Содержание разделов дисциплины "Теория автоматического управления"

Содержание разделов дисциплины
"Теория автоматического управления"
1. Основные понятия и определения теории автоматического управления.
Классификация САУ
Основные понятия и определения теории автоматического управления (объект
управления, автоматическое управляющее устройство, воздействия). Принципы
автоматического управления. Принципы автоматического управления по возмущению, по
отклонению, комбинированный, адаптации. Функциональные схемы САУ.
Классификация САУ и объектов автоматического управления.
Примеры САУ электроприводов технологических установок нефтегазовой
промышленности.
2. Математические модели непрерывных САУ
Примеры составления математической модели САУ электроприводов технологических
объектов нефтегазовой промышленности. Типовые воздействия в САУ, алгебраизация
дифференциальных уравнений, понятие передаточной функции. Линеаризация
нелинейных элементов САУ. Частотные передаточные функции элементов САУ.
Частотные характеристики. Временный характеристики элементов САУ. Связь между
частотными и временными характеристиками. Типовые динамические звенья САУ и их
динамические характеристики. Структурные модели САУ и их эквивалентные
преобразования. Передаточные функции разомкнутых и замкнутых САУ. Переменные
состояния САУ. Составление уравнений состояния САУ по сигнальному графику
системы. Построение логарифмических частотных характеристик и АФЧХ разомкнутых
одноконтурных САУ.
3. Устойчивость непрерывных САУ.
Устойчивость линейных САУ. Связь устойчивости САУ с корнями
характеристического уравнения. Алгебраические критерии устойчивости. Принцип
аргумента. Частотные характеристики устойчивости А.В. Михайлова, Найквиста.
Критический передаточный коэффициент разомкнутой САУ. Запасы устойчивости по
амплитуде и фазе.
Выделение областей устойчивости по одному комплексному параметру.
4. Показатели качества установившегося и переходного режимов САУ.
Точность САУ при постоянных воздействиях. Статическая и астатические САУ.
Способы повышения точности САУ. Комбинированные САУ. Инвариантная САУ по
отношению к возмущающему воздействию. Основные показатели качества переходного
режима САУ: перерегулирование, быстродействие, число колебаний. Прямые и косвенные
методы анализа качества функционирования САУ. Связь показателей качества с
параметрами частотных характеристик. Программные средства для анализа и синтеза
САУ. Синтез САУ по заданным показателям качества с использованием логарифмических
частотных характеристик. Корректирующие устройства.
5. Математические модели цифровых (импульсных) САУ
Способы квантования сигналов. Преобразования сигнала дискретным элементом.
Дискретное преобразование Лапласа и Z-преобразование. Свойства Z-преобразования.
Функциональная и алгоритмическая структуры импульсной (цифровой) САУ.
Идеализированный импульсный элемент и приведенная непрерывная часть САУ,
формирующее звено. Теорема квантования. Математическая модель амплитудноимпульсной (цифровой) САУ. Примеры цифровых САУ технологических объектов
нефтегазовой промышленности.
6. Устойчивость цифровых (импульсных) САУ.
Основное условие устойчивости импульсных (цифровых) САУ. Критерии
устойчивости импульсных САУ. Билинейное преобразование характеристического
уравнения. Аналоги критериев устойчивости А.В. Михайлова, Найквиста и Гурвица для
импульсных (цифровых) САУ.
7. Показатели качества цифровых (импульсных) САУ в установленном и
переходных режимах
Операторное уравнение динамики импульсной
(цифровой) САУ
в Z-форме.
Переходная характеристика замкнутой импульсной САУ и методы ее построения.
Условие получения конечной длительности переходных процессов. Точность импульсной
(цифровой) САУ.
8. Нелинейные САУ и их особенности.
Типовые нелинейности в САУ. Безынерционные и динамические нелинейные
элементы и их математические модели. Существенные нелинейности, нелинейные
элементы с релейной характеристикой. Примеры нелинейных САУ. Примеры нелинейных
САУ технологических объектов нефтегазовой промышленности.
