Предмет теорії автоматичного керування
Місце ТАК серед інших наукових дисциплін; Основні поняття ТАК; Приклади САК.
Принципи керування та класифікація САК
Режими роботи САК; Вимоги до САК; Принципи керування; Керування за збуренням; Керування за відхиленням; Комбінований принцип керування; Класифікація САК; Контрольні запитання для перевірки засвоєння навчального матеріалу;
Математичний опис САК
Аналіз та синтез САК; Приклад системи стабілізації обертів двигуна; Принципова та функціональна схема САК; Складання рівняння динаміки генератора; Лінеаризація нелінійних залежностей; Складання рівняння динаміки двигуна; Загальне рівняння динаміки САК.
Диференційні рівняння САК
Лінійне диференційне рівняння з постійними коефіцієнтами; Характеристичне рівняння. Корені характеристичного рівняння; Умова стійкості САК; Комплексні числа, форми представлення комплексних чисел; Неоднорідне диференційне рівняння САК з постійними коефіцієнтами; Розв’язання неоднорідного рівняння методом Лапласа; Передатна функція.
Структурна схема САК
Визначення структурної схеми САК; Структурна схема САК обертами двигуна; Типи динамічних ланок; Підсилювальна ланка; Аперіодична ланка; Коливальна ланка; Аперіодична ланка ІІ -го порядку; Диференційна ланка; Реальна диференційна ланка; Способи з’єднань динамічних ланок та їх передатна функція; Послідовне з’єднання ланок;
Паралельне з’єднання ланок; Зустрічно паралельне-з’єднання (з’єднання зі зворотним зв’язком); Типи зворотного зв’язку; Правила перетворення структурних схем; Приклад одержання передатної функції САК за її структурною схемою; Сигнали випробування САК; Часові характеристики САК; Часові характеристики найпростіших динамічних ланок; Підсилювальна ланка; Аперіодична ланка першого порядку (інерційна ланка); Аперіодична ланка першого порядку; Коливальна ланка; Інтегруюча ланка; Диференційна ланка; Реальна диференційна ланка; Частотні характеристики динамічних ланок та САК в цілому; Амплітудно частотна, фазово частотна та амплітудно-фазова частотна характеристики; Логарифмічні частотні характеристики; Логарифмічна амплітудно частотна характеристика (ЛАЧХ); Логарифмічна фазово частотна характеристика (ЛФЧХ); Уявна і дійсна частотні характеристики; Комплексна передатна функція та частотні функції; Форми представлення комплексної передатної функції; Зв’язок комплексної передатної функції з частотними характеристиками; Логарифмічні частотні характеристики динамічних ланок; Підсилювальна ланка; Аперіодична ланка; Інтегруюча ланка; Диференційна ланка; Коливальна ланка; Реальна диференційна ланка; Побудова логарифмічні частотні характеристики послідовно з’єднаних ланок; Частотні характеристики мінімально фазових ланок; Приклад побудови логарифмічних частотних характеристик.
Стійкість, точність та якість САК
Завдання визначення стійкості САК; Алгебраїчний критерій стійкості Гурвіца; Критерій стійкості Михайлова; Частотний критерій стійкості Найквіста; Логарифмічний частотний критерій стійкості Найквіста; Запас стійкості; Режими роботи САК; Точність керування. Визначення величини помилки керування; Помилка керування у статичному режимі; Помилки керування в динамічному режимі роботи; Основні закони регулювання; Показники якості перехідних процесів; Кореневі критерії якості; Частотні критерії якості перехідних процесів; Контрольні запитання для перевірки засвоєння навчального матеріалу.
Нелінійні та дискретні системи автоматичного керування
Характеристики нелінійних елементів; Аналіз нелінійних систем методом гармонічного балансу; Аналіз нелінійних систем за фазовими траєкторіями; Класифікація дискретних систем керування; Математичний опис імпульсних систем керування; Цифрові системи автоматичного керування.
Характеристики цифрових автоматичних систем
Застосування цифрових систем і їх переваги; Структурні алгоритмічні схеми ЦАСР; Методи дослідження ЦАСР; Способи лінеаризації характеристик АЦП і ЦАП; Передавальні функції типових ланок цифрових систем автоматичного регулювання.
