Теория автоматического управления (ТАУ). Лекция 1: Введение

 ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

 ЛИНЕЙНЫЕ НЕПРЕРЫВНЫЕ СИСТЕМЫ


ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СУЩНОСТЬ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И СПОСОБЫ КЛАССИФИКАЦИИ СИСТЕМ

1.1. Основные понятия и определения теории автоматического регулирования и управления

1.2. Классификация систем автоматического регулирования и управления

1.2.1. По принципу управления

1.2.2. По назначению

1.2.3. По характеру функционирования

1.2.4. По виду дифференциальных уравнений,
описывающих работу CAP

1.2.5. По величине установившейся ошибки

1.2.6. По способу передачи и преобразования сигналов

1.2.7. По виду используемой энергии

1.2.8. По мощности

1.2.9. По наличию усилителя

1.2.10. По числу входных величин CAP

1.3. Основные устройства CAP

Контрольные вопросы и задачи к главе 1

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

2.1. Уравнения САУ

2.2. Линеаризация

2.3. Преобразование Лапласа и его основные свойства

2.4. Передаточная функция звен

2.5. Типовые воздействия

2.6. Основные характеристики САУ

2.6.1. Временные характеристики

2.6.2. Частотные характеристики

2.7. Типовые звенья и их характеристики

2.7.1. Позиционные звенья

2.7.2. Интегрирующие звенья

2.7.3. Дифференцирующие звенья

2.7.4. Звено чистого запаздывания

Контрольные вопросы и задачи к главе 2

Глава 3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

3.1. Передаточные функции разомкнутой системы

3.2. Построение ЛЧХ разомкнутой одноконтурной системы

3.3. Составление и преобразование структурных схем САУ

3.4. Правила преобразования структурных схем

3.5. Передаточные функции и уравнения замкнутой системы

3.6. Передаточные функции многоконтурных систем

3.7. Частотные характеристики замкнутой системы

Контрольные вопросы и задачи к главе 3

Глава 4. УСТОЙЧИВОСТЬ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

4.1. Понятие устойчивости. Устойчивость невозмущенного движения по А.М. Ляпунову

4.2. Теоремы А.М. Ляпунова об устойчивости движения по первому приближению

4.3. Устойчивость линейных САУ

4.4. Алгебраические критерии

4.4.1. Критерий Гурвица

4.5. Частотные критерии устойчивости

4.6. Построение областей устойчивости в плоскости параметров

системы

4.6.1. Д-разбиение по одному параметру

4.6.2. Д-разбиение по двум параметрам

4.7. Критерий Найквиста

Контрольные вопросы и задачи к главе 4

Глава 5. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССОВ
УПРАВЛЕНИЯ

5.1. Общие положения

5.2. Точность САУ

5.2.1. Установившаяся ошибка при произвольном воздействии (коэффициенты ошибок

5.2.2. Точность при гармоническом воздействии

5.3. Требования к показателям качества переходного процесса

5.4. Частотные оценки качества

5.4.1. Связь между переходной характеристикой h(t) и частотными характеристиками замкнутой САУ

5.4.2. Оценки качества по запасам устойчивости

5.4.3. Оценки качества по виду вещественной частотной характеристики

5.4.4. Использование показателя колебательности для оценки качества САУ

5.5. Интегральные оценки качества

5.6. Корневые оценки качества

5.7. Чувствительность САУ

5.7.1. Основные понятия функции чувствительности

5.7.2. Учет влияния изменения параметров на точность САУ

5.8. Частотный метод построения переходного процесса

Контрольные вопросы и задачи к главе 5

Глава 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ САУ

6.1. Методика проектирования САУ

6.2. Статический и динамический расчеты САУ

6. 2.1. Статический расчет

6.2.2. Динамический расчет

6.3. Виды корректирующих устройств

6.3.1. Последовательные корректирующие устройства

6.3.2. Параллельные корректирующие устройства

6.3.3. Встречно-параллельные корректирующие устройства (местные обратные связи

6.4. Методика построения желаемой ЛАХ

6.5. Синтез последовательных корректирующих устройств

6.6. Синтез неминимально-фазовых систем

6.7. Синтез корректирующих обратных связей

6.8. Комбинированное управление. Инвариантность

Контрольные вопросы и задачи к главе 6

ЛИТЕРАТУРА

Ответы на вопросы и задачи

Поступательное развитие общества сопровождается увеличением количества энер­гии, участвующей в процессе производства. Примером этому в наши дни может служить строительство гидроэлектростанций, увеличение производства различных тепловых дви­гателей и турбин, использование в мирных целях атомной энергии.

