| Статистика |
 |
 |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 | |
|
Главная » 2013 » Июль » 1 » Образовательный стандарт по специальности 2202 «А�
|
|
| |
|
Образовательный стандарт по специальности 2202 «А�
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЭЛЕКТРОНИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
КАФЕДРА "СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПОИСКОВОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ"
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ
по специальности 2202 «Автоматизированные системы обработки информации и управления»
(код ОКСО 230102)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
СЕМЕСТРОВОГО ЗАДАНИЯ
Волгоград 2006
Целью семестрового задания является приобретение навыков анализа замкнутых линейных систем автоматического управления (САУ) и синтеза корректирующих устройств, удовлетворяющих заданному качеству работы.
Семестровое задание выполняется в соответствии с индивидуальным заданием, выданным студенту преподавателем. В задании предусматривается проектирование системы управления конкретным объектом управления.
Для выполнения семестровогно необходимо изучить соответствующую тему курса по рекомендуемой или самостоятельно подобранной литературе.
Работа выполняется на листах формата А-4 печатным способом. Образец титульного листа контрольной работы приведен в ПРИЛОЖЕНИИ. Выполненная работа должна быть зарегистрирована в деканате ФПИК не позднее, чем за две недели до зачетно-экзаменационной сессии и сдана преподавателю для аттестации.
Семестровое задание включает следующие разделы:
Исходные данные. Требования к САУ
В качестве исходных данных приводятся: упрощенная принципиальная схему исследуемой САУ и краткое описание ее принципа действия; типы и характеристика элементов системы; уравнения описывающие работу элементов.
В качестве основных требований к САУ указываются основные технические условия и, прежде всего: статическая точность; показатели качества переходных процессов; запасы устойчивости САУ.
Введение
Во введении следует привести краткое описание производственного механизма, для управления которым предназначается САУ, и краткое описание технологического процесса, в котором производственный механизм участвует.
1 Функциональная схема САУ
Необходимо по приведенной принципиальной схеме и описанию работы системы составить функциональную схему, дать характеристику основных функциональных элементов.
Автоматическая система любой степени сложности состоит из управляемого объекта и автоматического управляющего устройства. Для пояснения принципа действия автоматических систем применяют функциональные схемы. Функциональная схема составляется из функциональных элементов, которые представляют собой конструктивно обособленные части автоматических систем, выполняющие определенные самостоятельные функции. Функциональные элементы на схеме обозначают прямоугольниками, внутри которых надписывают их наименование в соответствии с выполняемыми функциями. Связи между функциональными блоками обозначаются линиями со стрелками, которые указывают направление воздействий.
Типовая функциональная схема САУ с одной регулируемой величиной включает в себя объект управления, задающее устройство, элемент сравнения, преобразующие, корректирующие устройства, усилительное устройство, исполнительное устройство, измерительные преобразователи.
2 Алгоритмическая схема САУ
На основе принципиальной и функциональной схем составить алгоритмическую схему. Определить передаточные функции элементов системы и рассчитать параметры элементов. Найти передаточную функцию разомкнутой системы, передаточные функции замкнутой системы относительной регулируемой величины по задающему воздействию, относительно регулируемой величины по возмущающему воздействию, относительно ошибки регулирования по задающему и возмущающему воздействиям.
Работа элементов САУ описывается дифференциальными уравнениями. Если к дифференциальному уравнению применить преобразование Лапласа, то получим так называемую операционную форму записи уравнения, из которой получается передаточная функция – отношение изображения выходной величины к изображению входной величины при нулевых начальных условиях. Любое выражение передаточной функции линейной системы можно преобразовать к такому виду, чтобы многочлен в скобках имел бы степень не выше второй, а его свободный член был бы равен единице. Такая запись позволяет представить сложные звенья и системы в виде соединения нескольких типовых динамических звеньев. К последним относятся: пропорциональные (усилительные), апериодические (инерционные), интегрирующие, дифференцирующие, колебательные, форсирующие.
3 Анализ устойчивости исходной САУ
Известно, что для устойчивости линейной системы необходимо и достаточно, чтобы все корни ее характеристического уравнения
anpn + an-1pn-1 + … + a1p + a0 = 0
имели отрицательную вещественную часть.
