Виды связи элементарных звеньев

Стр 1 из 7Следующая ⇒

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

НОЯБРЬСКИЙ ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА (филиал)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

По дисциплине «АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ»

Для специальности

Автоматизация технологических процессов и производств»

Ноябрьск, 2008г

ВВЕДЕНИЕ

Основной целью данных методических рекомендаций является определение характера требований, порядка и методики выполнения курсового проекта по дисциплине «Автоматическое управление» для специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Курсовой проект выполняется на заключительном этапе изучения дисциплины с целью:

ü получение студентами практических навыков выполнения расчетов, построение графиков временных и частотных характеристик и исследование систем автоматического управления;

ü приобретение навыков пользования технической литературой, справочниками, нормативными документами.

ü систематизации, закреплению, углублению знаний, полученных студентами в ходе теоретического обучения, применению этих знаний для комплексного решения поставленных задач.

ü развития самостоятельности, творческой инициативы и организованности;

Тематика курсовой работы предлагается в форме многовариантного расчета устойчивости и качества переходного процесса в системе автоматического управления при различных параметрах объекта управления (ПРИЛОЖЕНИЕ А). Бланк-задание представлен в ПРИЛОЖЕНИЕ Б.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Курсовая работа является самостоятельной работой студента, в которой он показывает умение использовать на практике полученные теоретические знания, поэтому успешному выполнению курсовой работы способствует хорошее усвоение теоретических положений по дисциплине «Автоматическое управление» и по сопутствующим дисциплинам.

Курсовая работа представляет собой пояснительную записку, содержащую расчетные данные. Объем курсового проекта должен быть 40-45 страниц машинописного текста и два демонстрационных листа.

Курсовой проект оформляется в соответствии с методическими указаниями по выполнению учебной документации.

Порядок расположения документов курсового проекта в подшивке:

ü титульный лист;

ü задание;

ü отзыв;

ü содержание (оглавление);

ü основной материал пояснительной записки;

ü список использованных источников.

Текстовую часть пояснительной записки выполняют по форме, установленной соответствующими стандартами ЕСКД. Оканчивается каждый лист пояснительной записки штампом по форме 2, 2а ГОСТ 2.104-68.

При применении компьютера устанавливаются следующие поля:

верхнее и правое 1,5 см; нижнее и левое 3,0 см. Текст рукописи должен быть набран на компьютере в любом текстовом редакторе с одинарным межстрочным интервалом на одной стороне бумаги формата А4. Абзацный отступ не менее 1,2 см. Размер шрифта: для текста —14, для формул — 16, для таблиц — 10,12 или 14. Рисунки, качественно выполненные на белой бумаге любым способом, помещают в текст. Рисунки, графики, чертежи, схемы могут быть (но не обязательно) выполнены с помощью компьютера или сканера.

Каждый раздел текстового документа необходимо начинать с нового листа (страницы). Заголовки разделов печатаются прописными (большими) буквами (СОДЕРЖАНИЕ), размер шрифта 16, полужирный. Пример титульного листа представлен в ПРИЛОЖЕНИЕ Г.

Расстояние между заголовком раздела и текстом при выполнении машинописным способом и на персональном компьютере должно быть равно 2 интервалам при выполнении рукописным способом 15 мм.

Расстояние между заголовками раздела и подраздела при выполнении машинописным способом должно быть равно одному интервалу, при выполнении рукописным способом — 8 мм.

Переносы слов в заголовках и подзаголовках не допускаются. В конце заголовка (подзаголовка), вынесенного в отдельную строку, точку не ставят. Если заголовок состоит из двух самостоятельных предложений, между ними ставят точку, а в конце точку опускают. Если такой заголовок не умещается в одну строку, его разбивают так, чтобы точка попадала внутрь строки, а не заканчивала ее. Заголовки и подзаголовки не следует подчеркивать, а также выделять другим цветом. Не разрешается оставлять заголовок (подзаголовок) в нижней части страницы, помещая текст на следующей.

В пояснительной записке осуществляется сквозная нумерация страниц арабскими цифрами. Номер страницы проставляется в нижнем правом углу. Второй страницей является «СОДЕРЖАНИЕ».

К графическому материалу относят демонстрационные листы. Демонстрационные листы служат для наглядного представления материала работы при ее публичной защите.

