья. Пропорциональное звено. Интегрирующее звено.
Дифференцирующее звено. Апериодическое звено. Форсирующее звено.
Колебательное звено. Апериодическое звено второго порядка. Форсирующее
звено второго порядка. Неминимально-фазовые звенья. Структурные схемы,
графы. Основные правила преобразования структурных схем.
Принципы и виды управления
Фундаментальные принципы управления. Принцип разомкнутого управления.
Принцип компенсации (управление по возмущению). Принцип обратной связи
(регулирование по отклонению). Основные виды автоматического управления.
Стабилизация. Программное управление. Следящие системы. Системы с
поиском экстремума показателя качества. Оптимальное управление.
Адаптивные системы.
Тема 2.4
Содержание
темы
Тема 2.5
Содержание
темы
Тема 2.6
Содержание
темы
Тема 2.7
Содержание
темы
Обратные связи
Структурные схемы. Жёсткая обратная связь. Гибкая обратная связь.
Положительная жёсткая обратная связь. Отрицательная жёсткая обратная
связь. Примеры.
Расчёт передаточных функций
Вычисление передаточной функции одноконтурной системы. Вычисление
передаточной функции многоконтурной системы. Запись дифференциальных
уравнений по известным передаточным функциям системы. Построение
частотных характеристик по передаточным функциям. Многомерные
стационарные линейные системы. Уравнения многомерных стационарных
линейных систем и объектов. Передаточная матрица. Весовые или
импульсные переходные матрицы. Запись дифференциальных уравнений в
нормальной форме Коши. Преобразование дифференциальных уравнений к
нормальной системе. Нестационарные линейные системы. Весовые функции.
Передаточные функции. Квазистационарные системы.
Статизм и астатизм
Статизм. Статизм по нагрузке. Статизм по установке. Статическая система
(пример). Астатическое регулирование. Астатическая система (пример).
Статические ошибки и добротность
Статические ошибки. Коэффициент ошибки по положению. Коэффициент
ошибки по скорости. Коэффициент ошибки по ускорению. Добротность.
Раздел 3
Анализ устойчивости САУ ТС
Тема 3.1
Устойчивость САУ
Понятие устойчивость. Общая постановка задачи устойчивости по
А. М. Ляпунову. Условия устойчивости линейных систем автоматического
управления.
Критерии устойчивости
Содержание
темы
Тема 3.2
Содержание
темы
Тема 3.3
Содержание
темы
Алгебраические критерии устойчивости. Критерий устойчивости Гурвица.
Частотные критерии устойчивости. Принцип аргумента. Критерий
устойчивости Михайлова. Критерий устойчивости Найквиста. Анализ
устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам. Построение
областей устойчивости в плоскости параметров системы. Д-разбиение по
одному (комплексному) параметру. Устойчивость систем с запаздыванием
и систем с иррациональными звеньями. Устойчивость нестационарных
систем. Структурная неустойчивость
Обеспечение устойчивости
Общие положения. Корректирующие устройства. Параллельно-встречные
корректирующие устройства. Параллельные корректирующие устройства.
Преобразовательные элементы. Пассивные четырёхполюсники постоянного
тока. Активные четырёхполюсники постоянного тока. Пассивные
четырёхполюсники переменного тока. Повышение точности
в
установившихся режимах. Компенсация внешнего воздействия (обеспечение
инвариантности). Система комбинированного управления. Комбинированная
следящая система. Обеспечениеустойчивости и повышение запаса
устойчивости.
Раздел 4
Синтез САУ ТС
Тема 4.1
Качество линейных САУ.
Общие положения. Качество регулирования в установившемся режиме
(коэффициенты ошибок). Качество переходного процесса при воздействии
ступенчатой функции. Качество регулирования при гармонических
воздействиях. Корневые методы оценки качества регулирования. Корневые
годографы. Интегральные оценки качества переходных процессов. Частотные
методы оценки качества регулирования. Оценка качества по показателю
колебательности. Чувствительность систем автоматического управления.
Понятие о синтезе САУ ТС
Общие положения. Выбор параметров и синтез корректирующих устройств
по корневым годографам. Синтез корректирующих устройств по
логарифмическим амплитудно-частотным характеристикам. Построение ЛАЧХ
неизменяемой части системы. Построение желаемой ЛАЧХ. Выбор
корректирующих устройств. Приближённые соотношения. Аналитический
метод синтеза параметрических инвариантных систем автоматического
управления.
Дискретные (цифровые) САУ
Содержание
темы
Тема 4.2
Содержание
темы
Раздел 5
Тема 5
Содержание
темы
Дискретные (цифровые) САУ
Общие сведения о цифровых автоматических системах и их математическое
описание. Описание цифровых систем во временной области. Описание
цифровых систем в частотной области. Понятие Z- и модифицированных Zпередаточных функциях цифровых систем. Свойства передаточных функций
цифровых систем. Правила структурных, преобразований в цифровых
системах. Частотные характеристики цифровых систем. Способы построения
и расчёта частотных характеристик цифровых систем. Устойчивость
линейных моделей цифровых систем. Устойчивость в "малом" нелинейных
импульсных систем прямым методом Ляпунова. Алгебраические критерии
устойчивости. Аналоги критериев устойчивости Михайлова и Найквиста.
Методы синтеза линейных цифровых систем. Частотные методы синтеза.
Выбор периода дискретности по времени. Синтез линейных моделей
цифровых систем по среднеквадратическому критерию качества.
Оптимальное оценивание состояния линейных объектов управления в
цифровых автоматических системах. Идентификация параметров линейных
объектов, управляемых цифровой вычислительной машиной.
Раздел 6
Нелинейные САУ ТС
Тема 6.1
Нелинейности в САУ
Основные типы нелинейных систем и их характеристик. Изображение
движений на фазовой плоскости. Линейная консервативная система
второго порядка. Система с отрицательной восстанавливающей силой.
Линейная колебательная система с вязким трением. Линейная апериодическая
система с вязким трением. Система с переменной структурой. Метод
"припасовывания" граничных значений. Устойчивость в малом, большом и
целом. Второй (прямой) метод Ляпунова. Критерии устойчивости.
Понятие об особых режимах САУ ТС
Содержание
темы
Тема 6.1
Содержание
Автоколебания.
Метод
точечных
преобразований.
Приближённое
темы
Раздел 7
Тема 7.1
Содержание
темы
Тема 7.2
Содержание
темы
Тема 7.2
Содержание
темы
исследование автоколебаний. Метод эквивалентной линеаризации. Метод
гармонического баланса. Устойчивость автоколебаний.
Современные САУ ТС
Основы построения стохастических систем управления
Случайные процессы и их основные статистические характеристики.
Расчёт и синтез линейных систем при случайных воздействиях.
Особенности расчёта нелинейных систем.
Системы оптимального управления
Постановка задачи и классификация задач оптимального управления.
Методы решения задач оптимального управления. Управляемость.
Наблюдаемость. Основы построения оптимальных систем управления.
Адаптивные автоматические системы управления
Классификация адаптивных систем. Особенности построения
адаптивных систем, преимущества и недостатки.
Учебно-методические материалы
Основная литература
1.
Анхимюк В.Л., Олейко В.Ф., Михеев Н.Н. Теория
автоматического управления. - Мн.: Дизайн ПРО, 2000.- 352 с.: ил.
2. Ерофеев А.А. Теория автоматического управления: Учебник для
вузов.-2-е изд.,
перераб. И доп. – СПб.: Политехника, 2002. – 302 с.: ил.
3 Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Нелинейные и
оптимальные системы. – СПб.: Питер, 2006.- 272 с.6 ил.- (Серия
«Учебное
пособие».
4 Черноруцкий И. Г. Методы оптимизации в теории управления:
Учебное
пособие – СПб.: Питер, 2004.- 256 с.6 ил.5 Бессекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического
регулирования. М.: 1976г.
6
Воронов А. А. Основы теории автоматического управления. М.,
1980г.
7Теория автоматического управления / Под ред. акад. А. А. Воронова. Ч.
1. Теория пинейных систем автоматического управления. М., 1986.- 367с, ил.
8 Теория автоматического управления / Под ред. акад. А. А. Воронова.
Ч. 2. Теория непинейных и специальных систем автоматического управления.
М., 1986.- 504 с, ил.
9 Фельдбаум А. А., Бутковский А. Г. Методы теории автоматического
управления. Гл. ред. физ.-мат. литературы "Наука". М., 1971 , 744 с.
10 Шамриков Б. М. Основы теории цифровых систем управления.
М.: Машиностроение, 1985.-296 С.
11 Семёнов В. В. и др. Методы описания, анализа и синтеза нелинейных
систем управления. М.: изд-во МАИ. , 1983.
12 Соколов Н. И., Судзиловский Н. Б. Аналитический метод синтеза
параметрически инвариантных систем автоматического управления: Учебное
пособие.- М.: МАИ., 1984.- 77 с.,ил.
13
Иващенко Н. Н. Автоматическое регулирование. Теория и
элементы систем. М., 1973,1978.
Дополнительная литература:
1. Математические основы теории автоматического регулирования
/Иванов В. А., Медведев В. С., Чемоданов Б. К., Ющенко А. С. М., 1977 , т. 1.
2. Понтрягин Л. Е. Обыкновенные дифференциальные уравнения. М.,
1965 г.
3. Сю Д., Мейер А. Современная теория автоматического
управления и её применение. Пер. с англ. М.: Машиностроение , 1972 ,
552 с., ил.
4. Техническая
кибернетика.
Теория
автоматического
регулирования / Под ред. В. В. Солодовникова. М.: Машиностроение. Кн.
1, 2, З; ч. 1 и ч. 2, 1967г.
5. Основы автоматического управления. Под ред. В. С. Пугачёва. Изд-во
" Наука ", 1967, 680 с.