При исследовании устойчивости САУ можно использовать как алгебраические, так и частотные методы.
Проверка устойчивости по алгебраическому критерию Гурвица сводится к вычислению определителей матрицы коэффициентов характеристического уравнения, составленной по определенному правилу. Для устойчивой системы все определители должны быть положительными.
Критерий Михайлова позволяет судить об устойчивости системы по виду годографа частотной функции (Михайлова), полученной из характеристического уравнения. Для устойчивости системы n-го порядка необходимо и достаточно, чтобы годограф Михайлова при изменении частоты от 0 до , начинаясь на вещественной положительной полуоси, последовательно обходил против часовой стрелки n квадрантов комплексной плоскости.
Логарифмический критерий устойчивости представляет собой критерий Найквиста для случая изображения ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы. Если система устойчива в разомкнутом состоянии, то необходимым и достаточным условием устойчивости САУ является пересечение ЛАЧХ оси абсцисс ранее, чем ЛФЧХ пересечет линию, соответствующую фазовому сдвигу –
Так как при синтезе корректирующих устройств обычно используются частотные методы, то и для оценки устойчивости в большинстве случаев следует применять частотные методы. По передаточной функции разомкнутой системы строятся ЛАЧХ и ЛФЧХ, определяются устойчивость и запасы устойчивости исходной системы.
При построении ЛАЧХ по оси абсцисс откладывают частоту в логарифмическом масштабе: на отметке, соответствующей значению lg, обычно пишут само значение . По оси ординат откладывают логарифмическую амплитуду L() = 20lgW(). Единицей измерения L() является децибел, а частоты – декада. Под декадой понимается интервал, соответствующий изменению частоты в 10 раз. ЛФЧХ имеет такую же ось частот, что и ЛАЧХ, а по оси ординат откладывают в равномерном масштабе фазу в угловых градусах или радианах.
Для построения ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы необходимо представить передаточную функцию системы в виде произведения передаточных функций типовых звеньев, построить частотные характеристики отдельных звеньев и алгебраически просуммировать соответствующие ординаты характеристик всех звеньев.
4 Синтез корректирующих устройств САУ
Разработку раздела следует начать с обоснования количества и места включения корректирующих устройств. Исходя из заданных показателей качества переходных процессов и заданной точности (степени астатизма) построить "желаемую" ЛАЧХ системы. Определить тип и параметры корректирующего устройства. При расчете корректирующих устройств следует учитывать условия физической реализуемости устройств с полученными параметрами и согласование параметров корректирующих устройств с входными и выходными сопротивлениями элементов, к которым они подключаются.
5 Анализ характеристик скорректированной системы
Построить ЛАЧХ и ЛФЧХ системы. Оценить запасы устойчивости. Определить степень астатизма и коэффициенты ошибок. Построить переходную характеристику системы. По графику переходной характеристики определить основные показатели качества САУ.
Заключение
В заключении необходимо привести основные выводы по результатам выполненной работы. Необходимо дать оценку устойчивости спроектированной системы, сравнить полученные показатели качества с требуемыми.
Список использованной литературы
Если при проектировании системы используются готовые формулы, графики, рекомендации, то ссылка на литературный источник, откуда был взят соответствующий материал, дается в тексте номером, под которым он числится в списке использованной литературы, при этом номер берется в квадратные скобки. Список использованной литературы приводится в конце пояснительной записки.
Оформление семестрового задания
Пояснительная записка оформляется на белой бумаге формата А4 (210х297), должна начинаться с титульного листа. Далее следует бланк задания и оглавление. Основное содержание работы приводится в последовательности, приведенной выше.
Все расчеты следует выполнять в международной системе единиц (СИ). В случае необходимости в пояснительной записке приводятся рисунки и чертежи, поясняющие ход расчетов. При оформлении пояснительной записки следует руководствоваться ГОСТ 2.105 – 95 «ЕСКД. Общие требования к текстовым документам»
Графическая часть семестрового задания должна выполняться в объеме, достаточном для пояснения всех разделов пояснительной записки, и включает следующие основные разделы:
принципиальные, функциональные и алгоритмические схемы;
логарифмические амплитудные и фазовые частотные характеристики;
построения, поясняющие исследование устойчивости САУ и синтеза корректирующих устройств;
графики переходных процессов.
