Методические указания по изучению курса и задания для контрольной работы студентам-заочникам Барнаул 2007

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный аграрный университет» Ц.И. Калинин, И.Н. Свистун А В Т О М А Т И К А Методические указания по изучению курса и задания для контрольной работы студентам-заочникам Барнаул 2007 УДК автоматика: методические указания по изучению курса и задания для контрольной работы/ АГАУ; Сост. Ц.И. Калинин, И.Н. Свистун – Барнаул, 2007. - 35 с. В методическом издании даны указания по изучению отдельных тем дисциплины и приведены вопросы для самопроверки. Даны варианты контрольной работы и методические указания по ее выполнению. Предназначено для студентов заочной формы обучения по специальностям 311300 - «Механизация сельского хозяйства» и 311400 – «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» Рекомендовано к изданию методической комиссией института техники и агроинженерных исследований АГАУ ( протокол № ___ от _______ 2007 г.) Рецензент – доцент АГПУ, к.т.н. В.М. Капустин © Калинин Ц.И, Свистун И.Н., 2007 © ФГОУ ВПО АГАУ, 2007 МЕТОДИЧЕСКИЕ указания ПО ИЗУЧЕНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ ТЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ОСВОЕНИЯ ДАННОГО КУРСА ВВЕДЕНИЕ Предмет и значение дисциплины, ее место и роль в системе подготовки инженеров с.-х. производства. Краткий очерк развития автоматики. Социальное и технико-экономическое значение автоматизации. Тема I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ И ЭЛЕМЕНТАХ АВТОМАТИКИ 1.1.Основные понятия, определения и терминология автоматики: управление, регулирование, система автоматического управления (САУ), система автоматического регулирования (САР). Управляющее устройство, объект управления. Основные виды систем автоматизации производства: автоматический контроль, автоматическая защита, дистанционное и автоматическое управление. Воздействия и сигналы: внешнее, внутреннее, управляющее (регулирующее), задающее и возмущающее. Выходная (контролируемая, измеряемая, управляемая, регулируемая) величина, ошибка управления (отклонение). Обратные связи и их назначения. Классификация автоматических систем управления: по виду используемой энергии (пневматические, гидравлические, электрические); по задающему воздействию (стабилизирующие, программные, следящие и адаптивные); по принципу управления (прямого действия, по отклонению, по возмущению, комбинированные); по характеру управляющего воздействия (непрерывные и дискретные); по величине установившейся ошибки (статические и астатические). Линейные и нелинейные системы. Функции и параметры элементов систем автоматики. Линейные и нелинейные элементы САУ. Основные элементы САУ (объект управления, датчик, элемент сравнения, усилитель, исполнительный механизм, регулирующий орган). 1.2.Математическое описание элементов САУ. Способы математического описания автоматических систем. Статическая и динамическая характеристика. Дифференциальное уравнение. Передаточная функция. Понятие о типовых входных воздействиях: ступенчатая и импульсная функции. Частотные характеристики: АЧХ, ФЧХ, АФХ. Логарифмические частотные характеристики. Элементарные типовые динамические звенья. 1.3.Объекты управления. Характеристики объектов управления. Одно- и много- емкостные объекты управления. Объекты управления статические (с самовыравниванием) и астатические (без самовыравнивания). Идентификация объектов управления. Аналитическое и экспериментальное определение характеристик объектов управления. Методические советы Основное внимание нужно обратить на методику составления уравнений элементов системы и физический смысл коэффициентов этих уравнений. Учитывая, что в большинстве случаев устройства обладают нелинейными характеристиками, нужно усвоить методы линеаризации уравнений. Изучая типовые динамические звенья, обратить внимание, что классификация элементов систем автоматики по их динамическим свойствам позволяет абстрагироваться от физической природы устройства и ограничиться рассмотрением шести типовых динамических звеньев. Научившись математически описывать элементы системы, нужно уметь определять их принадлежность к тем или другим типовым динамическим звеньям. Вопросы для самопроверки 1. Приведите пример с.-х. объекта управления. Какие возмущающие воздействия наибольшим образом влияют на объект? 2. Чем отличается замкнутая система от разомкнутой? 3. В чем заключается различие между системами стабилизации, следящими и программными? 4. Объясните принцип действия систем по отклонению, по возмущению? 5. Как определяют значения коэффициентов усиления по статическим характеристикам функциональных элементов? 6. Что такое динамическая характеристика? 7. В чем отличие одноконтурных систем от многоконтурнных? 8. Приведите алгоритм управления объектом? 9. Как составляют уравнения звеньев системы автоматического управления? 10. Какова связь между передаточной функцией и амплитудно-фазо-частотной характеристикой? 