По специальности

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования Московской области

«Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

(Университет «Дубна»)

Кафедра «Энергия и окружающая среда»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ

ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

По специальности

140609 – Электрооборудование летательных аппаратов

Дубна, 2010г.

УМК разработан

Ружинским М.А.., к.т.н., доцентом, кафедры «Энергия и окружающая среда»

_______________________

(подпись)

Протокол заседания кафедры «Энергия и окружающая среда»

(название кафедры)

№ _____ от «____» ________________ 201__ г.

Заведующий кафедрой _______________ / Николаев Н.В. /

(подпись) (фамилия, имя, отчество)

декан факультета ЕиИН _________________/ Деникин А.С. /

(подпись) (фамилия, имя, отчество)

Проректор по учебной работе _______________ С.В. Моржухина

(подпись) (фамилия, имя, отчество)

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования Московской области

«Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

(Университет «Дубна»)

УТВЕРЖДАЮ________________

Проректор по учебной работе____

_______________ С.В. Моржухина

«______» ________________ 201 г.

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

по специальности

140609 – Электрооборудование летательных аппаратов

Форма обучения: очная

Уровень подготовки: (специалист)

Курс (семестр) 3(5)

Дубна, 2010 г.

Содержание

1. Пояснительная записка

2. Объем и содержание лекционного курса

3. Рабочая программа дисциплины

4. Методические указания для подготовки к коллоквиуму

5. Контрольная работа №1 «Переходные характеристики элементарных звеньев системы автоматического управления».

6. Контрольная работа №2 «Структурные схемы систем автоматического управления». 4. 7. Методические указания для выполнения курсовой работы

8. Вопросы к зачету по курсу «Теория автоматического управления»

1. Пояснительная записка

Курс «Теория автоматического управления» является дисциплиной специализации и предназначен для студентов III курса специальности «Электрооборудование летательных аппаратов». Основу курса составляет теория линейных систем управления.

Помимо лекций, практических занятий и самостоятельного изучения рекомендуемой литературы курс «Теория автоматического управления» включает проведение коллоквиума и выполнение двух контрольных и курсовой работ.

Лекционная часть курса совместно с практическими работами должны создать у студентов цельное представление об изучаемом курсе и снабдить их навыками расчета систем управления и их элементов в объеме, необходимом для изучения курса «Динамика полета и управления летательными аппаратами» и дисциплин, использующих методы теории управления.

2. Объем и содержание лекционного курса

2.1 Предисловие

Настоящее учебно-методическое пособие содержит программу курса «Теория автоматического управления», методические указания и контрольные задания.

Курс «Теория автоматического управления» предназначен для студентов III курса специальностей «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» и «Электрооборудование летательных аппаратов». Основу курса составляет теория линейных систем управления, которая включает следующие темы:

1. Принципы построения автоматических систем.
2. Математические модели систем управления.
3. Основные характеристики линейных систем.
4. Структурные схемы систем автоматического управления
5. Устойчивость систем автоматического управления.
6. Критерии устойчивости.
7. Качество регулирования линейных систем.

Помимо лекций, практических занятий и самостоятельного изучения рекомендуемой литературы курс «Теория автоматического управления» включает проведение коллоквиума и выполнение двух контрольных и курсовой работ.

Лекционная часть курса совместно с практическими работами должны создать у студентов цельное представление об изучаемом курсе и снабдить их навыками расчета систем управления и их элементов в объеме, необходимом для изучения курсов «Динамика полета и управление летательными аппаратами», «Системы автоматического управления энергоустановками» и электротехнических дисциплин, использующих методы теории управления.

2.2 Объем дисциплины и виды учебной работы (час):

Вид занятий	Всего часов	Семестр 5
Общая трудоёмкость
Аудиторные занятия:
Лекции
Семинары (С)
Самостоятельная работа:
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)		Зачет

2.3 Содержание лекционного курса

2.3.1. Принципы построения автоматических систем

Основные понятия: система, управление, прямая и обратная связь. Управление в технике. Системы автоматического управления. (САУ) и автоматизированные системы управления (АСУ). Техническое задание на систему.

