Теорія автоматичного керування

Теорія автоматичного керування – галузь науки, що вивчає технічні системи за допомогою ідей та методів кібернетики.

Основна задача керування технічним об'єктом – знайти та реалізувати в даних умовах алгоритм керування, при якому буде виконуватися вимоги, що пред'являються до процесу. Вибір найбільше раціонального алгоритму керування на основі існуючої інформації – яскраво виражена екстремальна задача. Таким чином, аналіз інформаційних процесів у системі з метою їх алгоритмізації та синтез систем керування, що реалізують цей алгоритм є задачею теорії автоматичного керування.

Дисципліна «Теорія автоматичного керування» формує у майбутніх бакалаврів системне мислення і цілісне бачення явищ миру техніки, природи, соціального середовища, синтезує знання студентів з математики, фізики інших природних наук, дає наочні приклади їх конструктивного використання. За останні роки практика проектування і реалізації алгоритмів керування отримала суттєві зміни, що обумовлені інтенсифікацією виробничих технологій, актуалізацією проблем екології, революційним досягненням в галузі отримання, передачі та обробки інформації. Застосування розвинутих комп'ютерних програм моделювання та імітації, аналізу і синтезу систем керування в більшості випадків ліквідує обчислювальні проблеми, що пов'язані з дослідженнями та розробками таких систем. Розширення області застосування теорії автоматичного керування, кола задач, що розв'язуються на її основі, втілення нових технологій дослідження та проектування систем керування потребує для навчання бакалаврів більшої кількості годин. Але враховуючи те, що в системі підготовки бакалаврів і магістрів з електромеханіки передбачені дисципліни: «Проектування дискретних та цифрових системи керування» де розглянуті питання аналізу і синтезу цих систем; «Дослідження операцій електромеханічних систем» з розглядом проблем керованості та спостережності, аналізу та синтезу оптимальних стахостичних та адаптивних систем можна скоротити час для вивчення відповідних систем у курсі «Теорії автоматичного керування» та посилити розділи нелінійних систем, а також ті які пов'язані з прикладами синтезу систем, що розглядаються у курсовому проектуванні з використанням обчислювальної техніки. А крім цього включити нові розділи з нечітких систем керування та нейроні мережі в системах керування.

Дисципліна "Теорія автоматичного керування" вивчається після курсів спеціальних розділів математики, ТОЕ.

Дисципліна “Спеціальні розділи математики” взагалі націлена на підготовку студентів до вивчення «Теорії автоматичного керування». Тому всі розділи спеціальних розділів математики потрібні для вивчення «Теорії автоматичного керування».

Мета і завдання дисципліни

Метою вивчення дисципліни є опанування методами: побудови систем автоматичного керування; підвищення точності їх керування; визначення ступені стійкості; формування алгоритмів керування та дослідження динамічних властивостей систем автоматичного керування на основі сучасної теорії.

Завдання дисципліни – опанування системою знань та навиків необхідних для побудови, проектування, налагодження, порівняльного аналізу та практичного застосування сучасних електромеханічних систем автоматичного керування.

По закінченню вивчення дисципліни студенти повинні

знати : принципи автоматичного керування, постановку задачі та критерії стійкості, аналіз та синтез систем автоматичного керування;

вміти : обирати та застосовувати: критерій стійкості для визначення ступені стійкості відповідних електромеханічних систем; метод синтезу для визначення параметрів динамічної корекції; оцінювати ефективність прийнятого рішення;

мати уяву про перспективи розвитку сучасних електромеханічних систем в напрямку застосування елементів штучного інтелекту .

 

ПРОГРАМА КУРСУ

1 .Поняття про керування та системи автоматичного керування

Лекція 1.1. Задачі теорії автоматичного керування. Принципи автоматичного керування. Класифікація систем автоматичного керування (САК).

2. Стійкість лінійних САК

Лекція 2.2. Постанова задачі стійкості.

Лекція 2.3.Алгебраїчні критерії стійкості. Критерії Гурвиця та Рауса.

Лекція 2.4. Частотні критерії стійкості. Критерій стійкості Михайлова: принцип прирощення аргументу; робоче формулювання .

Лекція 2.5. Критерій стійкості Найквиста. Запаси стійкості.

Лекція 2.6. Логарифмічний критерій стійкості.

Лекція 2.7. D –розбиття (Критерій стійкості Неймарка).

Лекція 2.8. Дослідження стійкості систем із запізненням.

Лекція 2.9. Структурна стійкість.

3.Аналіз лінійних систем автоматичного керування

Лекція 3.10. Загальні відомості про якість САК. Типові впливи. Показники якості керування .

Лекція 3.11. Дослідження якості на основі рівняння незбурених коливань.

Лекція 3.12. Коефіцієнти помилок. Чутливість САК.

Лекція 3.13. Наближені методи оцінки якості. Частотні методи оцінки якості САР. Зв'язок дійсної частотної характеристики з кривою перехідного процесу.

4. Синтез лінійних систем автоматичного керування.

Лекція 4.14. Постанова задачі синтезу. Коректуючи пристрої та їх особливості.

Лекція 4.15. Основні шляхи підвищення точності керування. Ввід похідної до закону керування. Ввід інтегралу до закону керування. Пропорційне регулювання

Лекція 4.16. ПД, ПІ, ПІД регулятори.