Необходимость увеличения количества энергии, расходуемой для целей производ­ства, сопровождалась улучшением машин, созданием комплексов машин и механизмов, частично заменяющих или облегчающих физический труд человека, т.е. частичной ме­ханизацией производственных процессов. По мере совершенствования техники произ­водственный процесс усложняется, темпы его возрастают, и число операций, выполнявшихся человеком за счет мускульной силы, систематически сокращается. В тех случаях, когда в производственном процессе за человеком сохраняется лишь функция управления и он полностью отстраняется от выполнения операций иного назначения, механизация становится комплексной.

Очевидные основания для введения автоматического управления возникают в таких установках, где для обслуживающего их человека создаются физические пределы из-за недостаточной его силы, быстроты действия, тяжелых окружающих условий (высокой температуры, наличия вредных излучений и т.п.).

Термин "автоматика" происходит от греческого слова automatos - самодвижущий­ся , первоначально этот термин применялся для обозначения диковинок, самодвижущих­ся или самодействующих устройств.

В наше время термин "автоматика" означает отрасль науки и техники, охватываю­щую совокупность технических средств и методов, обеспечивающих высвобождение человека из непосредственного участия в производственном процессе, в части, связанной с выполнением функций контроля и управления процессами.

Под автоматическим устройством понимается устройство, осуществляющее управ­ление и (или) контроль производственного процесса в зависимости от заданных условий и обеспечивающее освобождение человека от выполнения им этих функций. Автомати­ческие устройства можно разделить на два больших класса:

1. Автоматы, выполняющие определенного рода одноразовые или многоразовые операции (автомат включения освещения, билетный автомат, автомат переключения скоростей и т.п.).

2. Автоматические системы, которые в течение достаточно длительного времени нужным образом изменяют (поддерживают неизменными) какие-либо физические величины (координаты движущегося объекта, электрическое напряжение, ток, частоту, температуру, давление, громкость звука и т.п.).

В историческом развитии систем автоматического управления (САУ) характерно то, что эти системы постепенно создавались и использовались задолго до того, как были разработаны методы их анализа и синтеза.

Первой САУ можно считать автоматический регулятор, который был установлен в 1765 г. русским механиком на паровой машине для поддержания заданного уровня воды в паровом котле. Двадцать лет спустя английский механик Дж-Уатт использовал на своей паровой машине регулятор для поддержания постоянства частоты вращения. Принцип работы этих регуляторов оказался один и тот же: они поддерживают заданное значение параметра не точно, а в некотором заданном диапазоне (принцип отклонения)

Повышение точности работы регуляторов паровых машин привело к необходимости разработки теории их функционированияесть практическое конструирование, дости­гавшееся интуитивным путем по мере возникновения потребностей промышленности, шло намного впереди теории и стимулировало ее развитие. В 1868 г. появилась работа .Максвелла "О регуляторах" (Англия) и в 1877 г. работа профессора Петербургского технологического института "О регуляторах прямого действия". Результаты теоретических исследований не только подвели фундамент под уже сущест­вовавшие автоматические устройства, но и давали мощный импульс для создания новых конструкций и систем. Большой вклад в современную теорию автоматического управле­ния внесли русские ученые советские ученые и др.

По мере накопления знаний о процессах управления в различных областях деятель­ности человека выяснилось, что в соответствии с которыми действуют системы управления, имеют много общих черт, причем в одной области знаний эти законы управления оказывались изученными более, а в другой - менее.

Осознание целесообразности комплексного изучения проблем управления посте­пенно привело к созданию самостоятельной фундаментальной науки об управлении, получившей название кибернетики. Надо сказать, что слово "регулятор" происходит от латинского слова "управляющий" (губернатор), которое свою очередь, образовано от греческого слова т.е. кормчий, рулевой, правитель. В употребление этот термин ввел по определению которого "кибернетика - наука о самоуправляющихся системах и образованиях: машинах, организме, обществе". Кибернетика занимается изучением систем любой природы, способных воспринимать, хранить и перерабатывать информацию и использовать ее для управления и регулирования. Часть кибернетики, связанная с изучением процессов управления работой машин, называется технической кибернетикой.

Задачи и проблемы автоматического управления и технической кибернетики в значительной степени совпадают, и тесно разграничения между ними провести нельзя.

Теория автоматического управления (ТАУ) строится на основе других наук: теории электрических цепей машин, механики, электрической связи, теплоэнергетики и др. ТАУ синтезирует, обобщает и развивает содержащиеся в этих науках положения. ТАУ широко использует высшую математику и различные ее специальные разделы.

You are here: Главная Кибернетика и автоматика ТАУ Теория автоматического управления (ТАУ). Лекция 1: Введение