Основные элементы управления. Информация и управление. Принцип обратной связи. Жесткое управление, регулирование и настройка. Возмущения. Принцип управления по отклонению.

Общая схема управления. Структурная схема системы управления.

Краткая история автоматического управления. Примеры автоматических регуляторов.

2.3.2. Математические модели систем управления

САУ как материальный объект и САУ как объект исследования. Блочная структура САУ и направленность воздействия. Виды преобразования: функция, функционал и оператор.

Звено. Оператор звена как нелинейное обыкновенное дифференциальное уравнение. Стационарные и нестационарные звенья. Уравнение статики.

Линеаризация. Два способа линеаризации.

2.3.3. Основные характеристики линейных систем

Линейные системы: определение и область существования. Линейные математические модели. Принцип суперпозиции. Уравнение линейной стационарной системы с одним входом.

Динамические характеристики линейных систем.

Переходная функция. Передаточная функция. Оператор воздействия, собственный оператор, характеристическое уравнение.

Элементарные звенья и их характеристики. Усилительное звено. Интегрирующее звено. Решение линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами. Апериодическое звено. Колебательное и консервативное звенья. Дифференцирующее и форсирующее звенья. Звено запаздывания.

2.3.4. Структурные схемы САУ

Понятие структурной схемы. Суммирующие звенья. Последовательное и параллельное соединение звеньев.

Замкнутый контур. Антипараллельное соединение двух блоков. Блок прямой связи. Блок обратной связи. Отрицательная обратная связь. Многоконтурные замкнутые системы и преобразование их структурных схем.

Чувствительность систем с обратной связью и изменению параметров. Усилитель с обратной связью.

2.3.5 Устойчивость систем автоматического управления

Устойчивость равновесия. Невозмущенное состояние равновесия. Устойчивость «в малом», «в большом», «в целом».

Устойчивость движения. Независимые координаты. Невозмущенное и возмущенное движение. Определение устойчивости.

Устойчивость по А.М. Ляпунову. Определение устойчивости и ее геометрическая интерпретация. Асимптотическая устойчивость.

Дифференциальные уравнения возмущенного движения. Система уравнений первого приближения. Теоремы А.М. Ляпунова об устойчивости движения. Вынужденная и свободная составляющие переходного процесса. Вариации. Возмущение по А.М. Ляпунову.

Правые и левые корни характеристического уравнения. Условие устойчивости. Примеры переходных процессов для устойчивых, неустойчивых и нейтральных систем.

2.3.6 Критерии устойчивости

Алгебраические и частотные критерии. Алгебраический критерий устойчивости Рауса-Гурвица.

Частотные функции и частотные характеристики. Логарифмические частотные характеристики. Декада и децибел. Физический смысл и экспериментальное определение частотных характеристик.

Частотные характеристики элементарных звеньев.

Принцип аргумента. Критерий устойчивости Михайлова. Критерий устойчивости Найквиста. Физическая картина устойчивости. Запасы устойчивости. Определение устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам разомкнутой системы.

2.3.7 Качество регулирования линейных систем.

Прямые и косвенные оценки качества.

Оценка качества регулирования по переходному процессу. Тестовый входной сигнал. Монотонный и немонотонный переходной процесс. Показатели качества: время регулирования, перерегулирование, период и частота колебаний, величина колебательности, декремент затухания.

Оценка качества регулирования при гармонических воздействиях. Показатель колебательности. Резонансная частота. Полоса пропускания и частота среза.

2.4 Контрольные работы

1. Переходные характеристики элементарных звеньев систем автоматического управления.

2. Структурные схемы систем автоматического управления.

2.5 Курсовая работа

Исследование устойчивости и качества системы автоматического управления движением относительно центра масс летательного аппарата в канале крена.

2.6 Литература

ОСНОВНАЯ

1. Теория автоматического управления. Часть I. Теория линейных систем автоматического управления. /Под редакцией А.А. Воронова – М.: Высшая школа, 1986.

2. Востриков А.С., Французова Г.А. Теория автоматического управления. – М.: Высшая школа, 2004.

3. Ружинский М.А. Теория автоматического управления. Учебно-методическое пособие. Рукопись, 2008.