ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА
Кафедра Кибернетических систем
Типовые звенья систем автоматического управления
Методические указания к лабораторной работе №2 по дисциплине «Теория автоматического управления» для студентов специальности 220201 – «Управление и информатика в технических системах» и направления 220200 – «Автоматизация и управление» (АиУбУИТС) всех форм обучения
Тюмень
2008
Утверждено редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет»
Составитель: Васькевич А.В.
 |
© Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Тюменский государственный
нефтегазовый университет», 2008
Введение
Дисциплина «Теория автоматического управления» имеет целью изучение теоретических основ и методов анализа и синтеза объектов и систем автоматического управления. Освоение изучаемого курса позволит будущим специалистам самостоятельно решать такие задачи, стоящие перед инженерами по автоматизации, как расчет и настройка контуров регулирования и управления сложных технических систем.
Для закрепления теоретического материала и приобретения практических навыков студенту предлагается выполнить курс лабораторных работ, предусматривающий как практические задания, посвященные изучению математического описания систем управления, различных типовых звеньев и их характеристик, так и инженерные задачи, связанные с детальным анализом систем управления и, при необходимости, синтезом систем с использованием различных математических пакетов, в том числе и пакета MATLAB.
Разработанные методические указания предназначены для закрепления знаний о способах математического и графического описания звеньев систем автоматического управления. Основное внимание уделяется изучению различных типовых звеньев и их характеристик.
Исходные данные для выполнения лабораторной работы приведены в конце методических указаний. Для облегчения выполнения работы в методических указаниях приведен пример расчета. С целью более глубокого изучения представленного материала студенту предлагается обратиться к учебным пособиям, список которых приведен в конце методических указаний.
Цель работы: изучить основные типовые звенья систем автоматического управления, научиться составлять передаточную функцию звена по его электрической схеме, находить выражения для построения временных и частотных характеристик.
Типовые звенья систем автоматического управления
Для расчета и анализа система автоматического управления разбивается на динамические звенья.
Опр.1: Динамическое звено – устройство любого физического вида и конструктивного оформления, описываемое дифференциальным уравнением.
В соответствии с этим классификация звеньев производиться именно по виду дифференциальных уравнений.
Обозначим входную переменную звена через сигнал 
, выходную – через 
(рисунок 1).
Рисунок 1 – Динамическое звено системы управления
В звеньях позиционного, статического типа входной и выходной сигналы в установившемся режиме связаны линейной зависимостью 
. Коэффициент пропорциональности 
между входным и выходным сигналами представляет собой коэффициент передачи звена (в случае, если физическая природа сигналов различная, иначе – коэффициент усиления).
В звеньях интегрирующего типа линейной зависимостью 
связаны производная выходного сигнала и входной сигнал в установившемся режиме.
В звеньях дифференцирующего типа линейной зависимостью 
в установившемся режиме связаны выходной сигнал и производная входного.
В таблице 1 приведены передаточные функции основных типовых звеньев.
Опр. 2: Под типовым звеном понимается такое звено, которое описывается дифференциальным уравнением не выше второго порядка.
Таблица 1 – Типовые звенья
| № | Тип звена | Передаточная функция | |
| 1 | Позиционные | Безынерционное | 
|
| 2 | Апериодическое 1-го порядка | 
| |
| 3 | Апериодическое 2-го порядка | 
| |
| 4 | Колебательное | 
| |
| 5 | Консервативное | 
| |
| 6 | Интегрирующие | Идеальное интегрирующее | 
|
| 7 | Интегрирующее с замедлением | 
| |
| 8 | Изодромное | 
| |
| 9 | Дифференцирующие | Идеальное дифференцирующее | 
|
| 10 | Дифференцирующее с замедлением | 
| |
| 11 | Форсирующее | 
| |
| 12 | Звено с запаздыванием | 
| |
