Управление в автоматизированном производстве

Управление в автоматизированном производстве

 

Направление подготовки 15.03.04 "Автоматизация технологических процессов и

производств"

 

Профиль подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств»

 

Факультет подготовки инженерных кадров

 

	Заочная сокращенная
Курс	3
Семестр	6
Число зачетных единиц	4
Всего часов по учебному плану, час.	144
Всего часов аудиторных занятий, час.	12
Лекции, час	4
Лабораторные занятия, час.	4
Практические занятия, час.	4
Контрольная работа, семестр	6
Экзамен (семестр)	6

 

       Разработали доцент       Харькин О.С.                              e-mail: [email protected]

                                                      Барабанов Г.П.

 

       Зав. кафедрой АПП        Сердобинцев Ю.П.             

 

Волгоград 2017

1 Аннотация дисциплины

Целью изучения дисциплины является ознакомление с основными методами анализа и синтеза систем автоматического управления, что необходимо для разработки и эксплуатации автоматических систем управления.

Учебная дисциплина "Управление в автоматизированном производстве" базируется на соответствующих разделах высшей математики, физики, теоретической механики, электротехники, электроники, ТАУ, которые формируют математический аппарат и понимание принципов построения элементов автоматических систем.

Основные положения дисциплины используются при изучении следующих дисциплин: «Технические средства автоматизации и управления», «Проектирование автоматизированных систем», «Автоматизированный электропривод», "Автоматизация технологических процессов и производств", а также в курсовом проектировании и при выполнении выпускной квалификационной работы.

 

2  Содержание учебной дисциплины «Управление в автоматизированном

Производстве»

       Таблица 2.1

№ темы	Название основных тем и вопросов, изучаемых в рамках дисциплины	Кол-во часов, отводимых на лекции
1	2	3
1	Введение. Система "станок - процесс резания" как объект управления. Содержание задач управления технологическим оборудованием.
2	Системы с запаздыванием, особенности характеристик. Исследование на устойчивость
3	Корректирующие устройства, способы включения, виды. Методы синтеза корректирующих устройств.	0,5
4	Классификация автоматических регуляторов. Основные законы регулирования. Исследование типовых законов регулирования. Инженерные методы расчета оптимальных параметров настроек регуляторов.	0,5
5	Нелинейные САУ. Структура нелинейных систем, типовые нелинейности. Методы исследования нелинейных систем (фазовых траекторий, припасовывания, гармонической линеаризации). Устойчивость нелинейных систем, второй метод Ляпунова	0,5
6	Дискретные системы автоматического управления. Основные понятия, классификация систем. Методы описания дискретных систем. Дискретное преобразование Лапласа. Z - преобразование. Анализ дискретных систем. Цифровые системы управления.	0,5
7	Оптимальные системы управления. Общие положения, постановка задачи, классификация. Принцип максимума. Метод динамического программирования. Анализ и синтез оптимальных систем.	0,5
8	Оптимальные системы управления. Общие положения, постановка задачи, классификация. Уравнение Эйлера.  Принцип максимума. Метод динамического программирования. Анализ и синтез оптимальных систем.	0,5
9	Адаптивные автоматические системы. Классификация. Самонастраивающиеся системы. Системы поиска экстремума.	0,5
	Итого	4

 

 

Лабораторные и практические занятия

 

Лабораторные работы

Таблица 3.1

Номер лаб. работы	Наименование лабораторной работы	Объем, час.
1	Исследование способов коррекции систем автоматического управления	2
2	Исследование методов настройки регуляторов одноконтурной системы автоматического управления	2
	Итого	4

 

       4 Самостоятельная работа студентов

 

В течение шестого семестра студенты выполняют контрольную работу, которая предусматривает анализ линейных систем автоматического управления и синтез корректирующего устройства для обеспечения требуемых показателей качества работы системы.

Работа выполняется в соответствие с методическими указаниями по самостоятельной работе.

 

Контрольная работа

 

Цель работы

Целью контрольной работы является приобретение навыков анализа замкнутых линейных систем автоматического управления (САУ) и синтеза корректирующих устройств, удовлетворяющих заданному качеству работы.

Контрольная работа выполняется в соответствии с индивидуальным заданием, выбираемым по методическим указаниям. В задании предусматривается проектирование системы управления конкретным объектом управления.

Варианты заданий контрольной работы выбираются следующим образом. По последней цифре зачетной книжки выбирается номер принципиальной схемы исследуемой САУ (5 заданий, например, номер 1 при последних цифрах 1 и 6, номер 2 при цифрах 2 и 7 и т. д.), по предпоследней цифре зачетной книжки выбирается вариант в таблице числовых параметров элементов системы.