Передавальні функції і частотні характеристики ЦАСР
Передавальні функції розімкнутих і замкнутих ЦАСР; Частотні характеристики ЦАСР;
Стійкість ЦАСР
Критерій Гурвіца; Критерій Михайлова; Критерій Найквіста; Метод D-розбиття
Якість процесу регулювання
Точність регулювання; Вплив нелінійностей вхідного і вихідного перетворювачів
на якість ЦАСР; Якість перехідного процесу
Способи отримання заданих характеристик регульованих об’єктів
Коригування цифрових АСР; Цифрові регулятори та об’єкти регулювання; Отримання процесів кінцевої тривалості; ПІД-регулятори: функції, реалізація, налаштування
Третій рік, 5-6 семестр, 12 кредитів, 5 семестр – залік; 6 семестр – екзамен.
Перелік дисциплін, які є передумовою вивчення курсу:
- 141БОК29 Практика (навчальна)
- 141БОК6 Вища математика
- 141БОК4 Фізика
- 141БОК13 Теоретичні основи електротехніки
Перелік дисциплін, для яких курс є передумовою:
- 141БОК18 Теорія електропривода
- 141БОК19 Автоматизований електропривод загальнопромислових механізмів
- 141БОК21 Мікроконтролери та мікропроцесорна техніка
- 141БОК27 Моделювання електроенергетичних, електротехнічних та електромеханічних систем
Примітки:
Оцінювання по семестрах не додається
Змістовий модуль 1. Моделі елементів і систем. Стійкість.
Тема 1. Вступ в теорію автоматичного керування.
1.1. Основні поняття. Актуальність досягнень теорії для автоматизації керування складними технологічними процесами. Інвестиційна привабливість таких АСК ТП. Коротка історична довідка. Принципи та схеми керування.
1.2. Приклади системи. Прямі та зворотні зв’язки. Функціональна схема замкненої САК та призначення її функціональних елементів. Характеристики об’єкта керування як керовані координати, завдання, збурення, команди керування, похибки.
1.3. Стабілізуюче, програмне і слідкуюче керування, приклади. Типові дії: ступінчаста, імпульсна, лінійна, квадратична, кубічна, гармонічна. Перехідна і вагова характеристики. Закони керування.
1.4. Коротко про стійкість, точність та якість керування, статичне і астатичне керування. Принципи класифікації систем керування.
Тема 2. Моделі елементів і систем автоматичного керування.
2.1. Лінійні системи з постійними параметрами; основні динамічні характеристики: диференціювання; передаточні, вагові і перехідні функції, інтеграл згортки, частотні характеристики.
2.2. Приклади частотних характеристик механічних і електричних систем.
2.3. Передаточні функції динамічних ланок і систем.
Тема 3. Дослідження стійкості.
1.1. Алгебраїчні критерії стійкості. Частотний критерій Михайлова.
1.2. Частотний критерій Найквіста. Структурна стійкість систем.
Змістовий модуль 2. Точність, якість, коригування, аналіз і синтез САК.
Тема 4. Точність систем автоматичного керування.
4.1. Дослідження статичних і астатичних систем: визначення статичної і динамічних похибок.
4.2. Дослідження точності Nроботи систем через коефіцієнти похибок.
Тема 5. Якість перехідних процесів.
5.1. Види перехідного процесу і його характеристики. Кореневі критерії якості.
5.2. Інтегральні та частотні критерії якості.
Тема 6. Коригування і синтез.
6.1. Схеми компенсації статичних похибок. Підвищення точності за рахунок інваріантності.
6.2. Вибір і реалізація алгоритмів керування шляхом ввімкнення послідовних і паралельних коригуючих ланок та внутрішніх зворотних зв’язків.
6.3. Умови збереження порядку астатизму. Синтез коригуючи пристроїв.
6.4. Практичні прийоми коригування САК з метою підвищення стійкості.
Тема 7. Багатовимірні системи та метод змінних стану.
7.1. Багатовимірні системи і загальні відомості про метод змінних стану. Керованість і спостережуваність.
7.2. Рівняння стану та загальна методика його розв’язання.
