Ашық контурдың тұрақтылығын бағалау

Құжат туралы

Ұйым

Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі
Шәкәрім атындағы Семей мемлекеттік университеті
Автоматтандыру және басқару кафедрасы

Пәндер

Автоматты басқару теориясы
Автоматты басқарудың сызықты жүйелерінің теориясы

Кімге арналған

Сырттай оқу бөлімінің студенттеріне арналған бақылау жұмыстары мен курстық жұмыстың тапсырмалары.

Мамандық: 050702 — Автоматтандыру және басқару
Қала/жыл: Семей, 2007

Дайындау және талқылау

Жетілдірген: Бекбаева Р.С., Шәкәрім атындағы СМУ, Автоматтандыру және басқару кафедрасының аға оқытушысы.

Күні: ____ _______ 2007 ж.

Талқыланды: кафедра мәжілісінде және ИКТ факультетінің оқу-әдістемелік бюросында.

Кафедра мәжілісі: хаттама ____ __________ 2007 ж., № __. Кафедра меңгерушісі: Золотов А.Д.
ОӘБ мәжілісі: хаттама ____ __________ 2007 ж., № __. Төрағасы: Қайсанов С.Б.

I. Бақылау жұмысы

Құрамы

Екі теориялық сұрақ
Бір практикалық есеп

Вариантты таңдау ережесі

Вариант сынақ кітапшасының соңғы нөмірі бойынша анықталады: нөмір тақ болса — тақ вариант, жұп болса — жұп вариант алынады.

Есептегі N саны оқытушы журналындағы студенттің реттік нөмірімен беріледі.

Талаптар

Теориялық сұрақтарға жауап толық және нақты болуы тиіс.

Әрбір студент өз вариантын орындайды.

Алғы сөз

«Автоматты басқару теориясы» пәні бойынша бақылау жұмысы автоматты реттеудің қарапайым жүйесін талдаумен таныстырады және жүйелерді модельдеу бағдарламаларында жұмыс істеу дағдыларын қалыптастырады.

1. Жұмыстың мақсаты

Тұрақты тоқ қозғалтқышының білігінің айналу жиілігін автоматты реттеу жүйесін (ТТҚБАЖ АРЖ) зерттеу және оптималдандыру.

2. Жұмыстың жүру тәртібі

1 Құрылымдық сұлба құрастыру.
2 АРЖ-ның жиіліктік сипаттамаларын тұрғызу.
3 Тұрақтылықты талдау және АРЖ-ны алдын ала түзету.
4 Реттеу сапасын бағалау.

3. Бастапқы берілгендер

3.1. Тақ вариант

N — оқытушы беретін журналдағы реттік нөмір.

Тақ

Функционалдық сұлба элементтері

У — күшейткіш
Г — тұрақты тоқ генераторы
Д — тұрақты тоқ қозғалтқышы
ТГ — тахогенератор
M_c — біліктегі кедергі моменті
n — біліктің айналу жиілігі

Элементтер параметрлері

У (күшейткіш) — пропорционалдық буын

k_у = 10 + N²

W_у(p) = k_у (3.1)

Г (генератор) — апериодтық буын

k_г = 0.1(13 + 0.05)

T_г = 0.01·(8 + N²) с (3.2)

Д (қозғалтқыш) — басқару каналы бойынша 2-ретті апериодтық буын

k_ду = 0.1·(11 + N²) [об/(с·В)]

T_я = 0.01·(6 + 0.1N) с

T_м = 0.1(5 + 0.2N) с (3.3)

Д (қозғалтқыш) — кедергі моменті бойынша

k_дв = 0.05(14 + N²) [об/(с·Н·м)] (3.4)

ТГ (тахогенератор) — пропорционалдық буын

k_тг = 0.1(2 + 0.1N) [В·с/об]

W_тг(p) = k_тг (3.5)

3.2. Жұп вариант

N — оқытушы беретін журналдағы реттік нөмір.

Жұп

Функционалдық сұлба элементтері

ПИ — реттегіш
ТП — тиристорлық түрлендіргіш
ДПТ — тұрақты тоқ қозғалтқышы
ТГ — тахогенератор
M_c — біліктегі кедергі моменті
n — біліктің айналу жиілігі

Элементтер параметрлері

ПИ-реттегіш

k_p = 10 + N²

T_p = 0.1·(3 + 0.1N) (3.6)

ТП — пропорционалдық буын

W_тп(p) = k_тп

k_тп = 10 + N (3.7)

ДПТ — басқару каналы бойынша 2-ретті апериодтық буын

k_ду = 0.1·(11 + N²) [об/(с·В)]

T_я = 0.01·(6 + 0.1N) с

T_м = 0.1(5 + 0.2N) с (3.8)

ДПТ — кедергі моменті бойынша

k_дв = 0.05(14 + N²) [об/(с·Н·м)] (3.9)

ТГ — пропорционалдық буын

k_тг = 0.1(2 + 0.1N) [В·с/об]

W_тг(p) = k_тг (3.10)

4. Тапсырма және әдістемелік нұсқаулар

Орындау құралдары

Жұмыс қолмен (калькулятор арқылы), сондай-ақ MathCAD, Excel және VisSim бағдарламалық ортасында орындалуы мүмкін.

