«Учебники Томского политехнического Университета» icon

«Учебники Томского политехнического Университета»


Смотрите также:
Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета Издательство Томского...
Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета Издательство Томского...
Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета Издательство Томского...
Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета Издательство Томского...
Томского политехнического университета Издательство Томского политехнического университета 2009...
Конспект лекций Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом...
Конспект лекций Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом...
Конспект лекций Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом...
Учебное пособие подготовлено на кафедре философии Томского политехнического университета и...
Учебное пособие Издательство Томского политехнического университета 2009...
Учебное пособие Издательство Томского политехнического университета Томск 2007...
Учебное пособие Издательство Томского политехнического университета Томск 2010...



Загрузка...
скачать
Серия

«Учебники Томского политехнического

Университета»




А. М. Малышенко, О. С. Вадутов




СБОРНИК

ТЕСТОВЫХ ЗАДАЧ

ПО ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ




Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся

по направлению подготовки 220200 «Автоматизация и управление»


Издательство

Томского политехнического университета

2008


УДК 681.5.01:519 (075.1)
ББК 32.817:22.1я73

М207


Малышенко А. М.

М207 Сборник тестовых задач по теории автоматического управления [Текст] : учеб. пособие для вузов (Серия «Учебники Томского поли-технического университета») / А. М. Малышенко, О. С. Вадутов ; Томский политехн. ун-т. – Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2008. – 367 с. : ил. ; 20 см. – Библиогр.: с. 356–357. – 250 экз. – ISBN 5-98298-103-6 (в пер.).


Пособие содержит свыше 1000 тестовых задач, которые не требуют больших временных затрат на их решение и в этой связи позволяют оперативно проверять уровень усвоения студентами курса «Теория автоматического управления», изучаемых в нем принципов построения, методов анализа и синтеза систем авто-матического управления. Оно может быть использовано при проведении практических занятий, контрольных работ, других внутрисеместровых и итого-вых тестовых испытаний, а также для самоконтроля изучающими теорию автоматического управления приобретенных теоретических знаний и практи-ческих навыков.

УДК 681.5.01:519 (075.1)

ББК 32.817:22.1я73


Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом

Томского политехнического университета


Р е ц е н з е н т ы :

кафедра автоматики Новосибирского государственного техниче-ского университета (зав. кафедрой – д.т.н., проф. ^ А. С. Востриков);

Д. Х. Имаев. – д.т.н., проф. Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ»


Ó А. М. Малышенко, О. С. Вадутов, 2008

Ó Томский политехнический университет, 2008

Ó Оформление: Издательство ТПУ, 2008


ISBN 5-98298-103-6

СОДЕРЖАНИЕ











Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6







^ Список сокращений (аббревиатуры) . . . . . . . . . . . . . . . . .

8


  1. Типовые задачи и принципы управления.

Классификация систем автоматического управления . . . . . . . . . .


9

1.1. Типовые задачи управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

1.2. Основные принципы управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

1.3. Классификация систем автоматического управления. . . . . . . . . . . .

14







  1. Математические модели процессов в устройствах

и системах автоматического управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


17

2.1. Математическое описание процессов в устройствах

и системах автоматического управления . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


17

2.2. Преобразование математических моделей . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

2.3. Типовые математические модели состояний и процессов . . . . . .

24

2.4. Приведение математических моделей к типовым формам . . . . . .

27







  1. ^ Типовые характеристики динамических свойств

линейных непрерывных объектов

и систем автоматического управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



32

3.1. Передаточные функции и передаточные матрицы . . . . . . . . . . . .

32

3.2. Типовые временные характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

3.3. Частотные характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

44

    1. Типовые динамические звенья линейных непрерывных

систем и их характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


59







  1. Операторно-структурные схемы и графы линейных

непрерывных систем автоматического управления . . . . . . . . .


73

4.1. Составление операторно-структурных схем . . . . . . . . . . . . . . . . .

