Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу \" Основи автоматики та систем управління \" для студентів спеціальності 091101 icon

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу " Основи автоматики та систем управління " для студентів спеціальності 091101




Скачати 186.94 Kb.
НазваМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу " Основи автоматики та систем управління " для студентів спеціальності 091101
Дата14.09.2012
Розмір186.94 Kb.
ТипМетодичні вказівки

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ


Вінницький державний технічний університет


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ



до виконання лабораторних робіт

з курсу
" Основи автоматики та систем управління "


для студентів спеціальності 7.091101


(скорочений варіант)


Укладач д.т.н., проф. В.М.Дубовой


ЗАТВЕРДЖЕНО


на засіданні кафедри комп'ютерних систем управління


Протокол №___ від ____________ р.


Вінниця ВДТУ 2001

ЗМІСТ



Вступ

Лабораторна робота №1. Дослідження зв’язку моделей систем та сигналів.

Лабораторна робота №2. Дослідження стійкості САУ.

Лабораторна робота №3. Синтез коректуючих ланцюгів.

Лабораторна робота №4. Дослідження нелінійних САУ.

Лабораторна робота №5. Дослідження оптимальних САУ.

Лабораторна робота №6. Обробка сигналів в САУ.

Лабораторна робота №7. Комп'ютерна реалізація законів управління.

Література


ВСТУП

При підготовці до лабораторних робіт студенти вивчають методичні вказівки до їх виконання, рекомендовану літературу, а також виконують підготовчу роботу у відповідності до теми завдання.

При підготовці до виконання лабораторних робіт необхідно дати повні відповіді на наведені контрольні запитання. Глибоке вивчення теоретиченого матеріалу допоможе студентам успішно виконати роботу.

Необхідно також мати на увазі, що лабораторні роботи йдуть у порядку зростання складності, і у кожній наступній роботі використовуються знання, отримані у попередніх.


Лабораторна робота №1

^

Дослідження зв’язку моделей систем та сигналів.



Мета роботи: Опанування методами математичного моделювання систем та процесів управління.


^ Короткі теоретичні відомості

Передаточна функція лінійного динамічного елемента є відношенням зображення по Лапласу вихідного сигналу елемента до вхідного:

W(p)=y(p)/x(p)

Частотна передаточна функція отримується підстановкою у передаточну функцію j замість p. Після цього звичайно виділяють дійсну та уявну частини функції

W(j)=Re() + j*Im()

Звідси знаходять амплітудну та фазову частотні характеристики – АФЧХ:

A()=\W()\=(Re2()+Im2())

()=arg(W())=arctg(Im()/Re())

Далі знаходять відповідні логарифмічну амплітудно-частотну характеристику ЛАЧХ (Логарифмічна фазо-частотна характеристика ЛФЧХ не змінюється. Частота при побудові логарифмічних графіків змінюється у логарифмічному масштабі – декадами)

L()=10 lg A()

Імпульсна перехідна функція g(t) є оригіналом по Лапласу від передаточної функції. Перехідна функція h(t) є інтегралом від g(t).


Зміст роботи:


  1. Аналітично знайти комплекс математичних моделей (передаточну функцію, частотну передаточну функцію, амплітудно-частотну характеристику, фазо-частотну характеристику, логарифмічні амплітудно та фазочастотні характеристики, імпульсну перехідну функцію, перехідну функцію) системи автоматичного управління, структурна схема якої наведена на рис.1 у відповідності до варіантуної мережі.






Варіант

WКП

WОК

WЗЗ

1

(3p3+4p2-5)/( 2p2+p-1)

(5p2-2p+3)/(3p-1)

p

2

(3p3+4p2-2p+3)/( 2p2+3p-1)

(4p-5)/( 2p2+p-1)

1/p

3

(4p2-5)/( 3p3-2p2+p-1)

(3p2+5)/( 2p-1)

p

4

(4p2--2p+5)/( 2p-1)

(4p2-5p)/( 2p2+p)

1/p

5

(3p3+4p2-5p)/( 2p2+p-1)

(3p3+5)/( 2p+1)

p

6

(3p3+4p2-5)/( 2p2+p)

(4p2-5)/( p-1)

1/p




  1. Побудувати на комп’ютері графіки АФЧХ, ЛАФЧХ, g(t), h(t).


Склад звіту:


  1. Титульний аркуш.

  2. Опис аналітичних перетворень.

  3. Отримані результати (формули, графіки).

  4. Текст програм.

  5. Висновки.


Контрольні питання:

  1. Дати визначення всім динамічним характеристикам системи

  2. Який математичний зв’язок існує між окремими динамічними характеристиками?


Лабораторна робота №2

^

Дослідження стійкості САУ.



Мета роботи: Опанування методами дослідження стійкості систем.


Короткі теоретичні відомості

Найкраще дослідження стійкості виконувати на підставі частотних характеристик. Замкнена система стає нестійкою, якщо для якоїсь частоти зсув фази у замкненому від’ємним зворотнім зв’язком контурі дорівнює 180 (зворотній зв’язок перетворюється з від’ємного на додатній), а коефіцієнт передачі у контурі при цьому більший 1.

Перевірити умову стійкості можна за допомогою будь-якої частотної характеристики: АФЧХ (годограф), АЧХ+ФЧХ, ЛАЧХ+ЛФЧХ.


Зміст роботи:


  1. Аналітично знайти частотну передаточну функцію, амплітудно-частотну характеристику, фазо-частотну характеристику, логарифмічні амплітудно та фазочастотні характеристики системи автоматичного управління, структурна схема якої наведена на рис.1 у відповідності до варіанту.






Варіант

WКП

WОК

WЗЗ

1

(p2-5)/( 2p2+p-1)

1/(3p+1)

p

2

(2p+3)/( 2p2+1)

(4p-5)/( 2p2+p+1)

p

3

(4p2-5)/( 2p2+p+1)

5/( 2p+1)

1

4

(4p2-2p)/( 2p-1)

4/( 2p2+p)

1/p

5

(3p3+5)/( 2p2+p)

p/( 2p+1)

p

6

(4p2-5)/p

5/( p-1)

1/p




  1. Побудувати на комп’ютері графіки АЧХ+ФЧХ, ЛАЧХ+ЛФЧХ.

  2. Зробити висновок про стійкість системи.

  3. Визначити: для стійкої системи – запаси стійкості, для нестійкої системи – необхідне зменшення коефіцієнта передачі у замкненому контурі.


Склад звіту:


  1. Титульний аркуш.

  2. Опис аналітичних перетворень.

  3. Отримані результати (формули, графіки).

  4. Результати дослідження стійкості.

  5. Висновки.


Контрольні питання:

  1. Дати визначення стійкості системи

  2. Критерій стійкості Рауса.

  3. Критерій стійкості Найквіста.

  4. Частотні критерії стійкості.


Лабораторна робота №3


Синтез коректуючих ланцюгів


Мета роботи: Опанування методами забезпечення стійкості і якості лінійних систем.


^ Короткі теоретичні відомості

Необхідні характеристики стійкості та якості систем управління забезпечуються використанням відповідних коректуючих ланцюгів.

Найкраще синтез коректуючих ланцюгів виконувати на підставі логарифмічних частотних характеристик.


Зміст роботи:


  1. Аналітично знайти логарифмічні амплітудно та фазочастотні характеристики системи автоматичного управління, структурна схема якої наведена на рис.1 у відповідності до варіанту.






Варіант

WКП

WОК

WЗЗ

1

(3p3+5)/( 2p2+p)

1/(3p+1)

p

2

(4p2-5)/p

(4p-5)/( 2p2+p+1)

p

3

(p2-5)/( 2p2+p-1)

5p/( 2p+1)

1

4

(2p+3)/( 2p2+1)

4/( 2p2+p)

1/p

5

(4p2-5)/( 2p2+p+1)

p/( 2p+1)

p

6

(4p2-2p)/( 2p-1)

(5p+1)/( p-1)

1




  1. Побудувати на комп’ютері графіки ЛАЧХ+ЛФЧХ.

  2. Зробити висновок про стійкість системи, визначити запаси стійкості.

  3. Побудувати бажану ЛАЧХ.

  4. Знайти ЛАЧХ послідовного коректуючого ланцюга.

  5. Синтезувати послідовний коректуючий ланцюг.

  6. Побудувати ЛАЧХ+ЛФЧХ скоректованої системи та зробити висновок про її характеристики.


Склад звіту:


  1. Титульний аркуш.

  2. Опис аналітичних перетворень.

  3. Отримані результати (формули, графіки).

  4. Схема коректуючого ланцюга.

  5. Висновки.


Контрольні питання:

  1. Показники якості систем управління.

  2. Методи корекції систем управління.

  3. Методика синтезу коректуючих ланцюгів на підставі логарифмічних характеристик.


Лабораторна робота №4


Дослідження нелінійних САУ


Мета роботи: Опанування методами дослідження стійкості нелінійних систем.


Короткі теоретичні відомості

Найпростішим методом дослідження нелінійних САУ є метод гармонійної лінеаризації. Метод грунтується на визначенні коефіцієнта передачі нелінійного елемента по першій гармоніці вихідного сигналу.


Зміст роботи:


  1. Знайти коефіцієнт гармонійної лінеаризації для нелінійного елементу у відповідності до варіанту.




1 2 3





4 5 6


  1. Розрахувати логарифмічні амплітудно та фазочастотні характеристики системи автоматичного управління, структурна схема якої наведена на рис.1 у відповідності до варіанту.






Варіант

WОК

WЗЗ

1

1/(3p+1)

p

2

(4p-5)/( 2p2+p+1)

p

3

5p/( 2p+1)

1

4

4/( 2p2+p)

1/p

5

p/( 2p+1)

p

6

(5p+1)/( p-1)

1




  1. Дослідити стійкість системи в залежності від амплітуди сигналу.


Склад звіту:


  1. Титульний аркуш.

  2. Опис аналітичних перетворень.

  3. Отримані результати (формули, графіки).

  4. Залежність коефіцієнту гармонійної лінеаризації від амплітуди сигналу.

  5. Висновки.


Контрольні питання:

  1. Що таке “стійкість у малому” і “стійкість у великому”?

  2. Методи дослідження нелінійних САУ.

  3. Методика гармонійної лінеаризації.

Лабораторна робота №5


Дослідження оптимальних САУ


Мета роботи: Опанування методами створення та використання алгоритмів оптимального керування.


^ Короткі теоретичні відомості

Задача оптимального управління полягає у знаходженні такого закону зміни керованих параметрів (параметрів оптимізації), який би забезпечив максимум (мінімум) певного критерія при умові обмежень, що накладаються на пераметри та сигнали системи.


Зміст роботи:


  1. Розробити алгоритм оптимального керування у відповідності до варіанту.



^ Модель об’єкта

Критерій оптимальності

Парамет-ри оптимі-зації

Обме-ження

^ Метод оптиміза-ції

На-зва

Діапазон

1





a

b

c

0…6

0…4

0…4

Немає

Градієнта

2





a

b

c

0…6

0…4

0…4

Немає

Найшвидшого спуску

3





a

b

c

0…6

0…4

0…4



Понтрягіна

4





a

b

c

d

0…6

0…4

0…4

1…5



Гаусса-Зейделя

5





a

b

c

d

0…6

0…4

0…4

1…5



Випадко-вий пошук з повер-ненням

6





a

b

c

d

0…6

0…4

0…4

1…5

Немає

Повний перебір




  1. Скласти на мові програмування процедуру реалізації закону оптимального управління з вхідним параметром x і параметрами оптимізації як вихідними.

  2. Скласти тестову програму для перевірки роботи розробленої процедури



Склад звіту:

  1. Титульний аркуш.

  2. Опис метода оптимізації.

  3. Тексти розроблених програм.

  4. Побудовану поверхню критерія (сімейство поверхонь).

  5. Висновки.


Контрольні питання:

  1. Сформулюйте метод градієнта

  2. Сформулюйте метод найшвидшого спуску

  3. Сформулюйте “принцип максимуа” Понтрягіна

  4. Сформулюйте метод Гаусса-Зейделя

  5. Сформулюйте метод випадкового пошуку з поверненням

  6. Сформулюйте метод повного перебору


Лабораторна робота №6


Обробка сигналів в САУ

Мета роботи: Опанування алгоритмами цифрової обробки сигналів в системах керування.


^ Короткі теоретичні відомості


Статистична обробка сигналів у системах керування може здійснюватися у множині значень і у часі. У першому випадку отримують різноманітні середні (моменти): середнє арифметичне, середнє квадратичне, дисперсію, асиметрію, ексцес тощо, а також гістограму закону розподілення імовірностей. У другому випадку отримують усереднені характеристики зміни параметрів сигналу у часі: кореляційну функцію (коефіцієнт кореляції) і пов’язану з спектральну щільність потужності.