11. Как строится график АФЧХ? 12. Приведите примеры устройств, соответствующих различным типам динамических звеньев. 13. В чем заключаются преимущества логарифмических частотных характеристик перед обычными частотными характеристиками? 14. В каких единицах измеряются амплитуды и частоты для логарифмических характеристик? 15. Можно ли записать характеристическое уравнение системы, если известна передаточная функция разомкнутой системы? Тема II. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ 2.1.Основные понятия о государственной системе приборов. Классификация технических средств автоматики. Измерительные преобразователи, первичные и вторичные. Измерительные приборы. Механические, электрические, пневматические и гидравлические устройства ввода задания и элементы сравнения. Классификация датчиков, устройство и принцип действия. Выбор датчиков. 2.2.Релейные элементы автоматики. Их основные характеристики. Электромагнитные реле переменного и постоянного тока, нейтральные и поляризованные. Реле выдержки времени и программные устройства. Выбор релейных элементов автоматики. Логические и цифровые элементы и микроконтроллеры автоматики. Выбор логических элементов автоматики. 2.3.Усилители. Классификация усилителей. Исполнительные механизмы и регулирующие органы. Выбор исполнительных элементов и регулирующих органов. 2.4.Автоматические регуляторы. Регуляторы позиционного, непрерывного и импульсного действия. Регуляторы прямого действия. Статические и динамические характеристики автоматических регуляторов. П-, И-, ПИ-, ПИД- законы регулирования. Методические советы Изучая первичные измерительные преобразователи (датчики), следует обратить внимание на требования, которые предъявляются к ним, ознакомиться с основными методами измерения неэлектрических величин и измерительными схемами включения первичных измерительных преобразователей, обратить внимание на генераторные и параметрические датчики, преобразующие неэлектрические величины в электрический сигнал. Изучите методику расчета первичных измерительных преобразователей и их характеристик (на примере потенциометрических, индуктивных и емкостных датчиков). Требуется четко усвоить, как определяются статические характеристики и коэффициенты чувствительности для рассматриваемых типов первичных измерительных преобразователей, в том числе и их расчетные формулы. Необходимо четко усвоить, какими параметрами выражаются статические и динамические характеристики усилителей, виды и области применения обратных связей в усилителях, а также целесообразность применения усилителей различных типов при автоматизации процессов в сельскохозяйственном производстве. Изучите основные законы регулирования, их реализацию в регуляторах. Обратите особое внимание на выбор закона регулирования и на влияние обратной связи, как средство его изменения. Надо знать классификацию исполнительных элементов и уметь выбрать наиболее подходящие для конкретных условий. Следует знать тенденции развития систем автоматического управления с применением вычислительных машин. Вопросы для самопроверки 1. По каким параметрам выбирают первичные измерительные преобразователи? 2. Как по экспериментальным данным определить коэффициенты уравнения, описывающего зависимость термосопротивления от температуры? 3. По каким основным признакам разделяют первичные измерительные преобразователи на параметрические и генераторные? 4. Какие первичные измерительные преобразователи состава свойств веществ вы знаете? 5. Назовите области применения в сельском хозяйстве первичных измерительных преобразователей расхода вещества. 6. Что такое усилитель и для какой цели он применяется в системах автоматики? 7. Какими параметрами характеризуется усилитель? 8. Назовите основные типы усилителей. 9. Какие функции выполняют элементы сравнения в системах автоматики? 10. Что такое исполнительные механизмы? 11. Назовите основные типы исполнительных механизмов и области их применения? 12. По каким критериям осуществляется классификация регуляторов? 13. Какие основные законы регулирования применяются в системах автоматики? 14. Какие функции могут выполнять управляющие ЭВМ в системах автоматики? Тема III. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 3.1.Теория автоматического управления. Виды и типы схем автоматики. Функциональная и структурная схемы автоматизации технологических процессов. Функциональная и структурная схемы САУ. Принципиальная схема. Схемы соединений и подключений. Преобразование структурных схем САУ, правила и формулы. 3.2.Понятие устойчивости САУ. Необходимые и достаточные условия устойчивости линейных САУ. Алгебраические критерии устойчивости Раусса и Гурвица. Частотные критерии устойчивости Михайлова и Найквиста, следствие из критерия Михайлова, логарифмический критерий устойчивости. Определение устойчивости систем с запаздыванием. Анализ влияния параметров элементов САУ на ее устойчивость. Области устойчивости. Определение устойчивости. 3.3.Расчет показателей качества процесса регулирования. Точность работы САР. Методы расчета показателей качества в переходных режимах. Моделирование САР. Расчет переходных процессов по заданному уравнению системы и по заданной структурной схеме. Определение запаса устойчивости и быстродействия. Интегральные критерии качества работы САР. Чувствительность САУ. 3.4.Синтез САУ с заданными показателями качества регулирования. Методы коррекции САР. Реализация корректирующих звеньев в линейных САУ. Выбор настройки регуляторов непрерывного действия (П-, И-, ПИ-, ПИД- регуляторы) в зависимости от свойств объектов управления и требуемых показателей качества управления. 3.5.Нелинейные САУ. Особенности анализа нелинейных САУ. Выбор параметров настройки позиционных регуляторов в зависимости от свойств объекта управления. Метод гармонической линеаризации. 3.6.Понятие импульсных и цифровых САУ. Импульсный элемент. Модуляция импульсов. Описание импульсной системы. Решетчатые функции. Передаточные функции импульсных систем. Частотные характеристики импульсных систем. Устойчивость и качество работы. 3.7.Анализ и синтез релейных схем систем автоматики с помощью алгебры Буля. Анализ и синтез схем управления. Методы минимизации схем. Выбор элементной базы. Реализация схем управления с использованием логических элементов («И», «ИЛИ», «НЕ», «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ»). 3.8.Микропроцессорные системы управления. Устройства сопряжения для сбора информации об изменяющихся дискретно или непрерывно параметрах объектов управления. Устройства сопряжения с исполнительными механизмами. Реализация алгоритмов, языки программирования. Реализация различных законов управления в микропроцессорных системах и в системах с управляющими компьютерами. 3.9.Системы телемеханики. Основные понятия и терминология. Системы телеуправления, телесигнализации и телеизмерений. Каналы связи. Сигналы в телемеханике. Методы разделения и избирания сигналов. Кодирование. Устройство и принцип действия систем телеуправления, телесигнализации и телеизмерения. Примечание: пункты 3.4. – 3.9. изучаются только на специальности 311400 – Электрификация и автоматизация сельского хозяйства. Методические советы В результате изучения материала вышеуказанной темы студент должен усвоить сущность теории автоматического управления как науки об управлении динамическими процессами, научиться определять объекты управления и воздействия на них в соответствии с поставленной целью управления. Следует ознакомиться с правилами изображения схем систем автоматики. Изучая эту тему, студенты должны познакомиться с требованиями, предъявляемыми к системам автоматического управления. Усвоить, что эти требования определяются свойствами системы и связаны с воздействиями на нее. При этом следует обратить внимание на особенность расчета регуляторов, параметры которых определяются статическими и динамическими свойствами всей системы. Анализ устойчивости является одним из важнейших разделов динамического расчета САУ. Поэтому необходимо понять физическую сущность устойчивости динамической системы, изучить критерии устойчивости, иметь представление об их достоинствах и недостатках, знать области рационального применения каждого из критериев устойчивости. Особое внимание необходимо уделить анализу влияния передаточных коэффициентов и постоянных времени на устойчивость систем. О качестве процесса управления судят по ряду показателей, важнейшими из которых являются быстродействие, колебательность, точность. Трудности, связанные с аналитическим определением этих показателей, вызвали применение косвенных оценок качества, поняв идею которых, следует усвоить технику их вычисления. Обратите внимание на метод структурного моделирования систем автоматики на аналоговых вычислительных машинах. Нелинейные системы обладают существенными особенностями по сравнению с системами линейными. Одной из этих особенностей является возникновение в них автоколебаний. Необходимо изучить методы определения условий возникновения автоколебаний и их параметров. Системы импульсного регулирования в силу особенностей работы требуют специального метода их исследования. Студент должен познакомиться с основным математическим аппаратом, применяемым для импульсных систем, — дискретным преобразованием Лапласа. При изучении методов исследования устойчивости и качества импульсных систем целесообразно проводить сравнение с исследованием непрерывных систем. Вопросы для самопроверки 1. Сформулируйте понятие устойчивости САУ. 2. Напишите условия устойчивости для САУ, характеристическое уравнение которой имеет третий порядок. 3. Что такое граничный коэффициент усиления и от чего он зависит? 4. Что понимают под термином «качество процесса автоматического управления»? 5. Какие вы знаете интегральные оценки качества? 