Типовые звенья систем автоматического управления

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» (АиУб_УИТС)  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