Локальные системы автоматики

Конспект лекций

для студентов специальности

1-53 01 07 «Информационные технологии и управление

в технических системах»

всех форм обучения

Минск 2012

 

Содержание

                         Стр.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.. 5

1.1. Место локальных систем в иерархии систем управления. 5

1.2. Классификация локальных систем автоматики. 8

1.2.1. Промышленные системы регулирования. 8

1.2.2. Следящие системы. 10

1.2.3. Системы программного управления. 11

1.2.4. Системы автоматического контроля. 12

1.3. Основные требования, предъявляемые к автоматическим системам.. 13

1.4. Порядок разработки и основные этапы проектирования автоматических систем.. 15

2. МОДЕЛИ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ.. 18

2.1. Математические модели и методы их определения. 18

2.2. Методика аналитического определения математической модели. 19

2.2.1. Одномассовые и многомассовые модели электромеханических систем.. 21

2.2.2. Математическая модель электродвигателя постоянного тока. 21

2.2.3. Математическая модель крана. 29

2.2.4. Математическая модель транспортного робота (робокара) 31

2.2.5. Модели объектов с запаздыванием.. 36

2.2.6. Математические модели четырехполюсников. 36

2.3. Определение математических моделей по экспериментальным данным.. 40

2.3.1. Определение математических моделей по экспериментальным переходным
     характеристикам.. 41

2.3.2. Идентификации наложением экспериментальных и расчетных откликов. 47

2.3.3. Определение математических моделей по экспериментальным частотным
     характеристикам.. 47

2.3.4. Метод узловых частот. 49

3. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
 АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ... 53

3.1. Исполнительные элементы.. 53

3.1.1. Исполнительные механизмы постоянной скорости. 54

3.1.2. Регулируемые исполнительные механизмы. 54

3.1.3. Выбор исполнительных элементов. 56

3.1.4. Выбор исполнительного электродвигателя и редуктора для следящих cистем.. 59

3.1.5. Методы проверки электродвигателей на нагрев. 62

3.2. Усилители мощности. 64

3.3. Датчики. 71

3.3.1. Датчики системы ГСП.. 71

3.3.2. Датчики температуры.. 73

3.3.3. Датчики перемещения. 74

3.3.4. Выбор датчиков. 80

3.4. Усилительно-преобразовательные устройства. 81

3.5. Технические средства для построения промышленных систем регулирования. 81

4. ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА
  АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ... 82

4.1. Анализ точности. 82

4.2. Синтез параметров автоматических систем из условия обеспечения заданной
 точности. 85

4.3. Анализ устойчивости и качества регулирования в переходных режимах. 89

4.4. Синтез параметров систем из условия обеспечения заданного качества регулирования. 92

4.5. Синтез последовательных корректирующих устройств. 97

4.6. Синтез корректирующих обратных связей. 101

4.6.1. Расчет местной корректирующей обратной связи. 102

4.6.2. Расчет глобальной корректирующей обратной связи. 104

4.6.3. Пересчет глобальной корректирующей обратной связи в локальную обратную связь. 106

4.7.1. Управление обычное и с прогнозом.. 106

4.7.2. Регуляторы. 107

4.7.3. Расчет параметров регуляторов обеспечивающий уменьшение
     суммарной инерционности контура управления. 108

4.7.4. ПИД-регулятор. 110

4.7.5. Реализация ПИД-регулятора на операционном усилителе. 111

4.7.6. Микроконтроллерная реализация ПИД-регулятора. 113

4.7.7. И и ПИ-регуляторы.. 114

4.7.8. П и ПД-регуляторы.. 114

4.7.9. Управление с прогнозирующими блоками. 114

4.7.10. Сравнение свойств прогнозирующего наблюдателя и прогнозатора Смита. 116

4.8. Системы управления на базе модели объекта в пространстве состояний. 117

4.8.1. Точная и полная модель объекта управления. 118

4.8.2. Упрощенная модель объекта в пространстве состояний. 118

4.8.3. Модальный регулятор объекта. 118

4.8.4. Наблюдатель для упрощенной модели. 119

4.8.5. Упрощенная модель с встроенными модальными регуляторами
     как основа микроконтроллерного управления. 119

4.8.6. Пропорционально-дифференциальный регулятор. 120

4.8.7. Шепинг фильтр для программного управления. 121

4.8.8. Управление в замкнутом контуре с наблюдателем.. 121

4.8.9. Микроконтроллерная реализация управления на базе модели. 122

4.8.10. Линейно-квадратичные регуляторы.. 123

4.8.11. Введение нелинейностей в модель для предотвращения автоколебаний. 124

4.9. Автоматические системы с комбинированным управлением.. 124

4.9.1. Способы повышения точности автоматических систем.. 124

4.9.2. Автоматические системы с комбинированным управлением.. 126

4.9.3. Оценивание возмущений без установки дополнительных датчиков. 131

4.9.4. Методы расчета систем с комбинированным управлением.. 132

4.9.5. Комбинированное управление в системе с регулятором в обратной связи. 133

4.9.6. Комбинированное управление в системе регулирования с наблюдателем.. 135

4.10. Системы программного управления. 136

4.10.1. Системы программного управления с заданием программы
       функциональным блоком.. 137

4.10.2. Системы программного управления с виртуальной динамической
       моделью объекта управления. 139

4.10.3. Программное управление с шепинг фильтром в замкнутом контуре
       регулирования. 141

5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ.. 142

5.1. Особенности промышленных объектов и систем регулирования. 142

5.2. Типовые законы регулирования и их характеристики. 144

5.3. Особенности расчета промышленных систем регулирования. 150

 

6. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ.. 153

6.1. Одноконтурные и многоконтурные электроприводы.. 153

       6.1.1. Одноконтурный электропривод с ПИД-регулятором скорости. 153

6.1.2. Многоконтурные системы подчиненного регулирования. 154

6.2. Методика расчета электропривода на технический оптимум.. 155

6.2.1. Расчет токового контура на технический оптимум.. 158158

6.2.2. Расчет скоростного контура на технический оптимум.. 161

6.2.3. Расчет позиционного контура на технический оптимум.. 165

6.3. Расчет электропривода методом типовых нормированных уравнений. 167

6.3.1. Нормированные уравнения и их свойства. 167

6.3.2. Типовые нормированные уравнения. 167

6.3.3. Расчет моментого электронривода, состоящего только из токового контура. 169

6.3.4. Расчет скоростного электропривода. 171

6.3.5. Расчет позиционного электропривода. 173

     6.3.6. Типы и свойства эталонных моделей электроприводов. 176

ЛИТЕРАТУРА.. 179

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