Содержание заданий

В качестве исходных данных приводятся: упрощенная принципиальная схема исследуемой САУ и краткое описание ее принципа действия; типы и характеристика элементов системы; уравнения описывающие работу элементов.

В качестве основных требований к САУ указываются основные технические условия и, прежде всего: статическая точность; показатели качества переходных процессов САУ.

Требуется:

1 По приведенной принципиальной схеме и описанию работы системы составить функциональную схему, дать характеристику основных функциональных элементов.

2 На основе принципиальной и функциональной схем составить алгоритмическую схему. Определить передаточные функции элементов системы и рассчитать параметры элементов. Найти передаточную функцию разомкнутой системы, передаточные функции замкнутой системы.

3 По передаточной функции разомкнутой системы построить ЛАЧХ и ЛФЧХ, определяются устойчивость и запасы устойчивости исходной замкнутой системы.

4 Исходя из заданных показателей качества переходных процессов и заданной точности (степени астатизма) построить "желаемую" ЛАЧХ системы. Определить тип и параметры последовательного корректирующего устройства.

5 Построить переходную характеристику системы. По графику переходной характеристики определить основные показатели качества системы.

 

Оформление контрольной работы

Контрольная работа оформляется на белой бумаге формата А4 (210х297), должна начинаться с титульного листа. Основное содержание работы приводится в последовательности, приведенной выше.

Все расчеты следует выполнять в международной системе единиц (СИ). В случае необходимости в работе приводятся рисунки и чертежи, поясняющие ход расчетов. При оформлении контрольной работы следует руководствоваться ГОСТ 2.105 – 95 «ЕСКД. Общие требования к текстовым документам»

Графическая часть работы должна выполняться в объеме, достаточном для пояснения всех разделов пояснительной записки, и включает следующие основные разделы:

принципиальные, функциональные и алгоритмические схемы;

логарифмические амплитудные и фазовые частотные характеристики;

построения, поясняющие исследование устойчивости САУ и синтеза корректирующих устройств;

графики переходных процессов.

 

Методические указания

 

Введение

Во введении следует привести краткое описание производственного механизма, для управления которым предназначается САУ, и краткое описание технологического процесса, в котором производственный механизм участвует.

Функциональная схема САУ

Необходимо по приведенной принципиальной схеме и описанию работы системы составить функциональную схему, дать характеристику основных функциональных элементов.

Автоматическая система любой степени сложности состоит из управляемого объекта и автоматического управляющего устройства. Для пояснения принципа действия автоматических систем применяют функциональные схемы. Функциональная схема составляется из функциональных элементов, которые представляют собой конструктивно обособленные части автоматических систем, выполняющие определенные самостоятельные функции. Функциональные элементы на схеме обозначают прямоугольниками, внутри которых надписывают их наименование в соответствии с выполняемыми функциями. Связи между функциональными блоками обозначаются линиями со стрелками, которые указывают направление воздействий.

Типовая функциональная схема САУ с одной регулируемой величиной включает в себя объект управления, задающее устройство, элемент сравнения, преобразующие, корректирующие устройства, усилительное устройство, исполнительное устройство, измерительные преобразователи.

Алгоритмическая схема САУ

На основе принципиальной и функциональной схем составить алгоритмическую схему. Определить передаточные функции элементов системы и рассчитать параметры элементов. Найти передаточную функцию разомкнутой системы, передаточные функции замкнутой системы относительной регулируемой величины по задающему воздействию, относительно регулируемой величины по возмущающему воздействию, относительно ошибки регулирования по задающему и возмущающему воздействиям.

Работа элементов САУ описывается дифференциальными уравнениями. Если к дифференциальному уравнению применить преобразование Лапласа, то получим так называемую операторную форму записи уравнения, из которой получается передаточная функция – отношение изображения выходной величины к изображению входной величины при нулевых начальных условиях. Любое выражение передаточной функции линейной системы можно преобразовать к такому виду, чтобы многочлен в скобках имел бы степень не выше второй, а его свободный член был бы равен единице. Такая запись позволяет представить системы в виде соединения нескольких типовых динамических звеньев. К последним относятся: усилительные, инерционные, интегрирующие, дифференцирующие, колебательные, форсирующие.

Заключение

В заключении необходимо привести основные выводы по результатам выполненной работы. Необходимо дать оценку устойчивости спроектированной системы, сравнить полученные показатели качества с заданными.