^ Оцінка моментів у реальному масштабі часу. Ця задача аналогічна лінійній низькочастотній фільтрації. Якщо заздалегідь відомо, що вхідний випадковий поцес (вхідний сигнал) стаціонарний, тобто його моменти не змінюються у часі і його тривале інтегрування тільки підвищує точність оцінки, то доцільно використовувати алгоритм аналогічний ідеальній фільтрації. Але найчастіше зустрічаються випадки, коли моменти можуть змінюватися у часі – тоді використовуються алгоритми аналогічні реальному фільтру НЧ.

^ Екстраполяція даних використовується при побудові адаптивних систем з прогнозуванням керованого процесу. Алгоритм екстраполяції залежить від вибору екстраполюючої функції. Але у будь-якому випадку для екстраполяції n-го порядку необхідно зберігати n даних у буфері зі структурою черги.

^ Лінійна фільтрація. Всі лінійні фільтри є інерційними елементами. Тому для обчислення результату фільтрації вони використовують не одне, а декілька останніх значень вхідного сигналу. Ступінь інерційності фільтра (тобто кількість вхідних даних, що враховуються) визначається сталою часу і порядком фільтра та інтервалом надходження вхідних даних. Особливість таких алгоритмів фільтрації полягає в утворенні черги вхідних даних. Довжина черги відповідає умові

N  5 k (Tф /  )

де N – кількість елементів черги;

k – порядок фільтра;

Tф – стала часу фільтра;

 - інтервал надходження даних.

Синтез алгоритмів фільтрації складає окрему і часто складну математичну задачу. У загальному випадку лінійний фільтр описується передаточною функцією W(p) у вигляді раціонального дробу. Доведено, що такий дроб може бути представлений добутком певної кількості елементарних виразів:

Tp, Tp+1, 1/Tp, 1/(Tp+1), T1p2+T2p+1, 1/( T1p2+T2p+1)

Для виконання фільтрації зі складною W(p) слід розкласти її на множники та послідовно виконати процедури фільтрації, що відповідають кожному множнику.

У досить простих випадках можна обійтися використанням фільтрів низьких та високих частот та їх комбінаціями. Фільтри низьких частот будуються на основі алгоритмів чисельного інтегрування, а фільтри високих частот відповідно диференціювання вхідних даних у реальному масштабі часу.

^ Нелінійна фільтрація враховує не тільки зміну сигнала у часі, але й розподіл даних за значеннями. Параметри такого нелінійного фільтру залежать від значень вхідних даних.


Зміст роботи:

  1. Розробити програму генерації вхідного сигналу у відповідності до способу наступної обробки. Значення сигналу записувати у файл.

  2. Розробити програму обробки сигналу у відповідності до варіанту:

  1. обчислення поточного середнього та поточного СКВ

  2. обчислення інтервалу кореляції (групової затримки)

  3. фільтрація високих та низьких частот

  4. лінійна та квадратична екстраполяція

  5. нелінійна фільтрація високочастотних викидів

  1. Вхідні дані читати з згенерованого файла. Результати записати у текстовий файл.


Склад звіту:

  1. Титульний аркуш

  2. Короткі теоретичні відомості

  3. Тексти програм

  4. Файли даних

  5. Висновки

Контрольні запитання:

  1. Назвіть основні види обробки сигналів в САУ

  2. Черга як базова структура для обробки даних в динамічній системі

  3. Методи генерації тестових послідовностей

  1. випадкових

  2. гармонійних

  3. періодичних

  4. змішаних


Лабораторна робота №7


Комп’ютерна реалізація законів управління


Мета роботи: Дослідження властивостей цифрових систем керування.


Короткі теоретичні відомості

Закон управління – це правило обчислення керуючого сигналу u на основі уставки (задаючого сигналу) x і параметрів стану об'єкта v.