73

4.2. Преобразование операторно-структурных схем . . . . . . . . . . . . . .

76

4.3. Векторно-матричные схемы и графы линейных

непрерывных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


82







5. Фундаментальные свойства объектов и систем

автоматического управления . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


87

5.1. Инерционность, память и каузальность объектов

и систем управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


87

5.2. Управляемость, наблюдаемость, достижимость

и восстанавливаемость объектов управления . . . . . . . . . . . . . . . . .


93


6. Устойчивость линейных непрерывных систем

автоматического управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



101

6.1. Условия устойчивости линейных

и линеаризованных непрерывных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


101

6.2. Алгебраические критерии устойчивости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

104

6.3. Критерий устойчивости Михайлова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.4. Критерий устойчивости Найквиста. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

111

116

6.5. Выделение областей устойчивости в пространстве

параметров системы (Д-разбиение). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


124







  1. Установившиеся режимы в линейных непрерывных

системах автоматического управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


129

7.1. Установившиеся режимы при постоянных по величине

внешних воздействиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


129

7.2. Установившиеся режимы при гармонических воздействиях . . . .

139

    1. Ряд ошибок и его использование для оценки установившихся

режимов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


143

7.4. Методы повышения точности линейных непрерывных

систем автоматического управления в установившихся режимах


146


^ 8. Переходные процессы в линейных непрерывных

системах автоматического управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



154

8.1. Оценка качества процессов по переходным характеристикам . . .

154

8.2. Корневые оценки качества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

158

8.3. Частотные оценки качества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

164

8.4. Интегральные оценки качества переходных процессов . . . . . . . .

171


^ 9. Особые системы автоматического управления . . . . . . . . . . . . .

177




9.1. Системы с запаздыванием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

177

9.2. Системы с распределенными параметрами . . . . . . . . . . . . . .

182

9.3. Системы с переменными и с интервально-определенными

параметрами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


185

9.4. Системы с амплитудной модуляцией . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

191


^ 10. Синтез систем автоматического управления

по их линейным моделям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



194

10.1. Выбор схемотехнических решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

194

10.2. Параметрическая настройка систем автоматического

управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


200

10.3. Синтез корректирующих устройств

по логарифмическим частотным характеристикам. . . . . . . . . . . . . . . .


205

10.4. Модальный синтез систем автоматического управления. . . . . . . . . .

214

^ 11. Импульсные и цифровые системы автоматического

управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


220

11.1. Общие сведения об импульсных и цифровых системах . . . . . . .

220

11.2. Математический аппарат исследования импульсных

и цифровых систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


224

11.3. Разностные уравнения, передаточные функции

и частотные характеристики импульсных систем . . . . . . . . . . . .

11.4. Устойчивость линейных дискретных систем . . . . . . . . . . . . . . . .


229

234

11.5. Установившиеся режимы в дискретных системах . . . . . . . . . . . .

240

11.6. Переходные процессы в линейных дискретных системах . . . . .

245

11.7. Синтез импульсных и цифровых систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . .





250

^ 12. Нелинейные системы автоматического управления . . . . . . . .

256

12.1. Особенности и методы исследования нелинейных систем

автоматического управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12.2. Анализ процессов в нелинейных системах

на фазовой плоскости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


256


260

12.3. Устойчивость состояний равновесия и процессов

в нелинейных системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


268

12.4. Исследование периодических режимов

методом гармонической линеаризации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


276







^ 13. Статистическая динамика систем автоматического

управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


289

13.1. Характеристики случайных процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

289

13.2. Анализ линейных систем при случайных воздействиях . . . . . . .

296

13.3. Анализ нелинейных систем при случайных воздействиях . . . .

306

13.4. Синтез систем автоматического управления

при случайных воздействиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


311


  1. Оптимальные и адаптивные системы

автоматического управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


315

    1. Классификация и методы решения задач

оптимального управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14.2. Оптимальные системы автоматического управления . . . . . . . . . . .