6. Какая связь существует между быстродействием системы и колебательностью процесса регулирования? 7. Какие существуют способы улучшения качества процесса регулирования? 8. Объясните принцип моделирования САУ на аналоговых вычислительных машинах? 9. Какие типовые нелинейные характеристики могут встречаться в САУ? 10. Что такое автоколебания? 11. Изложите идею гармонической линеаризации? 12. Какие показатели качества переходных процессов характерны для нелинейных систем? 13. Поясните принцип работы систем импульсного регулирования? 14. Что представляет собой решетчатая функция? 15. Поясните способ получения передаточной функции импульсной системы? 16. Какие вы знаете критерии устойчивости систем импульсного регулирования? 17. Каким образом можно оценить качество процесса импульсного регулирования? Тема IV. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Автоматизация технологических процессов в полеводстве. Автоматизация технологических процессов в защищенном грунте. Автоматизация хранилищ сельскохозяйственной продукции. Автоматизация животноводства и птицеводства. Автоматизация систем энергообеспечения. Определение экономической эффективности автоматизации. Методические советы Настоящая тема является завершающей темой курса. Подводя итоги изучаемого материала по автоматизации технологических процессов в с/х, необходимо достаточно точно сформулировать технические и экономические преимущества автоматизации и выявить эффективность автоматизации. Изучение технико-экономической эффективности автоматизации надо начинать с рассмотрения её слагаемых, т.е. с трудового, энергетического и других эффектов. Необходимо хорошо усвоить методы экономического обоснования автоматизации основных технологических процессов с/х. Вопросы для самопроверки 1. Какие технологические преимущества дает автоматика с/х? 2. Назовите слагаемые технико-экономической эффективности автоматизации с/х? 3. Изложите методику экономического обоснования конкретного с/х производства? 4. Какие показатели эффективности автоматизации вы знаете? 5. Дайте примеры преимущества автоматизированных процессов с/х в производстве.

Похожие:

	Методические указания по изучению дисциплины и задания для контрольной...		Методические указания по изучению дисциплины «Экономика предприятия»,... Абота содержит конспект основных курса «Экономика предприятия», методические указания к их изучению, список литературы по темам,...
	Методические рекомендации по изучению дисциплины и задания для контрольной... Лапутина, О. А. Маркетинг: методические рекомендации по изучению дисциплины и задания для контрольной работы / О. А. Лапутина. Хф...		Методические рекомендации по изучению дисциплины и задания для контрольной... Лапутина, О. А. Менеджмент: методические рекомендации по изучению дисциплины и задания для контрольной работы / О. А. Лапутина. Хф...
	Методические указания и контрольные задания для студентов заочного обучения Охватывают весь основной материал курса электротехники. Целью контрольной работы является окончательная проверка усвоения студентами...		Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Имиджелогия» Программа курса, задания и методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Имиджелогия» для студентов заочной...
	Методические указания по выполнению контрольной работы по учебной... Содержание контрольной работы и инструкция по выбору варианта задания		Методические указания по выполнению контрольной работы для самостоятельной... Методические указания по выполнению контрольной работы одобрены на заседании Научно-методического совета взфэи
	Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы.... Рассмотрены на заседании цикловой комиссии организационно – технических дисциплин		Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Управление затратами» Методические указания к изучению дисциплины «Управление затратами» и выполнению контрольной работы для студентов экономических специальностей...
	Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Финансы» Задания к контрольной работе даны в 10-ти вариантах. Номер варианта контрольной работы соответствует последней цифре номера зачетной...		Методические указания по изучению учебного материала 18 Задания для... Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Салаватский индустриальный колледж»
	Методические указания по выполнению контрольной работы разработаны... Экономика и организация производства: методические указания по выполнению контрольной работы/ сост.: В. В. Беспалова, И. А. Иготти....		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ...
	Методические указания по выполнению контрольной работы Цели и задачи... Связи с общественностью: методические указания по выполнению контрольной работы, обучающихся на 6 курсе специальности «Маркетинг»-...		Методические указания по самостоятельной работе студентов Методические указания предназначены студентам для выполнения самостоятельной работы по дисциплине «Вторичные метаболиты растений»...