Тема 8. Випадкові процеси в системах автоматичного керування.
8.1. Характеристики стаціонарних випадкових процесів: математичне сподівання, дисперсія, кореляційна, спектральна щільність.
8.2. Проходження стаціонарного випадкового сигналу через лінійну САК. Розрахунок точності САК за середньоквадратичною похибкою.
8.3. Синтез лінійних САК за мінімумом середньоквадратичної похибки.
Змістовий модуль 3. Імпульсні і цифрові системи.
Тема 9.Особливості дискретних систем.
9.1. Класифікація дискретних систем і коротка їх характеристика. Імпульсні, цифрові, релейні. Параметри і характеристики імпульсного елемента. Модуляція І–го роду.
Тема 10. Імпульсні і цифрові системи.
10.1. Різницеві рівняння. Визначення періоду дискретизації сигналів. Z – перетворення.
10.2. Алгоритмічні схеми та передаточні функції імпульсних систем.
10.3. Алгоритмічні схеми і передаточні цифрових систем.
10.4. Частотні характеристики імпульсних систем. Стійкість, частотні критерії стійкості.
10.5. Побудова перехідних процесів у замкненій цифровій системі за дискретним зображення та методом розкладення у степеневий ряд.
10.6. Синтез цифрових коригувальних пристроїв.
Змістовий модуль 4. Нелінійні системи.
Тема 11. Нелінійні системи.
11.1. Класифікація нелінійностей. Типові нелінійності.
11.2. Особливості поведінки та розрахування нелінійних систем. Алгоритмічні схеми нелінійних систем. Метод Попова.
11.3. Метод фазової площини.
11.4. Метод гармонічного балансу.
Практичне заняття №1. Перетворення Лапласа. Передаточні функції ланок.
Практичне заняття №2. Визначення передаточних функцій розімкнутих і замкнутих систем.
Практичне заняття №3. Перехідні процеси.
Практичне заняття №4. Стійкість систем керування.
Практичне заняття №5. Синтез коригувальних пристроїв.
Практичне заняття №6. Визначення - перетворень найбільш поширених простих сигналів в автоматичних системах.
Практичне заняття №7. Логарифмічні амплітудні і фазові характеристики ЦАСР.
Практичне заняття №8. Визначення стійкості і якості цифрових систем.
Практичне заняття №9. Методи побудови перехідних процесів імпульсних і цифрових систем.
Лабораторне заняття №1. Дослідження часових характеристик лінійних ланок.
Лабораторне заняття №2. Дослідження частотних характеристик лінійних ланок.
Лабораторне заняття №3. Дослідження стійкості лінійної неперервної системи.
Лабораторне заняття №4. Дослідження підвищення запасу стійкості і швидкодії лінійних систем.
Лабораторне заняття №5. Дослідження імпульсного елемента ЦАС.
Лабораторне заняття №6. Дослідження розімкнутої ЦАС.
Лабораторне заняття №7. Дослідження перехідних процесів замкнутих ЦАС.
Лабораторне заняття №8. Дослідження стійкості цифрових систем.
Лабораторне заняття №9. Дослідження процесу кінцевої тривалості.
Базова
- Попович М.Г., Ковальчук О.В. Теорія автоматичного керування. Підручник. – К: Либідь, 2007, – 656с.
- Галай В.М. Теорія цифрових систем автоматичного керування: навчальний посібник. –Полтава: ПолтНТУ, 2009. –131 с.
Допоміжна
- Галай М.В. Теорія автоматичного керування: неперервні та дискретні системи. Навч. пос-к. – Полтава, 2005. – 454с.
- Dorf, Richard C. Modern control systems / Richard C, Robert H. Bishop. ¬– 12th ed. p.cm. 2010. – 1104 p.
- Макаров И.М. Менский Б.М. Линейные автоматические системы. Учебное пособие для вузов. М., 1977. – 464 с.
- Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования М., 1966 г., 992 с.
- Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.1. Линейные системы. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003, –288 с. – ISBN 5-9221-0379-2.
- Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.2. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы: Учеб. Пособие. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004, – 464 с. – ISBN 5-9221-0534-5.