Графическая часть оформляется на листах чертежной бумаги стандартного формата (в случае необходимости на миллиметровой бумаге). При выполнении и оформлении схем следует руководствоваться стандартами седьмой классификационной группы ЕСКД.
Варианты заданий
Вариант 1
^ ДИСТАНЦИОННАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ УГЛА ПОВОРОТА
Система предназначена для поворота некоторой оси, называемой исполнительной или выходной, осью, по закону, определяемому другой - командной, или входной осью.
Входная и выходная оси следящей системы связаны соответственно с движками задающего П1 и отрабатывающего П2 потенциометров. Разность снимаемых с них напряжений, пропорциональная ошибке = 1 - 2 поступает на вход усилителя. Последний управляет работой электрического исполнительного двигателя М. Выходной вал двигателя механически связан через редуктор Р с объектом управления ОУ и движком потенциометра П2.
Элементы системы описываются следующими уравнениями:
элемент сравнения = 1 - 2 ;
потенциометрический преобразователь U = k1 ;
усилитель Tу dU1/dt + U1 = k2 U ;
двигатель Tм d2 /dt2 + d /dt = k3 U1 - k4 Мн ;
редуктор 2 = k5 ;
где k1 k2 - коэффициенты передачи соответственно потенциометрического преобразователя, усилителя;
k3 = хх/ Uн = nхх /30Uн - коэффициент передачи двигателя;
k5 = 1/i - коэффициент передачи редуктора;
k4 = хх/ Мп - коэффициент наклона механической характеристики двигателя;
Tу - постоянная времени усилителя;
Tм - постоянная времени двигателя.
Параметры
Варианты
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
k1 , В/рад
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
60
60
70
k2
900
800
700
600
500
500
600
700
800
900
900
900
600
i
1000
900
800
1200
1100
1000
900
750
750
1000
1100
1000
900
Uн , В
110
220
110
220
110
220
110
220
110
220
110
220
110
nхх , об/мин
9000
8000
7000
6000
5000
5000
6000
7000
8000
9000
7000
9000
6000
Tу , с
0,01
0,02
0,015
0,025
0,01
0,02
0,005
0,008
0,005
0,01
0,015
0,01
0,01
Tм ,с
0,1
0,12
0,15
0,1
0,12
0,1
0,05
0,08
0,07
0,1
0,1
0,1
0,15
Mп 10-2 , Нм
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,65
0,6
0,55
0,5
0,7
0,5
0,5
0,6
, %
18
20
22
25
28
30
35
40
30
25
18
30
40
tр , с
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
0,25
0,1
0,2
0,3
где Uн - номинальное напряжение питания двигателя;
nхх - скорость холостого хода двигателя;
Mп - пусковой момент двигателя;
i - передаточное отношение редуктора;
- перерегулирование;
tр - время переходного процесса;
Вариант 2
^ ДИСТАНЦИОННАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ УГЛА ПОВОРОТА С СИНУСНО - КОСИНУСНЫМИ ВРАЩАЮЩИМИСЯ ТРАНСФОРМАТОРАМИ
 Система предназначена для управления на расстоянии различными механизмами и применяется тогда, когда для поворота исполнительной оси требуется значительная мощность, либо когда требования к точности воспроизведения угла весьма высоки.
На схеме обозначены: 1 , 2 - углы поворота командной и исполнительной осей, ошибка регулирования = 1 - 2, РМ - рабочий механизм, Р - редуктор, М - электродвигатель. При повороте командной оси (СКВТ - 1) на входе усилителя появляется напряжение, пропорциональное углу рассогласования. Усилитель управляет работой исполнительного электродвигателя, выходной вал которого через редуктор связан с рабочим механизмом и ротором СКВТ - 2.
Уравнения элементов системы имеют следующий вид:
Элемент сравнения 
Измерительный преобразователь (СКВТ) 
Предварительный усилитель напряжения 
Усилитель 
Исполнительный двигатель 
Редуктор 
где k1 - коэффициент передачи измерительного элемента (СКВТ);
k2, k3 - коэффициенты усиления усилителей;
 - коэффициент передачи исполнительного двигателя (UH - номинальное напряжение питания двигателя, nxx - скорость холостого хода);
 - коэффициент передачи редуктора (i - передаточное отношение редуктора);
 - коэффициент наклона механической характеристики двигателя (МП - пусковой момент двигателя);
ТУ - постоянная времени усилителя;
ТМ - постоянная времени двигателя.