315

325

14.3. Системы экстремального управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

333

14.4. Адаптивные системы автоматического управления . . . . . . . . . .

339

^ Использованные термины и их определение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

343

Приложение. Критерии устойчивости систем с интервально-определенными параметрами (серых систем) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


^ Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ответы к задачам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


352

356

358


ПРЕДИСЛОВИЕ


Данное учебное пособие предназначено для студентов вузов, изучаю-щих теорию автоматического управления (ТАУ), и может быть использо-вано ими с целью более качественного усвоения теоретического материала курса и приобретения навыков применения ТАУ для решения практиче-ских задач.

Приведенные в сборнике задачи могут быть также использованы профессорско-преподавательским составом для проверки знаний студен-тов на практических занятиях, в контрольных работах и во время итоговой аттестации. Форма задач и предлагаемые для выбора варианты ответов приняты в сборнике такими, что позволяют применять как безмашинный, так и машинный метод контроля.

В сборник намеренно включены только нетрудоемкие задачи, которые требуют от обучающегося лишь «квантиков» знаний из теории автомати-ческого управления для решения каждой из них. Тем самым обеспечи-вается оперативная оценка, обладает ли их решающий необходимыми знаниями по изучаемым разделам ТАУ и может ли их использовать для решения практических задач, связанных с анализом или синтезом систем автоматического управления.

В основу данного пособия положены изданные в 1976 и 1978 гг. в Томском политехническом институте первая и вторая части «Сборника программированных задач по курсу «Теория автоматического управле-ния»», которые были подготовлены под общей редакцией А. М. Малы-шенко авторским коллективом в составе: В. Ф. Аникин, О. С. Вадутов,

И. А. Гончар, В. И. Гончаров, А. М. Малышенко [1,2]. Этот сборник до сих пор успешно используется в учебном процессе Томского политехниче-ского университета и ряда других вузов страны. Произошедшие с момента его выхода в свет изменения в программах курсов ТАУ, в используемом в теории автоматического управления математическом аппарате, получен-ные новые теоретические результаты побудили авторов переработать указанное пособие и существенно расширить его за счет включения задач по ряду новых разделов ТАУ и новых методов анализа и синтеза систем автоматического управления.

Авторы надеются, что предлагаемый читателю сборник будет удоб-ным средством для оперативного контроля освоения теории автоматиче-ского управления, её разделов, традиционно включаемых вузами в рабочие программы подготовки специалистов по автоматизации и управлению.

Несмотря на уже полуторавековую историю развития теории автома-тического управления, используемая в ней терминология еще не сложи-лась окончательно. Поэтому в сборник включен раздел, отражающий основные использованные в нем термины, и даны их определения, а также другие часто используемые их синонимы.

Работа над сборником была распределена между авторами следующим образом: главы 1–10, 13 написаны А. М. Малышенко; главы 11, 12, 14 – О. С. Вадутовым.

Авторы выражают свою искреннюю признательность рецензентам: кафедре автоматики Новосибирского государственного технического уни-верситета (зав. кафедрой – д. т. н., профессор А. С. Востриков), д.т.н., профессору Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» Д. Х. Имаеву и к.т.н., доценту Томского политех-нического университета С. А. Гайворонскому за полезные замечания по содержанию сборника, а также инженерам Т. Н. Лебедевой и О. А. Бори-совой – за помощь в его оформлении.

Отзывы, критические замечания и пожелания по этому учебному пособию просьба направлять по адресу: 634034, г. Томск, ул. Советская, 84, Кибернетический центр Томского политехнического университета, кафедра интегрированных компьютерных систем управления или же по e-mail: mam@tpu.ru.


Авторы









Скачать 118,82 Kb.
оставить комментарий
Дата29.09.2011
Размер118,82 Kb.
ТипУчебники, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх