Читать онлайн «Основы автоматики и системы автоматического управления»

Д. В. Озёркин ОСНОВЫ АВТОМАТИКИ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ Компьютерный лабораторный практикум для студентов спе- циальностей 210201 «Проектирование и технология радио- электронных средств» и 160905 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования» ТОМСК 2012  1 Министерство образования и науки Российской Федерации ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой КИПР ______________В. Н. ТАТАРИНОВ “___” ___________20___ г. Д. В. Озёркин ОСНОВЫ АВТОМАТИКИ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ Компьютерный лабораторный практикум для студентов спе- циальностей 210201 «Проектирование и технология радио- электронных средств» и 160905 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования» 2012  2 Рецензент: доцент кафедры КИПР ТУСУР, к. ф. -м. н. Козлов В. Г. Технический редактор: доцент кафедры КИПР ТУСУР, к. т. н. Кореньков О. С. Озёркин Д. В. Основы автоматики и системы автоматического управления. Компьютерный лабораторный практикум для студентов специальностей 210201 «Проектиро- вание и технология радиоэлектронных средств» и 160905 «Техническая экс- плуатация транспортного радиооборудования». Томск: Томский государственный университет систем управления и радио- электроники, 2012. - 176 с. В настоящем компьютерном лабораторном практикуме по дисциплине «Основы автоматики и системы автоматического управления» основными «инструментами» для выполнения лабораторных работ выступают программа автоматизированных математических расчетов MathCAD и программа схемо- технического моделирования MicroCAP. Озёркин Д. В. 2012 Кафедра КИПР Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, 2012  3 СОДЕРЖАНИЕ Назначение компьютерного лабораторного практикума ... ... ... ... ... ... 5 Особенности компьютерного лабораторного практикума ... ... ... ... ... 7 Сведения для студентов, обучающихся с применением дистанционных технологий ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10 Общие методические рекомендации по выполнению лабораторного практикума ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 12 Типовые приемы работы в MathCAD, необходимые для выполнения лабораторных заданий ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 15 Типовые приемы работы в MicroCAP, необходимые для выполнения лабораторных заданий ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 31 1 Лабораторная работа №1 – Решение дифференциальных уравнений движения для систем автоматического управления ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 48 1. 1 Цель работы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 48 1. 2 Порядок выполнения работы... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 48 1. 3 Составление структурных схем соединения решающих элементов ... ... 48 1. 4 Пример решения линейного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами в MathCAD и MicroCAP ... ... ... ... ... ... ... . . 58 1. 5 Лабораторное задание ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 65 1. 6 Контрольные вопросы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 66 1. 7 Варианты заданий ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 67 2 Лабораторная работа №2 – Исследование устойчивости систем автоматического управления ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 71 2. 1 Цель работы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 71 2. 2 Порядок выполнения работы... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 71 2. 3 Типовые динамические звенья систем автоматического управления ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 71 2. 4 Устойчивость линейных систем... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 75 2. 5 Пример исследования границ устойчивости линейной системы автоматического управления ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 79 2. 6 Лабораторное задание ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 87 2. 7 Контрольные вопросы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 87 2. 8 Варианты задания ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 88 3 Лабораторная работа №3 – Исследование нелинейных систем автоматического управления ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 91 3. 1 Цель работы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 91 3. 2 Порядок выполнения работы... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 91 3. 3 Специализированные функциональные преобразователи, используемые в нелинейных системах автоматического управления ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 91 3. 4 Пример исследования системы автоматического управления с  4 нелинейным звеном люфта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 101 3. 5 Лабораторное задание ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 112 3. 6 Контрольные вопросы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 113 3. 7 Варианты задания ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 114 4 Лабораторная работа №4 – Исследование дискретных систем автоматического управления ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 119 4. 1 Цель работы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 119 4. 2 Порядок выполнения работы... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 119 4. 3 Основные характеристики дискретных систем автоматического управления ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 119 4. 4 Пример анализа устойчивости дискретной САУ во временной и частотной областях ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 127 4. 5 Лабораторное задание ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 139 4. 6 Контрольные вопросы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 140 4. 7 Варианты задания ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 141 Список литературы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 143 Приложение 1 – Некоторые встроенные функции MathCAD ... ... . . 144 Приложение 2 – Некоторые сообщения об ошибках, выдываемые программой MathCAD ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 151 Приложение 3 – Справочные сведения о программе схемотехнического моделирования MicroCAP... ... ... ... ... ... ... ... ... . 160 Приложение 4 – Некоторые сообщения об ошибках, выдаваемые программой MicroCAP ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 167 Приложение 5 – Пример оформления отчета по лабораторной работе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 170 Приложение 6 – Соответствие условных графических обозначений некоторых ЭРЭ в России и за рубежом ... ... ... ... ... . 177  5 НАЗНАЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОГО ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА Распространенным методом познания человеком окружающего мира является моделирование – исследование явлений, процессов, объектов в при- роде и обществе путем построения и изучения их моделей.