Теория автоматического управления Преподаватель Зима Елена Алексеевна к

Теория автоматического управления Преподаватель: Зима Елена Алексеевна, к. т. н. , доцент кафедры ЭАПУ

Координаты n n n Научно-методический центр, I-225 zima@smc. nstu. ru Учебный курс: Теория автоматического управления http: //courses. edu. nstu. ru/index. php? show=1 55&curs=282 q q список литературы лабораторный практикум задание на расчетно-графическую работу отдельные теоретические материалы (при необходимости)

Структура курса n n Лекции Лабораторные работы Расчетно-графическая работа Зачет

Содержание дисциплины n Современные разделы теории автоматического управления линейными системами q q q n Теория автоматического управления нелинейными и нестационарными системами q n лекции лабораторные работы РГР лекции Адаптивные и экстремальные системы q лекции

Организация учебного процесса n n «Автомата» не будет! Расчетно-графическая работа «Синтез и исследование системы модального управления и наблюдателей Люенбергера» q q 5 задач лабораторные работы – выполнение РГР отсутствие отчетов по лабораторным работам обязательные выводы по каждому разделу

Аттестация по дисциплине (балльно-рейтинговая система) n n Работа в семестре – 80 баллов Лабораторные работы (по каждой задаче) q q n n n расчет – 2 -3 балла моделирование – 2 -3 балла оформление результатов как часть РГР (с выводами!) – 2 -5 баллов итого по лабораторным работам – 30 -60 баллов Защита РГР – 10 -20 баллов Минимальный допуск к зачету – 40 баллов Повторное изучение дисциплины (оценка F) – решение 3 из 5 задач (<= 12 баллов)

Работа в семестре: «бонусы» n Лабораторные работы (по каждой задаче) q q q расчет – выполнение в срок +1 балл моделирование – выполнение в срок +1 балл оформление результатов как часть РГР (с выводами!) n n n выполнение в срок +1 балл качество + 1 -2 балла Досрочное выполнение и защита РГР (максимум) q q +10 баллов снятие вопросов по «линейной» ТАУ с зачета

Работа в семестре: штрафы n Компиляция РГР на основе работ прошлых лет q q q замена варианта выставление минимальных баллов за проделанную работу снятие баллов за оформление (- 5 -30 баллов)

Аттестация по дисциплине: зачет n Зачет – 20 баллов q q q n n Теоретический вопрос (2 -5 баллов) Задача (3 -5 баллов) Беседа по всем разделам курса (5 -10 баллов) Минимальное количество баллов на зачете – 10 Вопрос и задача – по билетам (случай) Подготовка по билету – пользоваться можно всем! Итоговая оценка q q по дисциплине (сумма баллов за зачет и работу в семестре) традиционная оценка и оценка по шкале ECTS

Теория автоматического управления: о дисциплине n n Изначально: изучение статики и динамики процессов автоуправления техническими объектами (производственными, энергетическими, транспортными) В настоящее время: изучение динамических свойств систем управления q q экономических, организационных, биологических, пр.

Теория автоматического управления: о дисциплине n Любые процессы, даже сколь угодно сложные, – математические модели (системы дифференциальных уравнений) Структура системы автоматического управления (САУ) Регулятор ОУ

Обобщенная цель управления n функционирование с требуемой точностью, несмотря на инерционные свойства и неизбежные помехи

Этапы развития ТАУ n n Отклонения от нормального хода под действием непрерывных помех Первый регулятор – поплавковый регулятор уровня для водяных часов (грек Хсибиос, египетская Александрия, примерно третий век до н. э. ) Схема клепсидры Ктезибия с поплавковым указателем (александрийский механик, второй век до н. э. )

Этапы развития ТАУ n 1675 год – маятниковый регулятор хода часов - потребность в точном измерении времени при астрономических наблюдениях Христиан Гюйгенс (14. 04. 1629 - 8. 07. 1695, Голландия)

Этапы развития ТАУ n n Управление процессами, подверженными сильным помехам, при действии которых утрачивалась не только точность, но и работоспособность системы Центробежные маятниковые уравнители скорости хода водяных мукомольные мельниц (средние века) Мельница из Остии (древняя Италия)

Этапы развития ТАУ: первые промышленные регуляторы n Автоматический поплавковый регулятор питания котла паровой машины (1765 г. , И. И. Ползунов, г. Барнаул) Иван Ива нович Ползуно в (14. 03. 1728, Екатеринбург — 27. 05. 1766, Барнаул)

Этапы развития ТАУ: первые промышленные регуляторы Макет паровой машины Схема паровой машины И. И. Ползунова

Этапы развития ТАУ: первые промышленные регуляторы n Центробежный регулятор скорости паровой машины (1784 г. , Дж. Уатт, Англия) Джеймс Уатт (Watt) (19. 01. 1736 – 19. 08. 1819 )

Этапы развития ТАУ: первые промышленные регуляторы Паровой регулятор Уатта Модель паровой машины Уатта

Этапы развития ТАУ: первое программное устройство управления n Программное устройство управления ткацким станком от перфокарты (для воспроизводства узора на коврах) (1808 г. , Жаккар, Франция) Жозе ф Мари Жакка р (Жаккард) (07. 1752 – 07. 08. 1834 )

Этапы развития ТАУ: первое программное устройство управления Машина Жаккарда

Особенности первого этапа развития ТАУ n n Отсутствие теоретических исследований Все регуляторы – безынерционные

Второй этап развития ТАУ n 60 -е годы 19 столетия: три фундаментальные работы Дж. Максвелла и И. А. Вышнеградского q q n системный подход (регулятор и машина – единая динамическая система) исследование малых колебаний линеаризация сложных дифференциальных уравнений основы теории устойчивости, критерии Рауса и Гурвица Первые десятилетия 20 века: усложнение систем, усиление требований к точности и качеству – частотные методы

Второй этап развития ТАУ n 40 -50 годы 20 столетия : основы теории нелинейных систем (Ляпунов, Лурье, Лётов и др. ) q q q выделение класса: две части – линейная динамическая и нелинейная статическая кусочно-линейные аппроксимации нелинейных статических характеристик исследования устойчивости нелинейных систем с аналитическими характеристиками нелинейной части

Современный этап развития ТАУ (60 -е годы 20 века – наст. время) n n Использование математического аппарата метода пространства состояний Оптимизация "в большом" для достижения конечной цели управления на основе методов оптимального управления Использование моделей процесса не только при разработке систем, но и в процессе управления Компенсация неполноты априорной информации средствами оценивания (наблюдения), параметрической идентификации и адаптации

Современный этап развития ТАУ (60 -е годы 20 века – наст. время) n n Современные аппаратные средства (промышленный микроконтроллер или DSP) Множество моделей управляемых процессов: q q q Детерминированные системы обыкновенных дифференциальных уравнений (линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных, как правило, неавтономных) Одноканальные (одномерные) системы ОДУ с постоянными коэффициентами Многомерные системы