Параметры
Варианты
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
k1, В/рад
50
60
50
60
50
60
100
120
100
120
60
50
60
50
60
k2
2,5
2,5
2
3
2,5
5
2,5
5
2,5
5
2,5
3
2
2,5
2,5
k3
80
100
100
50
100
50
75
50
100
60
80
75
100
50
80
UH, В
110
110
110
220
220
220
110
110
220
220
110
110
110
110
110
nXX, об/мин
9000
8000
7000
6000
5000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
4000
5000
9000
8000
i
1000
800
600
400
900
700
500
1000
500
400
400
500
700
600
400
TУ, c
0,01
0,02
0,01
0,02
0,015
0,025
0,01
0,02
0,005
0,015
0,01
0,02
0,01
0,01
0,02
ТМ, c
0,17
0,16
0,15
0,14
0,13
0,12
0,11
0,1
0,18
0,2
0,17
0,05
0,015
0,17
0,16
МП 10-2, Нм
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0,5
0,6
0,7
0,5
0,5
, %
20
25
30
20
25
30
20
25
30
35
20
30
20
20
30
tP, с
0,1
0,15
0,2
0,25
0,1
0,15
0,2
0,25
0,1
0,15
0,1
0,2
0,15
0,1
0,2
Вариант 3
^ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕЧИ
Согласно техническим условиям во внутреннем объеме электрической печи 1 требуется поддерживать постоянную температуру. Температура измеряется термопарой 2. Термо-э.д.с термопары сравнивается с напряжением задающего потенциометра 3 и разностный сигнал усиливается электронным усилителем 4, а затем выходным магнитным усилителем 5. Нагревательный элемент 6, питаемый выходным током магнитного усилителя обогревает печь.
Уравнения элементов системы имеют следующий вид:
Электрическая печь с нагревательным элементом T0 d / dt + = k0 i ;
Магнитный усилитель T1 di / dt + i = k1 Uу;
Электронный усилитель Uу = k2 U;
Элемент сравнения U = U0 - UT;
Термопара T2 dUT / dt + UT = kТ ;
где k0 - коэффициент передачи сушильного шкафа;
k1 - коэффициент усиления магнитного усилителя;
k2 - коэффициент усиления электронного усилителя;
kТ - коэффициент передачи термопары;
T0 - постоянная времени объекта управления (электрической печи);
T1 - постоянная времени магнитного усилителя
T2 - постоянная времени термопары
Параметры
Варианты
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
k0, 0С/А
25
20
21
19
22
23
21
19
20
22
k1, А/В
24
25
22
26
23
27
22
25
24
26
k2,
420
400
380
390
430
410
370
440
360
400
kТ, В/ 0С
0,00019
0,0002
0,00021
0,00018
0,00022
0,0002
0,00017
0,0002
0,00019
0,00021
T0, с
39
40
38
41
43
42
37
36
44
40
T1, с
0,09
0,1
0,08
0,11
0,12
0,09
0,1
0,08
0,11
0,12
T2, с
0,19
0,2
0,17
0,22
0,21
0,18
0,2
0,23
0,19
0,22
, %
22
25
24
23
27
22
25
24
23
22
tр, с
1,51
1,5
1,49
1,48
1,52
1,53
1,47
1,5
1,49
1,5
Вариант 4
^ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ НА ВЫХОДЕ ТЕПЛООБМЕННИКА С ПАРОНАГРЕВАТЕЛЕМ
Холодная вода поступает в теплообменник 1 без регулирования расхода и проходя через аппарат нагревается паром. Температура теплой воды измеряется термопреобразователем 2, включаемым в схему датчика температуры 3, состоящего из резисторов R1 - R5, и двух потенциометров R6, R7. Перемещением потенциометра R6 задается температура теплой воды. Напряжение рассогласования подается на вход усилителя 4. Сигнал с выхода усилителя подается в катушку соленоида 5, перемещающего золотник пневматического распределителя 6. Последний управляет работой пневматического исполнительного механизма 7 с помощью которого изменяется положение клапана 8, регулирующего подачу пара в теплообменник.
