Документи

Публикация на 08 февруари 2016 г.

контролно

Уводен курс

Жаклин Уилки, Майкъл Джонсън и Реза Катеби

Уводен курс

Жаклин Уилки Майкъл Джонсън Реза Катеби

Жаклин Уилки, Майкъл Джонсън и Реза Катеби 2002

Всички права запазени. Възпроизвеждане, копиране или предаване на тази публикация не може да се извършва без писмено разрешение.

Всяко лице, което извърши някакво неразрешено действие във връзка с тази публикация, може да подлежи на наказателно преследване и граждански искове за обезщетение.

Първо публикувано през 2002 г. от PALGRAVEHoundmills, Basingstoke, Hampshire RG21 6XS and175 Fifth Avenue, New York, N. Y. 10010 Компании и представители по целия свят

PALGRAVE е новият световен академичен отпечатък на Св. Martins Press LLC Научен и справочен отдел и Palgrave Publishers Ltd (по-рано Macmillan Press Ltd).

Тази книга е отпечатана на хартия, подходяща за рециклиране и е направена от напълно управлявани и устойчиви горски източници.

Каталожен запис за тази книга е на разположение от Британската библиотека.

Набор от Ian Kingston редакционни услуги, Нотингам, Великобритания

10 9 8 7 6 5 4 3 2 111 10 09 08 07 06 05 04 03 02

Отпечатан и подвързан във Великобритания от Antony Rowe Ltd, Chippenham, Wiltshire

На съпруга ми Патрик за непрекъснатото му предлагане на чай и разбиране; на дъщерите ми, Рисн и Ерин, за това, че не играят на мумически компютър; и на тридневния ми син Рори, който пристигна точно навреме, с посвещение.

За майка ми и баща ми, чиято любов и подкрепа никога не са ме подвеждали, и за моя приятел от Глазвега, Стенли.

На Раха и Имаон. Реза Катеби

Тази страница умишлено е оставена празна

Уважаеми студент xi

1 Въведение: Контролната техника е част от нашия живот 1 Вятърни турбинни системи 3 Контрол на пречиствателната станция 4 Системи за контрол на полета 6 Координатни измервателни машини 8 Корабен дизайн на автопилот 10 Горещовалкови валцовъчни машини в стоманодобивната индустрия 11 Индустриални нагреватели 14

2 Инструменти за контролния инженер 16 Колко са начините за писане на сложни числа? 17Какъв е комплексният експоненциален и как да го използвам? 18 Искам само да знам как да добавям, изваждам, умножавам и деля

комплексни числа. Това лесно ли е? 20 Инженерите за контрол говорят за трансферните функции. Какво е трансфер

функция? 22 Какви са величините или стойностите на усилване на комплексно число? 22Как да определя фазата на комплексно число? 22 Трябва да практикувам решаване на квадратни уравнения: има ли такива

прости методи? 23 Комплексни числа, зависими от параметъра! Това звучи трудно

какво са те? 24Как да дефинирам трансформация на Лаплас? 25Каква е променливата на Лаплас s и s-равнината? 26 Откъде идват полюсите и нулите при трансформация на Лаплас? 27Как да използвам таблици за преобразуване? 28О, скъпи, трябва да разбера трансформациите на Лаплас от първите принципи.

Как да започна? 30Трансформациите стават още по-трудни: какви са експоненциалните тригонометрични

сигнали? 32 Когато умножавам сигнал по константа, какво се случва с

Лапласова трансформация? 34 Трябва да преобразя комбинация от сигнали. Как да направя това? 34 Какви операции по преобразуване на Лаплас трябва да науча? 35 Защо диференциаторът е като умножаване по s? 36Как представяме интегратор, използващ преобразувания на Лаплас? 37

Трябва да използвам преобразувания на Лаплас, за да представя диференциално уравнение. Как да направя това? 38

Моят лектор казва, че системата е линейна. Какво означава тя? 39 Искам да знам какво е свойството на суперпозицията. Полезно ли е 42 В учебния лист се споменава причинно-следствената връзка и физическата реализация.