Лекція 4.17.Послідовна корекція за допомогою ПД, ПІ, ПІД регуляторів. Паралельна корекція.

Лекція 4.18. Загальний огляд методів синтезу САК. Уява про бажану ЛАЧХ. Зв'язок частотних характеристик с показниками якості керування. Синтез САК за допомогою частотних характеристик.

Лекція 4.19. Метод синтезу Солодовнікова–Бесекерського.

Лекція 4.20. Метод синтезу Санковського–Сігалова.

Лекція 4. 21 . Спрощена побудова бажаної ЛАЧХ. Синтез послідовної коректувальної ланки.

Лекція 4. 22 . Синтез паралельної коректувальної ланки. Синтез кількох коректувальних ланок для однієї САР.

Лекція 4. 23 . Послідовна корекція з підпорядкованим регулюванням координат. Модальне керування.

Лекція 4.24. Зіставлення методів реалізації прямої та оберненої бажаної ЛАЧХ. Характеристика метода реалізації оберненої бажаної ЛАЧХ.

Лекція 4. 25 . Обґрунтування методу обернених бажаних ЛАЧХ. Форма завдання вхідних даних.

Лекція 4.26. Типові обернені бажані ЛАЧХ, їх попередній вибір та перевірка з контрольної точки.

Лекція 4.2 7 . Синтез паралельної корекції в слідкувальних системах с застосуванням методу обернених бажаних ЛАЧХ.

Лекція 4.28. Синтез послідовної корекції в слідкувальних системах с застосуванням методу обернених бажаних ЛАЧХ.

Лекція 4.29. Перевірка запасу стійкості внутрішнього контуру. Роль розділової ланки в методі обернених бажаних ЛАЧХ.

5. Принципи побудови інваріантних систем автоматичного керування.

Лекція 5.30. Уява про інваріантність. Можливість досягнення інваріантності. Критерії Петрова.

Лекція 5.31. Непротиріччя умов інваріантності та стійкості.

Лекція 5.32.Синтез комбінованих систем автоматичного керування з компенсацією швидкісної складової помилки.

Лекція 5.33. Синтез комбінованих систем автоматичного керування з компенсацією впливу, що збурює.

6. Нелінійні системи автоматичного керування.

Лекція 6.34. Загальні відомості. Типові нелінійності. Математичні моделі нелінійних систем.

Лекція 6.35. Структурні перетворення нелінійних систем.

Лекція 6.36. Аналіз нелінійних систем.

Лекція 6.37. Дослідження релейних автоматичних систем керування. Коливальні процеси в релейних системах.

Лекція 6.38. Метод точкових перетворень. Ковзкий режим.

Лекція 6.39. Стійкість та особливості динаміки нелінійних систем. Метод Ляпунова. Критерій Попова.

Лекція 6.40. Метод фазової площини. Метод гармонічної лінеаризації. Дослідження автоколивань.

Лекція 6.41. Вібраційна та статистична лінеаризація нелінійностей.

Лекція 6.42. Оцінка якості нелінійних САК. Загальні відомості про методи синтезу коректувальних пристроїв у нелінійних системах.

Лекція 6.43. Синтез лінійних коректувальних пристроїв у нелінійних системах методом ЛАЧХ.

Лекція 6.44. Корекція релейних систем. Нелінійні коректувальні ланки. Компенсація впливу нелінійностей.

7. Дискретні системи автоматичного керування

Лекція 7.45. Передаточні функції імпульсної розімкнутої та замкнутої систем.

Лекція 7.46. Частотні характеристики імпульсних систем. Стійкість імпульсних систем. Якість імпульсних систем.

Лекція 7.47. Корекція імпульсних систем. Цифрові системи автоматичного керування. Синтез цифрових коректувальних пристроїв методом ЛАЧХ.

8. Випадкові процеси в системах автоматичного керування.

Лекція 8.48. Уявлення про випадкові процеси. Характеристики стаціонарних випадкових процесів. Спектральна щільність стаціонарних випадкових процесів.

Лекція 8.49. Проходження стаціонарного випадкового сигналу через лінійну САК. Розрахунок точності САК за середньоквадратичною похибкою.

Лекція 8.50. Синтез лінійних САК за мінімумом середньоквадратичної похибки.

9. Інтелектуальні системи автоматичного керування.

Лекція 9.51. Оптимальні системи автоматичного керування. Завдання оптимального керування.

Лекція 9.52.Загальні відомості про адаптивні САК.

Лекція 9.53.Самоорганізуючи системі. Навчаючи системи.

Лекція 9.54. Штучні нейронні сітки.

Лекція 9.55.Нейронні сітки й генетичні алгоритми в керуванні електромеханічними системами.

Лекція 9.56.Формальна (чітка) логіка. Нечітка логіка (фазі-логіка)

Лекція 9.57.Основні поняття нечіткої логіки. Основні операції з нечіткими лінгвістичними змінними.

Лекція 9.58.Правило нечітких виводів.

Лекція 9.59.Основні принципи побудови нечітких систем керування.

Лекція 9.60. Передаточні характеристики керуючого пристрою.

Лекція 9.61. Синтез нечітких систем керування.

Лекція 9.62. Приклади фазі-керування в електроприводах.

Лекція 9.63. Нечіткі нейронні сітки в системах керування.