Уравнения элементов системы имеют следующий вид:
Теплообменник T0 d/dt + = k0 ;
Пневмодвигатель с клапаном Tп d/dt + = kвkпl;
Соленоид Tс dl/dt + l = kс Uу;
Усилитель Uу = kу U ;
Элемент сравнения U = Uз - UТ;
Термопреобразователь UТ = kТ
где k0 - коэффициент передачи теплообменника (объекта управления;
kв kп - коэффициенты передачи клапана и пневмодвигателя;
kс - коэффициент передачи соленоида;
kу - коэффициент усиления усилителя;
kТ - коэффициент передачи термопреобразователя;
T0 - постоянная времени теплообменника;
Tп - постоянная времени пневмодвигателя;
Tс - постоянная времени соленоида
Параметры
Варианты
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
k0, 0С/рад
20
21
19
18
22
17
23
20
21
19
kв kп, рад/м
10
9
11
8
12
7
13
10
9
11
kс, м/В
15
14
13
16
17
15
16
13
17
14
kу
20
21
19
18
17
22
20
23
21
19
kТ, В/ 0C
7*10-5
6*10-5
5*10-5
8*10-5
9*10-5
6*10-5
7*10-5
8*10-5
5*10-5
9*10-5
Tо, с
50
52
48
51
49
50
51
53
47
49
Tп, с
1
1,1
0,9
0,8
1,2
1,1
0,98
1
0,8
1,12
Tс, с
0,1
0,098
0,097
0,101
0,102
0,103
0,099
0,1
0,111
0,9
, %
20
25
30
20
25
30
20
25
30
35
tр, с
0,1
0,15
0,2
0,25
0,1
0,15
0,2
0,25
0,1
0,15
^ СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Теория автоматического управления: Учебник для вузов. Ч.1. Теория линейных систем автоматического управления. Под ред. А.А. Воронова. 2-е изд. перераб. и доп. -М.: высш.школа,1986.- 367 с.
Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1978. - 256 с.
Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. -М.: Машиностроение, 1978.- 736 с.
Макаров И.М., Менский Б.М. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочный материал).- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1982.- 504 с.
Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. Учебное пособие для вузов. -М.: Машиностроение, 1985.- 536 с.
Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. 2-е изд. М.: Наука, 1972. - 768 с.
^ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Основные принципы управления. Управление по возмущению и отклонению. Обратная связь.
Типовая функциональная схема САР. Назначение и характеристики основных элементов.
Типовые внешние воздействия. Переходная и весовая (импульсная) характеристики системы.
. Преобразование Лапласа в применении к теории автоматического управления. Понятие передаточной функции звена, элемента.
Передаточные функции и характеристические уравнения разомкнутой и замкнутой систем.
Алгоритмические (структурные) схемы САР. Передаточные функции типовых соединений звеньев. Эквивалентные преобразования структурных схем.
Частотные характеристики звеньев и систем.
Переходная и весовая функции систем. Построение логарифмических частотных характеристик разомкнутой САР.
Понятие устойчивости линейных систем. Структурная устойчивость систем.
Алгебраический критерий устойчивости Гурвица.
Критерий устойчивости Рауса.
Частотный критерий устойчивости Михайлова.
Критерий устойчивости Найквиста. Особенности применения для астатических систем.
Логарифмический критерий устойчивости. Запасы устойчивости по фазе и амплитуде.
Качество процессов регулирования. Основные показатели качества
Точность САР. Установившаяся ошибка при типовых внешних воздействиях.
Пути повышения точности систем.
Синтез САР при последовательном включении корректирующего устройства.
Корректирующие устройства. Назначение, виды, способы включения.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ОБРАЗЕЦ ВЫПОЛНЕНИЯ ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА
Федеральное агентство по образованию
^ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЭЛЕКТРОНИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
КАФЕДРА "СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПОИСКОВОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ"
Семестровое задание
по курсу Основы теории управления
Выполнил.
студент гр. ________
________________Иванов И.И.
"___" ___________ 2006г
Проверил.
доцент каф. САПР и ПК
_______________О. А. Шабалина
"___" __________ 2006г.
Волгоград, 2006
|
|
|
|
Просмотров: 1809 |
Добавил: ocomentim
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
|
|