Найпростішими є лінійні закони управління:

  1. Пропорційний – П

  2. Інтегральний – І

  3. Диференціальний – Д

  4. Пропорційно-інтегральний – ПІ

  5. Пропорційно-диференціальний (форсуючий) – ПД

  6. Пропорційно-інтегрально-диференціальний – ПІД




Порядок роботи

  1. Скласти програму реалізації закону управління у відповідності до варіанту

  1. інтегральний

  2. пропорційно-інтегральний

  3. форсуючий

  4. пропорційно-інтегрально-диференціальний




  1. Промоделювати реакцію САУ на ступінчастий вхідний сигнал




  1. Промоделювати реакцію САУ на випадковий вхідний сигнал з випадковими моментами надходження даних


Склад звіту

  1. Мета роботи

  2. Короткі теоретичні відомості

  3. Текст програми

  4. Графіки вхідних та вихідних даних

  5. Висновки



Контрольні запитання

  1. Для чого використовується
^

П-регулятор

ПІ-регулятор


І-регулятор

ПД-регулятор

ПІД-регулятор


  1. Як задається та вимірюється час у програмах реального часу?


Література


  1. Теория автоматического управления / Под ред. А.А. Воронова. – М.: Высшая школа, 1977.

  2. Наладка автоматических систем и устройств управления технологическими процессами / Под ред. А.С. Клюева. – М.: Энергия, 1977.

  3. Дубовой В.М., Квєтний Р.Н. Програмування комп'ютеризованих систем управління та автоматики. – Вінниця: ВДТУ, 1997.

  4. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: В 2-х томах. – М.: Мир, 1983.

  5. М.Краус и др. Сбор данных в управляющих вычислительных системах. – М.: Мир, 1987.

Схожі:

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу \" Основи автоматики та систем управління \" для студентів спеціальності 091101 iconМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни: "Інтелектуальні засоби систем автоматики І управління" для студентів спеціальності 050201
Штучний інтелект". Метою дисципліни "Інтелектуальні засоби систем упраління" є отримання загальних знань з області застосування методів...
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу \" Основи автоматики та систем управління \" для студентів спеціальності 091101 iconМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни "Комп’ютерне моделювання процесів І систем" для студентів спеціальності 091400
При підготовці до лабораторних робіт студенти вивчають методичні вказівки до їх виконання, рекомендовану літературу, а також виконують...
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу \" Основи автоматики та систем управління \" для студентів спеціальності 091101 iconМетодичні вказівки для виконання лабораторних робіт з дисципліни основи теорії прийняття рішень в системах управління для студентів спеціальності «Системи автоматики І управління»
Критерій прийняття рішень це функція, що виражає вподобання особи, що приймає рішення, (опр) І визначає правило, за яким вибирається...
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу \" Основи автоматики та систем управління \" для студентів спеціальності 091101 iconМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни " Системи управління базами даних" для студентів спеціальності 091400
При підготовці до лабораторних робіт студенти вивчають методичні вказівки до їх виконання, рекомендовану літературу, а також виконують...
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу \" Основи автоматики та систем управління \" для студентів спеціальності 091101 iconМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Системи управління в комплексних розгалужених системах» для студентів спеціальності 091400
При підготовці до лабораторних робіт студенти вивчають методичні вказівки до їх виконання, рекомендовану літературу, а також виконують...
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу \" Основи автоматики та систем управління \" для студентів спеціальності 091101 iconМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу «Основи пучкових і плазмових технологій» для студентів напряму підготовки
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт із курсу «Основи пучкових і плазмових технологій» / укладачі: Д. В. Великодний,...
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу \" Основи автоматики та систем управління \" для студентів спеціальності 091101 iconМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу «Основи пучкових і плазмових технологій» для студентів напряму підготовки
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу «Основи пучкових і плазмових технологій» / укладачі: Д. В. Великодний,...
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу \" Основи автоматики та систем управління \" для студентів спеціальності 091101 iconМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу «гермотехніка» для студентів спеціальності
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу «Гермотехніка» / Укладач С. М. Гудков. – Суми: Вид-во СумДУ, 2007. –38...
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу \" Основи автоматики та систем управління \" для студентів спеціальності 091101 iconМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу Загальна гідрологія
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу "Загальна гідрологія" для студентів 2-го курсу спеціальності 070801 „Екологія...
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу \" Основи автоматики та систем управління \" для студентів спеціальності 091101 iconМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу "Споживачі електроенергії"
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу "Споживачі електроенергії" (для студентів 4 курсу денної І заочної форм...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи