ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

В.Д. Волков А.В. Смольянинов

СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ : ПРАКТИКУМ

С ПРИМЕРАМИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Воронеж 2014

УДК 681.5.01/.511

ББК 3 965.5–01

Волков В.Д. Современная теория автоматического управления: практикум с примерами решения задач: учеб. пособие [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (3,0 Мб) / В.Д. Волков, А.В. Смольянинов. – Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) : цв. – Систем. требования : ПК 500 и выше ; 256 Мб ОЗУ ; Windows XP ; SVGA с разрешением 1024x768 ; Adobe Acrobat 8 или более поздняя версия; CD-ROM дисковод ; мышь. – Загл. с экрана. – Диск и сопровод. материал помещены в контейнер 12х14 см.

Учебное пособие содержит методические указания по выполнению лабораторных работ, расчетно-графических и курсовых работ, а также числовые примеры расчета систем автоматического управления. Приводятся тематики всех видов работ, примеры приведены с подробными решениями, необходимыми методическими указаниями и пояснениями. Даются ссылки на литературные источники, изучение которых полезно перед выполнением конкретной работы.

Пособие полезно для студентов, изучающих курс теории автоматического управления, очной и, особенно, заочной форм обучения, а также для преподавателей этой дисциплины при организации отдельных видов учебной работы. Может быть использовано в учебном процессе при изучении дисциплины «Современная теория автоматического управления», а также выполнении курсового и дипломного проектирования.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 110800.68 «Агроинженерия» (программа магистерской подготовки «Автоматизация и управление технологическими процессами в сельском хозяйстве»), дисциплинам «Спецкурс по современной теории автоматического управления и автоматизации технологических процессов в сельском хозяйстве», «Математическое моделирование объектов и систем управления в технологических процессах сельскохозяйственного производства», «Нелинейные системы автоматического управления объектами и системами сельскохозяйственного производства».

Табл. 10. Ил. 55. Библиогр.: 7 назв.

Рецензенты: кафедра информационных технологий и автоматизированного проектирования в строительстве Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (зав. кафедрой канд. физ.-мат. наук, доц. Д.К. Проскурин);

д-р техн. наук, проф. А.М. Литвиненко

© Волков В.Д., Смольянинов А.В., 2014

© Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014

Оглавление

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 9

1.1. Исследование динамических свойств типовых звеньев систем автоматического управления 9

1.2. Исследование частотных характеристик линейных систем автоматического управления 14

1.3. Изучение правил преобразования структурных схем систем автоматического управления 23

1.4. Исследование замкнутых систем автоматического управления 28

1.5. Исследование влияния расположения полюсов передаточной 36

функции на динамические свойства выходных процессов 36

1.6. Исследование влияния расположения нулей передаточной функции на динамические свойства выходных процессов 41

1.7. Исследование нелинейных систем автоматического управления 44

1.8. Исследование скользящих режимов в нелинейных системах автоматического управления 50

1.9. Исследование систем автоматического управления с цифровыми регуляторами 55

1.10. Синтез систем автоматического управления с заданным 61

движением 61

1.11. Синтез систем стабилизации неустойчивых объектов автоматического управления путем размещения полюсов 66

1.12. Синтез систем автоматического управления с полной обратной связью 72

1.13. Синтез оптимальных систем автоматического управления с полной обратной связью 77

1.14. Синтез систем автоматического управления с наблюдателем пространственного состояния 82

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ 88

2.1. Исследование выходных процессов одномерных линейных 88

стационарных систем 88

Задания к расчетно-графической работе 92

2.2. Исследование выходных процессов многомерных линейных стационарных систем 93

Задания к расчетно-графической работе 101

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ 104

3.1. Варианты заданий на выполнение курсовой работы 104

3.2. Состав пояснительной записки 105

3.3. Краткие теоретические сведения 111

1.1.1. Синтез систем по требованиям к точности подавления постоянно действующих возмущений 111

1.1.2. Синтез систем по требованиям к точности подавления гармонических возмущений 113

1.1.3. Синтез систем управления по заданным перерегулированию и 117

времени регулирования 117

1.1.4. Синтез систем с компенсатором возмущающего воздействия 120

1.1.5. Синтез систем с полной обратной связью при наличии входных 121

воздействий 121

4. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 124

4.1. Определение передаточных функций и выходных характеристик корректирующих устройств 124

4.2. Дифференциальные уравнения и передаточные функции объектов автоматизации 128

Объекты автоматизации с возвратно-поступательным 128

перемещением рабочего органа 129

Объекты автоматизации с вращательным движением рабочего органа 130

4.3. Определение дифференциальных уравнений и передаточных 131

функций нестационарных систем 131

4.4. Определение дифференциальных уравнений и передаточных 141

функций стационарных систем с распределенными параметрами 141

4.5. Анализ выходных характеристик и определение передаточных функций дискретных систем автоматического управления 148

4.6. Анализ управляемости и наблюдаемости систем автоматического управления в пространстве состояний 149

4.7. Анализ чувствительности систем автоматического управления, представленных моделями «вход-выход» 151

4.8. Частотные характеристики элементов и систем автоматического управления 153

4.9. Преобразование структурных схем 158

1.1.6. Преобразование структурных схем, представленных моделями «вход-выход» 158

1.1.7. Преобразование структурных схем, представленных моделями «вход-состояние-выход» 164

4.10. Исследование устойчивости линейных стационарных систем автоматического управления на основе критериев устойчивости 169

Алгебраические критерии устойчивости 169

Частотные критерии устойчивости 175

Выделение областей устойчивости линейных стационарных систем. D - разбиение 187

4.11. Определение коэффициентов ошибок и точности воспроизведения задающего воздействия систем автоматического управления 189

4.12. Структурные методы повышения точности систем 194

автоматического управления 194

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 202