VisSim бағдарламасын пән оқытушысынан (каб. №701) алуға болады.

Негізгі қадамдар

Функционалдық элементтерді құрылымдық элементтермен алмастыру.
Ашық контурдың беріліс функциясын W(p) анықтау.
Тұрақтылықты бағалау (Найквист, Гурвиц немесе Михайлов критерийлері).
ЛАЖС және ЛФЖС тұрғызу, тұрақтылық қорларын анықтау.
Алдын ала түзету және сапаны бағалау (өтпелі және орнатылған режимдер).

Жиіліктік сипаттамалар

Амплитудалық сипаттама

L(ω) = 20 lg(W(ω)), [дБ]

Фазалық сипаттама

φ(ω) = arg(W(jω)), [градус]

Сапаны бағалау (негізгі көрсеткіштер)

Өтпелі режим

Реттеу уақыты: t_p (с)
Қайта реттеу: σ (%)
Өсу уақыты: t_н (с)

Орнатылған режим

Тапсырма–қателік каналы бойынша статикалық қателік коэффициенттері анықталады: c₀, c₁, c₂.

Ескерту

Қателік коэффициенттері Ф_ез(p) функциясын Лоран қатарына жіктеу арқылы табылады.

Теориялық сұрақтар тізімі

Варианттар бойынша сәйкестік

Вариант нөмірі 1–20 аралығында. Әр вариантқа екі теориялық сұрақ беріледі: (1,21), (2,22), …, (20,40).

Вариант №	Сұрақтар
1	1 және 21
2	2 және 22
3	3 және 23
4	4 және 24
5	5 және 25
6	6 және 26
7	7 және 27
8	8 және 28
9	9 және 29
10	10 және 30
11	11 және 31
12	12 және 32
13	13 және 33
14	14 және 34
15	15 және 35
16	16 және 36
17	17 және 37
18	18 және 38
19	19 және 39
20	20 және 40

40 теориялық сұрақ

1) Автоматты басқару теориясының негізгі ұғымдары және анықтамалары.
2) Сызықты үздіксіз АБЖ.
3) Автоматты реттеу жүйесіндегі (АРЖ) өтпелі процесс.
4) АРЖ тұрақтылық шарттары және критерийлері.
5) Суперпозиция принципі. Динамикалық буындар.
6) Сызықтық теоремалар.
7) Беріліс функциялары.
8) Буындардың типтік жалғанулары.
9) Типтік реттеу нысандарының негізгі қасиеттері.
10) Нысанның беріліс функциясын анықтау.
11) Реттеудің негізгі сызықтық заңдары және олардың өндірістік реттегіштерде қолданылуы.
12) Реттеу заңдары.
13) АРЖ құрылымдық сұлбалары және беріліс функциялары.
14) Бірконтурлы АРЖ.
15) Көпконтурлы АРЖ.
16) АРЖ астатизмі.
17) АРЖ сапасын бағалау.
18) АРЖ сапасының түбірлік көрсеткіштері.
19) Сызықты үздіксіз бірконтурлы АРЖ-ны күйге келтіру есептері.
20) Тұйық жүйелердегі өтпелі процестер.
21) Жиіліктік беріліс функциялары және жиіліктік сипаттамалар. ЛЖС.
22) Фурье және Лаплас түрлендірулері. Нақты жиіліктік сипаттамалар.
23) Сапаның жиіліктік критерийлері.
24) Динамикалық программалау.
25) Импульстік жүйелер.
26) Импульстік жүйелердің беріліс функциялары.
27) Автоматты басқару жүйесінің құрылымы.
28) Элементтердің статикалық сипаттамалары.
29) Элементтің дифференциалдық теңдеуін құрастыру.
30) Сызықты АБЖ синтездеу.
31) АБЖ-ның алгоритмдік құрылымын синтездеудің жалпы принциптері.
32) АРЖ сапасының интегралды критерийлері.
33) Оптималдандыру шарты.
34) Екіпозициялы реттегіші бар АРЖ.
35) Дискретті АРЖ.
36) Z-түрлендіру.
37) Сандық реттегіштер.
38) Сандық реттегіші бар дискретті АРЖ-ның тұрақтылығы.
39) Дискретті жүйелердегі Найквист критерийі.
40) Дискретті АРЖ-ның тұрақтылық қоры.

II. Курстық жұмыс тапсырмалары

Алғы сөз

«Автоматты басқарудың сызықты жүйелерінің теориясы» пәні бойынша курстық жұмыстың әдістемелік мақсаты — автоматты басқарудың тұйық жүйесін талдау және синтездеу үшін заманауи бағдарламалық құралдарды қолдану.