Демонстрационный лист должен содержать:

ü заголовок;

ü необходимые изображения и надписи (рисунки, схемы, таблицы)

ü пояснительный текст (при необходимости).

Заголовок должен быть кратким и соответствовать содержанию демонстрационного листа. Его располагают в верхней части листа по середине.

Пояснительный текст располагают на свободном поле листа.

Заголовок, надписи и пояснительный текст должны выполняться чертежным шрифтом размером не менее 14 по ГОСТ 2.304-81.

С лицевой стороны плаката выполняется рамка согласно ГОСТ 2.301-68.

Штамп основной надписи выполняется в правом нижнем углу с обратной стороны (ПРИЛОЖЕНИЕ Ж).

Приложения обозначают заглавными буквами русского алфавита, начиная с А, за исключением букв Е, 3, И, О, Ч, Ь, Ы, Ъ. После слова «ПРИЛОЖЕНИЕ» следует буква, обозначающая его последовательность.

Иллюстрации (чертежи, схемы, графики), таблицы, распечатки с ЭВМ, расположенные на отдельных листах, включаются в общую нумерацию страниц пояснительной записки. Если их формат больше А4 , то его учитывают так же, как одну страницу.

Нумерация разделов, подразделов, пунктов и их заголовки в содержании и в тексте пояснительной записки должны полностью совпадать.

Таблицы применяют для лучшей наглядности и удобства сравнения показателей. Название таблицы, при его наличии, должно отражать ее содержание, быть точным, кратким. Слово «Таблица» следует помещать в верхнем левом углу. Название следует помещать над таблицей. При переносе части таблицы на ту же или другие страницы название помещают только над первой частью таблицы.

Рисунок 1

Запись числовых расчетов выполняют, как правило, в следующем порядке:

- формула;

- знак = (равно);

- подстановка числовых значений, величин и коэффициентов (как правило в основных единицах СИ);

- результат с единицей физической величины.

Пример:

Запись пункта расчета:

Форма основной надписи называется стандартной и применяется для:

1) чертежей специальной части курса черчения (рисунок 2);

2) первого листа текстового документа (рисунок 3);

3) последующих листов (рисунок 4).

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Содержание пояснительной записки должно кратко и четко раскрывать содержание рассматриваемых вопросов.

Успешное выполнение курсового проекта достигается систематической и плановой работой студента при постоянных консультациях по отдельным подразделам, с проверкой у руководителя правильности принятых решений.

При работе над курсовым проектом следует:

ü стремиться к самостоятельному решению всех вопросов, которые отражаются в проекте;

ü показать способность правильного применения теоретических знаний и практических навыков;

ü уметь обосновывать принятые решения, четко и грамотно формулировать свои мысли, точно выполнять расчеты;

ü умело пользоваться технической литературой;

ü использовать вычислительную технику.

Выполненный курсовой проект подписывается студентом и предъявляется руководителю проекта. Который проверяет, подписывает работу и составляет письменный отзыв (ПРИЛОЖЕНИЕ В) с указанием предварительной оценки качества проекта. В письменном отзыве отмечается соответствие работы заданию, оценивается качество выполненной работы, грамотность и логичность изложения материала, правильность расчетов и т.д., указываются недостаточно проработанные вопросы и ошибки. Внесение исправлений в курсовой проект после получения отзыва не допускаются. При наличии грубых ошибок и серьезных недоработок работа возвращается студенту на доработку.

Выполненный курсовой проект, подписанный руководителем проекта при наличии письменного отзыва, подлежит защите студентом.

Для защиты курсового проекта необходимо подготовить доклад. В докладе необходимо останавливаться на основных узловых вопросах, не вдаваясь в подробности. С целью логического и последовательного изложения материала в процессе защиты студент может использовать план доклада и краткие тезисы. По окончанию доклада, руководитель проекта задает вопросы студенту, касающиеся содержания проекта и смежных тем теоретического курса. По результатам доклада студента, его ответам на теоретические вопросы и предварительной оценки письменного отзыва, определяется общая оценка курсового проекта.

Содержание курсового проекта

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Определение передаточной функции САУ

2.2 Оценка устойчивости исследуемой САУ

2.2.1 Определение устойчивости системы по критерию Михайлова

2.2.2 Определение устойчивости системы по критерию Найквиста

2.2.3 Определение запасов устойчивости системы по модулю и по фазе

2.2.4 Определение областей устойчивости методом D - разбиения

2.3 Определение степени астатизма

2.4 Построение частотных характеристик

2.5 Построение кривых переходного процесса

2.6 Определение прямых показателей качества процесса регулирования по переходному процессу

3 ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Во введение должна быть обязательно намечена цель курсового проекта, обоснована актуальность разрабатываемой темы, указаны источники информации для анализа.

АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

В данном разделе необходимо рассмотреть предложенную структурную схему автоматического управления:

ü виды воздействий в системе;

ü способы связи элементарных звеньев;

ü типы соединения звеньев;

ü элементарные звенья.

Виды воздействий в системе

Структурной схемой системы по каналу задающего воздействия называют структурную схему АСР, у которой за входную величину принято задающее воздействие g(t), а за выходную величину — регулируемая величина x(t).

Структурной схемой системы по каналу возмущающего воздействия называют, структурную схему АСР, у которой за входную величинупринято возмущающее воздействие f(t), а за выходную величину— регулируемая величина x(t),

Виды связи элементарных звеньев

Связи структурной схемы классифицируют на: основные, дополнительные и дополнительно-обратные.

Связь структурной схемы АСР образуемой основной цепью воздействия между участками этой цепи называют основной связью.

Связь структурной схемы АСР образующую путь передачи воздействия в дополнении к основной цепи воздействия или какому-либо участку называют дополнительной связью.

В системе управления используется принцип обратной связи. Обратную связь направленную с выхода системы к её входу называют главной обратной связью.

Система относится к многоконтурной системе, так как кроме главной (глобальной) обратной связи имеется дополнительная (локальная) обратная связь.

Обратная связь может быть положительной (величина обратной связи

суммируется с входной величиной) и отрицательной (величина обратной связи вычитается из входной величины). На схеме принято в случае отрицательной обратной связи зачернять тот сектор изображения суммирующего устройства, к которому подводится линия изображающая канал обратной связи. Отрицательная обратная связь наиболее распространена, так как она повышает устойчивость системы, повышает качество процесса регулирования.

Виды соединения звеньев

Последовательное соединение звеньев. При последовательном соединении звеньев выходная величина предыдущего звена является входной величиной последующего. Так, для трех последовательно соединенных звеньев, имеем х_1вых = х_2вх; х_2вых = х_3вых. Входной величиной х_вхвсего соединения служит входная величина первого звена. Выходной величиной х_выхсоединения является выходная величина последнего звена.

W(p)=W₁(p)W₂(p)W₃(p)

Таким образом, передаточная функция системы последовательно соединенных звеньев равна произведению передаточных функций отдельных звеньев.

Встречно-параллельное соединение звеньев или соединение с обратной связью. При встречно-параллельном соединении звеньев одновременно с входной величиной системы на вход подается ее выходная величина, прошедшая через звено обратной связи с передаточной функцией Wос(p).

При отрицательной (наиболее распространенной обратной связи) ее величина вычитается из входной величины. При положительной обратной связи ее величина суммируется с входной величиной.

Передаточная функция системы в этом случае имеет вид

W(P) = W₁(p)/(1 + W₁(p) W₀_c (p))

Если выход системы подать в качестве отрицательной обратной связи, не пропуская ни через какое звено, прямо на вход системы, то

W(P) = W₁(p)/(1 + W₁(p))

При параллельном соединение звеньев, их передаточные функции складываются.

W(p)=W₁(p)+W₂(p)+W₃(p)

Элементарные звенья

Любую автоматическую систему можно представить в виде соединения простейших динамических звеньев с передаточными функцими.

Дифференцирующие звено

Д уравнением

Передаточная функция звена:

Выходная величина дифференцирующего звена пропорциональна производной по времени от входной величины. Коэффициент пропорциональности k называется коэффициентом усиления или коэффициент передачи звена.

Если выходная и входная величина имеют одинаковую размерность, то коэффициент k выражается в секундах, тогда его обозначают T [c]-постоянная времени дифференцирующего звена.

Частотные характеристики:

Рисунок 1.1 - Амплитудно-фазовая характеристика

Рисунок 1.2 - Амплитудно-частотная характеристика

Рисунок 1.3 – Фазо-частотная характеристика

Рисунок 1.4 – Вещественно-частотная характеристика

Усилительное звено

В усилительном звене выходная величина в каждый момент времени пропорциональна входной величине, т. е. х_вых = кх_вхЗдесь и в дальнейшем для сокращения записи выражения х_вых(t) и х_BX(t) представляем как х_вых и х_вх.Переходные процессы рассматриваются при нулевых начальных условиях. Коэффициент пропорциональности kназывают коэффициентом усиления или коэффициентом передачи звена. Уравнение усилительного звена алгебраическое. Это свидетельствует о том, что усилительное звено передает сигнал мгновенно, без динамических переходных процессов и искажений.

На рисунке представлен характер изменения по времени выходной величины усилительного звена при подаче на его вход постоянной входной величины х₀_вх.

Рисунок 1.5 – Передаточная функция и временная характеристика усилительного звена

Передаточная функция звена имеет вид

W(p) = k

Примерами усилительных звеньев могут служить механические передачи, потенциометрические датчики, безынерционные усилители (например, электронные) и т. п.

Таким образом, КЧХ усилительного звена представляет вектор, совпадающий с положительным направлением оси абсцисс, модуль которого не зависит от частоты и равен коэффициенту передачи звена.

Воздействия любой частоты, поступающие на вход этого звена, усиливаются в одинаковой степени без фазового сдвига. Усилительное (безъинерционное, пропорциональное):механические передачи, потенциометрические датчики, электрические усилители, делитель напряжения, трансформатор.

Интегрирующее звено

Выходная величина интегрирующего звена пропорциональна интегралу входной величины, т. е.

х_вых=k§x_вхdt

Дифференциальное уравнение интегрирующего звена имеет вид

dx_вых/dt = kx_B_х

Коэффициент k называют коэффициентом усиления звена по скорости.Он численно равен скорости изменения выходной величины при единичном значении входной величины.

Рисунок 1.6 – Передаточная функция и временная характеристика интегрирующего звена

Преобразовав дифференциальное уравнение звена по Лапласу, получим рХ_вых (р)= kх_вх (p),откуда находим передаточную функцию звена:

W(p)=k/p

Если входная и выходная величины имеют одинаковую размерность, то следует, что коэффициент k имеет размерность с^-1. В этом случае дифференциальное уравнение удобнее представить в виде

dx^вых/dt = х_вх/Т

где Т= 1/k.

Рисунок 1.7 – Частотные характеристики интегрирующего звена

При этом передаточная функция звена примет вид

W(p)=1/Tp

Величину Тназывают постоянной времени интегрирующего звена звена.

На рисунке представлен характер изменения выходной величины интегрирующего звена при подаче на его вход постоянной входной величины х₀вх.

Апериодическое звено

Апериодическому звену соответствует дифференциальное уравнение

Tdx_B_ых/dt + xвых=kx_BX

Перейдя к изображениям, имеем ТрХ_вых(р) +Х_вых(р) =kX_BX(p). Передаточная функция звена

W(p)=K/(Tp+1)

Кривые переходных процессов имеют вид экспонент, т. е. время, необходимое для того, чтобы выходная величина х_выхдостигла установившегося значения х_0вых, теоретически бесконечно велико. В связи с этим апериодическое звено часто называют инерционным звеном первого порядка.

Величина Т имеет размерность времени и называется постоянной времени звена. Постоянная времени определяет динамические свойства звена. Чем она больше, тем медленнее протекает переходный процесс в звене, и наоборот. В частности, при Т=0 процесс протекает в звене мгновенно и инерционное звено превращается в безынерционные усилительное. Следует отметить также, что при t=Tзначение выходной величины составляет 63% нового установившегося значения.

Графическое определение постоянной времени апериодического звена

Рисунок 1.8 – Частотные характеристики апериодического звена

Рисунок 1.9– Графическое определение постоянной времени апериодического звена

Колебательное звено

Передаточная функция колебательного звена

W(p)=k/(Tp²+T₁p+1)

Характер переходного процесса звена или соединения, определяемого дифференциальным уравнением , зависит от расположения корней его характеристического уравнения Tp²+Tp+1=0

Передаточная функция и переходные процессы колебательного звена при различных значениях отношения постоянных времени.