Список использованной литературы

Если при проектировании системы используются формулы, графики, рекомендации, то ссылка на литературный источник, откуда был взят соответствующий материал, дается в тексте номером, под которым он числится в списке использованной литературы, при этом номер берется в квадратные скобки

 

5  Основная и дополнительная литература

Основная

1 Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.1. Линейные системы. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 312 с.

2 Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.2. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 441 с.

3 Теория автоматического управления: Учеб. для вузов / С.Е. Душин, Н.С. Зотов, Д.Х. Имаев и др.; Под ред. В.Б. Яковлева. – М.: Высшая школа, 2003. – 567 с.

4 Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – изд. 4-е перераб. и доп. – СПб.: Профессия, 2003. – 752 с.

5 Теория автоматического управления: Учеб. для машиностроительных спец. вузов / под ред. Ю.М. Соломенцева - 3-е изд. М.: Высш. шк. -2000 - 268 с.

 

Дополнительная

6 Петраков Ю.В., Драчев О.И. Теория автоматического управления технологическими системами: учебное пособие для студентов вузов. - М.: Машиностроение, 2008. - 336 с.

7 Макаров И.М., Менский Б.М. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочный материал).- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982. – 504 с.

8 Теория автоматического регулирования: Учеб. пособие для вузов / А.С. Востриков, Г.А. Французова. – М.: Высш. шк., 2004. - 365 с.

 

Управление в автоматизированном производстве

 

Направление подготовки 15.03.04 "Автоматизация технологических процессов и

производств"

 

Профиль подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств»

 

Факультет подготовки инженерных кадров

 

	Заочная сокращенная
Курс	3
Семестр	6
Число зачетных единиц	4
Всего часов по учебному плану, час.	144
Всего часов аудиторных занятий, час.	12
Лекции, час	4
Лабораторные занятия, час.	4
Практические занятия, час.	4
Контрольная работа, семестр	6
Экзамен (семестр)	6

 

       Разработали доцент       Харькин О.С.                              e-mail: [email protected]

                                                      Барабанов Г.П.

 

       Зав. кафедрой АПП        Сердобинцев Ю.П.             

 

Волгоград 2017

1 Аннотация дисциплины

Целью изучения дисциплины является ознакомление с основными методами анализа и синтеза систем автоматического управления, что необходимо для разработки и эксплуатации автоматических систем управления.

Учебная дисциплина "Управление в автоматизированном производстве" базируется на соответствующих разделах высшей математики, физики, теоретической механики, электротехники, электроники, ТАУ, которые формируют математический аппарат и понимание принципов построения элементов автоматических систем.

Основные положения дисциплины используются при изучении следующих дисциплин: «Технические средства автоматизации и управления», «Проектирование автоматизированных систем», «Автоматизированный электропривод», "Автоматизация технологических процессов и производств", а также в курсовом проектировании и при выполнении выпускной квалификационной работы.

 

2  Содержание учебной дисциплины «Управление в автоматизированном

Производстве»

       Таблица 2.1

№ темы	Название основных тем и вопросов, изучаемых в рамках дисциплины	Кол-во часов, отводимых на лекции
1	2	3
1	Введение. Система "станок - процесс резания" как объект управления. Содержание задач управления технологическим оборудованием.
2	Системы с запаздыванием, особенности характеристик. Исследование на устойчивость
3	Корректирующие устройства, способы включения, виды. Методы синтеза корректирующих устройств.	0,5
4	Классификация автоматических регуляторов. Основные законы регулирования. Исследование типовых законов регулирования. Инженерные методы расчета оптимальных параметров настроек регуляторов.	0,5
5	Нелинейные САУ. Структура нелинейных систем, типовые нелинейности. Методы исследования нелинейных систем (фазовых траекторий, припасовывания, гармонической линеаризации). Устойчивость нелинейных систем, второй метод Ляпунова	0,5
6	Дискретные системы автоматического управления. Основные понятия, классификация систем. Методы описания дискретных систем. Дискретное преобразование Лапласа. Z - преобразование. Анализ дискретных систем. Цифровые системы управления.	0,5
7	Оптимальные системы управления. Общие положения, постановка задачи, классификация. Принцип максимума. Метод динамического программирования. Анализ и синтез оптимальных систем.	0,5
8	Оптимальные системы управления. Общие положения, постановка задачи, классификация. Уравнение Эйлера.  Принцип максимума. Метод динамического программирования. Анализ и синтез оптимальных систем.	0,5
9	Адаптивные автоматические системы. Классификация. Самонастраивающиеся системы. Системы поиска экстремума.	0,5
	Итого	4