Курстық жұмыстың тапсырмалары кафедрада бекітілген жұмыс бағдарламасына сәйкес құрастырылған. Курстық жұмыс нұсқасы бақылау жұмысындағы N мәнімен бірдей қабылданады.

1. Курстық жұмыстың мақсаты

VisSim модельдеу бағдарламалық пакетін қолдану арқылы АРЖ-ны оптималдандыру.

2. Тақырып, тапсырма және бастапқы берілгендер

Курстық жұмыс тақырыбы: «Тұрақты тоқ қозғалтқышының білігінің айналу жиілігінің АРЖ-сын (ТТҚБАЖ АРЖ) талдау және оптималдандыру».

АРЖ моделін құру.
Модельді зерттеу және оптималдандыру.
Алынған жүйенің сапасын бағалау.

Элементтер және параметрлер (курстық жұмыс)

Функционалдық сұлба элементтері

У — күшейткіш; ТП — тиристорлық түрлендіргіш; Г — генератор; ДПТ — тұрақты тоқ қозғалтқышы; ТГ — тахогенератор; ОСН — кернеу бойынша кері байланыс; M_c — кедергі моменті; u_з — тапсырма кернеуі; n — айналу жиілігі.

Негізгі ескертпе

ДПТ — тәуелсіз қоздырылатын тұрақты тоқ қозғалтқышы. Қозғалтқыш модельдеуде бірнеше буынмен беріледі.

Беріліс функцияларының параметрлері

У — апериодтық буын

k_y = (20 + N)

T_y = (0.06 + 0.001N) с

ТП — апериодтық буын

k_тп = (15 + 2N)

T_тп = (0.05 + 0.001N) с

ОСН — инерциялы-дифференциалдаушы буын

k_осн = 0.1(1.5 + 0.1N)

T_осн = 0.01(5 + N) с

ТГ — күшейтуші (пропорционалдық) буын

k_г = 0.1(13 + 0.1N)

T_г = 0.01(8 + N) с

ДПТ — тербелістік буын

k_ду = 0.1(12 + N) [об/(с·В)]

k_дв = 0.05(15 + N) [об/(с·Н·м)]

T_я = 0.01(6 + 0.32N) с

Қосымша тапсырма

Тиристорлық түрлендіргіштің сызықсыздығын ескере отырып, АРЖ-ны зерттеу. Шектеу деңгейі: 0.2(1 + 0.1N).

3. Орындауға әдістемелік нұсқаулар

Жұмысты тапсыру құрамы

Титул парағы (стандарт бойынша)
Аннотация, мазмұны, кіріспе
Негізгі бөлім (бөлімдер/параграфтар/пункттер)
Қорытынды, әдебиеттер тізімі, қосымша

Түсіндірме жазбаға талап

Түсіндірме жазба қысқа, нақты және мазмұнды болуы тиіс. Әр бөлім жұмыстың мақсаты мен маңызын көрсетуі керек.

Қосымшада А1 форматтағы негізгі нәтижелер ұсынылады: сұлбалар, формулалар, графиктер және т.б.

Плакат тақырыптарының үлгілері

Бастапқы берілгендер және бастапқы модель
Тұрақтылықты бағалау және алдын ала түзету
Модельді оптималдандыру және сапаны бағалау

Зерттеу және түзету логикасы (қысқаша)

Тұрақтылықты бағалау

Ашық контурдың тұрақтылығы Найквист критерийін қолданудың қажетті шарты ретінде тексеріледі. Қосымша ретінде Михайлов және Гурвиц критерийлері қолданылуы мүмкін. VisSim көмегімен өтпелі сипаттама арқылы да бағалауға болады.

Қалыптандыру және түзету

Ашық контурды амплитуда бойынша 6–20 дБ аралығында тұрақтандыру ұсынылады. Параметрлерді (күшейту коэффициенттері, уақыт тұрақтылары) өзгерту арқылы қайта реттелуі 5–20% аспайтын апериодты өтпелі процеске қол жеткізіледі. Қажет болса, ПИ-реттегіш енгізіледі.

Қолданылатын әдебиеттер

1) Лукас В.А. Теория автоматического управления. — М.: Недра, 1990. — 416 с.
2) Иванов А.А. ТАУР. — М.: Недра, 1970. — 352 с.
3) Топчеев Ю.И., Цыпляков А.П. Задачник по ТАУ. — М.: Машиностроение, 1977. — 592 с.
4) Юревич Е.И. ТАУ. — Ленинград: Энергия, 1975. — 416 с.
5) ТАУ / Под ред. Воронова А.А., ч. 1. — М.: Высшая школа, 1986. — 367 с.
6) Клюев А.С. Автоматическое регулирование. — М.: Энергия, 1973.
7) ТАУ / Ред. Нетушил А.В. — М.: Высшая школа, 1976. — 400 с.
8) Брюханов В.Н. и др. Теория автоматического управления. — М.: Высшая школа, 2000.