9. Исследование процессов в нелинейных САУ методом фазового
пространства. Скользящие режимы.
Понятие фазового пространства (плоскости). Свойства фазовых траекторий. Фазовые
портреты системы второго порядка. Особые точки (отрезки) покоя. Предельные циклы .
«Жесткий» и «мягкий» режимы возбуждения автоколебаний в САУ. Определение
параметров автоколебательного процесса в САУ по параметрам предельного цикла.
Примеры исследования процессов в нелинейной САУ методом фазовой плоскости.
Скользящие режимы, условия возникновения режимов.
10. Гармоническая линеаризация нелинейных элементов. Приближенные
методы определения параметров автоколебательного режима.
Коэффициенты гармонической линеаризации нелинейных элементов САУ. Методы
определения коэффициентов гармонической линеаризации. Эквивалентный комплексный
коэффициент передачи нелинейного элемента. Метод гармонического баланса
определения параметров автоколебательного процесса. Устойчивость автоколебаний.
Примеры определения параметров автоколебаний в САУ методом гармонического
баланса. Частотный критерий абсолютной устойчивости автоколебаний, теорема В.М.
Попова.
11. . Оптимальные по быстродействию адаптивные САУ
Задачи оптимального управления. Методы решения задач оптимального управления
вариационный динамическое программирование, принцип максимума. Управление
объектом по критерию максимального быстродействия. Задачи Ии принципы адаптации.
Классификация адаптивных САУ. Экстремальные регуляторы и системы. Адаптивные
САУ с моделью.
Основные темы лабораторных занятий:
1. Типовые динамические звенья САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-6)
2. Частотные характеристики элементов САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-6)
3. Устойчивость САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-1, 2, 6, 7)
4. Точность САУ при постоянных и медленно изменяющихся воздействиях (ОПК-1, 2,
3, ПК-1, 2, 6, 7)
5. Комбинированные инвариантные САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-3, 5, 7)
6. Структурно-параметрический синтез САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК- 1, 2, 3, 4, 7)
7. Исследование нелинейной САУ методом фазовой плоскости (ОПК-1, 2, 3, ПК-3, 6,
7)
8. Гармоническая линеаризация нелинейных элементов САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-1, 6, 7)
9. Моделирование элементов дискретных САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-3, 6, 7)
10. Устойчивость дискретных САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-1, 2, 6, 7)
11. Показатели качества дискретной системы САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-1, 2, 6, 7)
12. Синтез оптимальной по быстродействию (ОПК-1, 2, 3, ПК-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 12)
Основные темы практических занятий
1. Математические модели объектов автоматического управления (ОПК-1, 2, 3, ПК-1,
2, 3)
2. Частотные характеристики типовых динамических звеньев САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-6)
3. Логарифмические характеристики типовых звеньев САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-6)
4. Преобразование структурных моделей САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-6)
5. Передаточные функции разомкнутой САУ, замкнутой САУ по управляющему
воздействию. (ОПК-1, 2, 3, ПК-1, 2, 3)
6. Точность САУ при постоянных и медленно изменяющихся воздействиях (ОПК-1, 2,
3, ПК-1, 2, 6, 7)
7. Точные и приближенные Z-передаточные функции цифровых САУ. (ОПК-1, 2, 3,
ПК-1, 2, 6)
8. Устойчивость цифровых САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-6, 7)
9. Точность цифровых САУ при постоянных и медленно изменяющихся воздействиях
(ОПК-1, 2, 3, ПК-1, 2, 6, 7)
10. Переходные процессы в цифровых САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-1, 2, 7)
11. Формирование характеристик нелинейных элементов САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-1, 2, 6,
7)
12. Фазовые портреты релейных САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-1, 3, 6, 7)
13. Автоколебательные процессы в нелинейных САУ (ОПК-1, 2, 3, ПК-1, 2, 3, 6, 7)
14. Оптимальная по быстродействию САУ (синтез управляющего устройства) (ОПК-1,
2, 3, ПК-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 12)