Методические указания. Теория автоматического управления

ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Методические указания по выполнению практических работ и

организации самостоятельной работы курсантов и студентов

специальности 180407.65 «Эксплуатация судового

электрооборудования и средств автоматики»

всех форм обучения

Владивосток

УДК 681.5:681.3

ББК 14.2.6

Ч 922

Утверждено редакционно-издательским советом Дальневосточного государственного технического рыбохозяйственного университета

Автор – К.В. Чупина

Рецензент – В.В. Кирюха

Печатается в авторской редакции

© К.В.Чупина, 2013

© Дальневосточный государственный

технический рыбохозяйственный

университет, 2013

ВВЕДЕНИЕ

Развитие судостроения и прогресса в области автоматизации и электрификации судов невозможны без автоматизации судовых систем и устройств. Автоматизация предполагает достаточно глубокие знания разработчиков и обслуживающего персонала в области теории автоматических систем управления. Цель и задачи освоения дисциплины «Теория автоматического управления» состоят в том, чтобы подготовить специалиста к эксплуатации сложных систем автоматического управления электроприводами, энергетических установок и технологических процессов. В рамках дисциплины закладываются знания, умения и компетенции для освоения таких дисциплин специальности, как «Судовой автоматизированный электропривод», «Судовые электроэнергетические установки», «Автоматизация технологических процессов», «Гребные электрические установки», «Микропроцессорные системы управления».

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО по данному направлению:

профессиональных (ПК)

ПК-22 – способность и готовность сформировать цели проекта (программы), разработать обобщенные варианты ее решения, выполнить анализ этих вариантов, прогнозирования последствий, нахождения компромиссных решений;

ПК-26 – способность и готовность эффективно использовать материалы, электрооборудование, соответствующие алгоритмы и программы для расчетов параметров технологических процессов.

ПК-30 - способность участвовать в фундаментальных и прикладных исследованиях в области судового электрооборудования и средств автоматики.

Методические указания предназначены для курсантов и студентов специальности 180407.65 всех форм обучения, выполняющих лабораторные и практические работы по дисциплине «Теория автоматического управления».

Объем и перечень практических работ определяется преподавателем в соответствии с рабочей программой.

ОРГАНИЗАЦИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Практическому выполнению каждого задания с использованием персонального компьютера должна предшествовать теоретическая подготовка - лекционный курс и самостоятельные занятия каждого студента. При этом могут быть использованы как теоретические сведения, содержащиеся непосредственно в методических указаниях, так и другие источники (лекции, учебники и др.)

С учащимися проводится инструктаж по технике безопасности, охране труда и пожарной безопасности, который подтверждается индивидуальной подписью студента в соответствующем журнале.

Необходимо ознакомиться с разделами «Программа работы», «Методические указания» и «Содержание отчета». Задания предполагают самостоятельное выполнение предварительного расчета перед использованием специализированного программного обеспечения и последующий анализ полученных методом математического моделирования результатов. Итогом самостоятельной работы студента является его самоконтроль. Для этого в конце каждой практической работы имеются контрольные вопросы.

Практическая работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИПОВЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ЗВЕНЬЕВ

Цель работы: исследование частотных и переходных характеристик типовых динамических звеньев.

Программа работы

1. По заданной электрической схеме определить передаточную функцию объекта.

2. С помощью осциллографа снять зависимость выходного напряжения при линейно нарастающем и гармоническом сигнале на входе.

3. С помощью осциллографа снять зависимости входного и выходного напряжения от времени:

3.1. При трех различных значениях коэффициента передачи (номинальном, больше и меньше номинального) и номинальном значении постоянной времени.

3.2. При трех различных значениях постоянной времени и номинальном значении коэффициента передачи.

4. С помощью анализатора спектра снять ЛАЧХ и ЛФЧХ при номинальных значениях параметров схемы.

4.1. При трех различных значениях коэффициента передачи (номинальном, больше и меньше номинального) и номинальном значении постоянной времени.

4.2. При трех различных значениях постоянной времени и номинальном значении коэффициента передачи.

Методические указания

1. Собрать схему в редакторе Electronics Workbench, используя необходимое оборудование (пример – на рис. 1). Необходимые элементы расположены на панели инструментов (рис. 2).

Рисунок 1. Схема набора в редакторе Electronics Workbench:

а) – схема объекта с генератором ступенчатого сигнала:

1 - генератор напряжения ступенчатой формы;

2 – анализатор спектра (Bode Plotter)

3 – электронный осциллограф (Oscilloscope);

4 – электрические схемы объектов исследования;

б) – генератор линейного напряжения;

в) – генератор гармонического сигнала

Рисунок 2. Панель инструментов

2. Для выполнения п.п. 2-3 «Программы работы» необходимо:

2.1. Установить следующие параметры Oscilloscope, дважды щелкнув по изображению прибора, (см. рис. 3):

Рисунок 3. Настройка параметров осциллографа

При необходимости и для удобства восприятия следует изменить настройку TIME BASE “цена деления” по оси времени.

Нажав кнопку «Expand», можно увеличить размер экрана осциллографа. Для возврата в исходное состояние следует нажать кнопку «REDUCE».

2.2. С помощью выключателя, расположенного на верхней панели инструментов (рис. 4), начать компьютерный расчет схемы.

Рисунок 4. Панель инструментов

2.3. Зарисовать зависимости U_вх(t) и U_вых(t) в масштабе, как указано в п. 2 «Программы работы».

3. Для выполнения п. 4 «Программы работы» необходимо:

3.1. Дважды щелкнув по прибору, установить следующие параметры Bode Plotter (см. рис. 5):

Magnitude; Log; F 200 dB, I (–200) dB; F 1 MHz, I 1 mHz.

Рисунок 5. Настройка анализатора спектра

3.2. Используя анализатор спектра, снять ЛАЧХ при установленных значениях параметров схемы.

3.3. Установить режим PHAZE Bode Plotter.

Снять ЛФЧХ при ЛАЧХ при установленных значениях параметров схемы.

Содержание отчета

1. Электрическая принципиальная схема исследуемого объекта.

2. Вывод передаточной функции исследуемого объекта. Выражения для коэффициента передачи и постоянной времени через параметры электрической принципиальной схемы.

3. Графики переходных процессов U_вх(t) и U_вых(t) при различных формах входного напряжения.

4. Графики переходных процессов U_вх(t) и U_вых(t) при трех значениях коэффициента передачи и номинальном значении постоянной времени. Графики изображаются на одном поле.

5. Графики переходных процессов U_вх(t) и U_вых(t) при трех значениях постоянной времени и номинальном значении коэффициента передачи. Графики изображаются на одном поле.

6. Асимптотические ЛАЧХ и реальные ЛАЧХ и ЛФЧХ, полученные с помощью анализатора спектра для разных значений коэффициента передачи и постоянных времени (см. п. 5). Графики ЛАФЧХ изображаются на одном поле.

7. Вывод о влиянии коэффициента передачи и постоянной времени на характер переходного процесса и частотные характеристики.

Контрольные вопросы

1. Как влияет величина коэффициента передачи и постоянной времени на устойчивость?

2. Какие значения нужно присвоить элементам схемы, чтобы обеспечить запас устойчивости по амплитуде 10 дБ? Рассчитать значения постоянных времени и коэффициента передачи.

3. Как скажется на устойчивости и времени переходного процесса увеличение коэффициента передачи?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Дата добавления: 2015-10-29