Основные понятия, определения

ОСНОВЫ

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Учебное пособие

Омск – 2006

УДК 62–52 (075)

ББК 32.98 я 73

К 56

Рецензенты:

Авилов В.Д., зав. кафедрой «Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПС, д.т.н., профессор, засл. работник транспорта РФ, академик ПАНИ, член-корр. АЭН РФ;

Сушков В.В., зав. кафедрой физики ТюмНГУ, д.т.н., профессор

Ковалёв Ю.З. и др.

К56 Основы автоматического управления: Учебное пособие / Ю.З. Ковалёв, Е.М. Кузнецов, А.Г. Щербаков. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. 96 с.

Излагаются теоретические основы построения систем автоматического управления. Рассмотрены вопросы, связанные с исследованием динамики линейных систем, приводятся основы исследования нелинейных систем автоматического управления, описывается структура систем автоматического управления на основе ЭВМ.

Учебное пособие написано в соответствии с программой курса «Основы автоматического управления» для студентов специальностей 140610 «Электрооборудование и электрохозяйства предприятий, организаций и учреждений» и 080801 «Прикладная информатика (в электрооборудовании и электрохозяйстве предприятий, организаций и учреждений)». Может быть полезно студентам других электрических и электромеханических специальностей, а также специалистам, занимающимся исследованиями и проектированием систем автоматического управления различного назначения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета.

УДК 62–52 (075)

ББК 32.98 я 73

ã Авторы, 2006

ã Омский государственный

технический университет, 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.................................................................................................... 5

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ

И КЛАССИФИКАЦИЯ САУ.................................................................. 6

1.1. Общие понятия об управлении....................................................... 6

1.2. Классификация САУ..................................................................... 13

1.3. Примеры САУ............................................................................... 16

2. ЛИНЕЙНЫЕ САУ................................................................................... 19

2.1. Описание САУ линейными дифференциальными уравнениями. 19

2.2. Линеаризация дифференциальных уравнений САУ................... 22

2.3. Преобразование Лапласа и его свойства..................................... 23

2.4. Численное решение дифференциальных уравнений САУ.......... 25

3. ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ САУ.................................................... 26

3.1. Структурная схема САУ............................................................... 26

3.2. Передаточная функция САУ........................................................ 27

3.3. Передаточные функции САУ при различных включениях звеньев...... 28

3.4. Передаточная функция замкнутой системы................................. 31

4. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ САУ......................................... 33

4.1. Типовые возмущающие функции в САУ..................................... 33

4.2. Комплексная частотная характеристика системы....................... 34

5. ТИПОВЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ЗВЕНЬЯ САУ...................................... 39

5.1. Общие положения......................................................................... 39

5.2. Безынерционное (усилительное) звено......................................... 39

5.3. Инерционное (апериодическое) звено.......................................... 40

5.4. Колебательное звено..................................................................... 41

5.5. Интегрирующее (астатическое) звено.......................................... 44

5.6. Дифференцирующее звено............................................................ 45

5.7. Примеры нахождения передаточных функций для некоторых

технических устройств.................................................................. 46

6. УСТОЙЧИВОСТЬ САУ......................................................................... 55

6.1. Понятие устойчивости систем автоматического управления...... 55

6.2. Алгебраический критерий устойчивости Гурвица...................... 60

6.3. Частотный критерий оценки устойчивости Найквиста................ 63

6.4. Логарифмический критерий устойчивости.................................. 65

6.5. Частотный критерий оценки устойчивости Михайлова.............. 67

6.6. Построение областей устойчивости САУ.................................... 68

7. АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В САУ........ 70

7.1. Общие положения......................................................................... 70

7.2. Оценка точности систем автоматического управления............... 71

8. СИНТЕЗ ЛИНЕЙНЫХ САУ................................................................. 73

8.1. Общие вопросы синтеза линейных САУ...................................... 73

8.2. Последовательное включение корректирующих устройств....... 73

8.3. Параллельное включение корректирующих устройств..............74

9. НЕЛИНЕЙНЫЕ САУ............................................................................. 77

9.1. Понятие нелинейных САУ и методы их исследования................ 77

9.2. Фазовый метод исследования нелинейных САУ......................... 79

10. РЕГУЛЯТОРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ САУ........................ 80

10.1. Понятие о промышленных регуляторах................................. 80

10.2. Пропорциональный регулятор (П-регулятор).......................81

10.3. Интегральный регулятор (И-регулятор)................................ 82

10.4. Изодромный регулятор (ПИ-регулятор)................................ 83

10.5. Пропорционально–интергрально–дифференциальный

регулятор (ПИД – регулятор)................................................. 83

10.6. Примеры конструктивной реализации регуляторов.............. 84

10.7. Основные требования, предъявляемые к современным САУ 87

10.8. Структура САУ на основе ЭВМ.............................................. 88

10.9. Структура современной ЭВМ................................................. 90

Библиографический список....................................................................... 93

Приложения................................................................................................. 95