Звучат трудно. Какво са те? 43 Мога ли да използвам частични фракции, за да ми помогна с деформациите на Лапласово преобразуване? 44Каква е теоремата за крайната стойност? 45Как да използвам теоремата за първоначалната стойност? 46 Как да намеря честотното съдържание на сигнал? 47

3 Софтуерен инструментариум: MATLAB 523.1 Въведение в MATLAB 523.2 Стартиране на MATLAB 533.3 Основни операции 543.4 Вектори 553.5 Векторна манипулация 563.6 Полиноми 573.7 Матрици 583.8 Функции 593.9 Помощен прозорец/съвети 603.10 Графиране 613.11 Трансферни функции в MATLAB 643.12 MATLAB среда 683.13 M -4IS и функции 703.1 M-файлове и функции 703.1 M-файлове и функции Инструмент: rltool 75 Общи команди на MATLAB 78

4 Софтуерен набор от инструменти: Simulink 834.1 Използване на Simulink за анализ 834.2 Подробен модел на къщата 864.3 Изграждане на прост модел на Simulink 914.4 Разработване и анализ на модела за отопление на къщата 96

5 Моделиране за инженерно управление 1025.1 Сигнали, системи и блокови диаграми 1035.2 ActuatorProcessTransducer структура на устройството 1065.3 Обобщение на моделирането 1095.4 Инженеринг на химически процеси: контрол на нивото на течността 1105.5 Механични системи: модел на шейкър таблица 1225.6 Моделиране на компонент на производствен процес 135

6 прости системи: поведение от първи ред 1476.1 Модел на система от първи ред 1506.2 Отговор на стъпка от първи ред 1516.3 Положителни и отрицателни сигнали на стъпка (сигнали за стъпки нагоре и надолу) 1546.4 Използване на Simulink за намиране на реакция на стъпка 1556.5 Обща реакция на системата от първи ред 155

6.6 Системни параметри и системно поведение 1586.7 Скорост на реакция 1636.8 Закъснения във времето на процеса 1656.9 Моделиране на процес на мъртво време 1676.10 Функция MATLAB: pade 168

7 прости системи: системи от втори ред 1737.1 Системи от втори ред: модел на система за окачване на ремаркето 1747.2 Параметри на системата от втори ред 1777.3 Форми на трансферна функция от втори ред 1817.4 Решаване на общи уравнения от втори ред 1837.5 Моделиране на системи от втори ред с мъртво време 1897.6 Модел Simulink на система от втори ред с мъртво време 190

8 Обратната връзка подобрява производителността на системата 1968.1 Системи с отворен и затворен цикъл 1978.2 Въвеждане на обратна връзка в управлението 2008.3 Практически системи за управление със затворен цикъл 2028.4 Манипулиране на блокова диаграма 2048.5 Обратната връзка променя производителността на затворения цикъл 211

9 Проектни спецификации за реакция на системното време 2199.1 Спецификации за проектиране: стабилно състояние и преходно поведение 2209.2 Стационарно изпълнение 2219.3 Преходно изпълнение 2269.4 Спецификации за отхвърляне на смущения 233

10 Полюси, нули и стабилност на системата 24210.1 Полюси и нули 24310.2 Параметри на системата и тяхната връзка с местоположенията на полюсите 24810.3 Връзката между позицията на полюса и реакцията на стъпката на системата 25110.4 Как възникват нулите на модела на трансферната функция? 25310.5 Допълнителен анализ и интерпретация на ролята на нулите в система 25710.6 Полюси и нули с отворен и затворен цикъл 25910.7 Какво имаме предвид под ограничени сигнали? 26410.8 Системна стабилност 267

11 Трикратен контрол: PID контрол 27711.1 Рамка за оценка на контролера 27911.2 Пропорционален контрол 28211.3 Интегрален контрол 29011.4 Производно управление 29911.5 Формула PI и PID контролер 307

12 PID контрол: фон за прости методи за настройка 31212.1 Избор на структура на контролера 31312.2 Метод за ръчна настройка 31812.3 Пропорционален контрол на система с модел от първи ред 321

12.4 Пропорционално и интегрално управление на система с модел от първи ред 327

12.5 Процедури за пропорционално и производно управление 33112.6 Проектиране на PID контролер чрез поставяне на полюси 340

13 Локус на корена за анализ и дизайн 35113.1 Връзката между полюсите и системата

динамичен отговор: обобщение 35213.2 Представяне на кореновия локус 35313.3 Предварителни проучвания на локуса на корен MATLAB 35813.4 Някои полезни правила на кореновия локус 36013.5 Производителност на системата от втори ред: контури на кореновия локус 36213.6 Ефекти от добавянето на полюс или нула към кореновия локус на

система от втори ред 36413.7 Закъснения във времето и системи за обратен отговор 36813.8 Параметър корен локус 37013.9 Използване на MATLAB rltool и rlocus подпрограми 375

14 Честотен домейн 38314.1 Идентификация на величината и фазовите стойности от a

синусоидален сигнал 38614.2 Честотни и логаритмични честотни скали 39014.3 Представяне на информация за усилването и фазата 39214.4 Честотната характеристика и характеристиките на системата 39714.5 Специални честотни точки 40514.6 Интерпретация на графиката на честотната характеристика 40914.7 Спецификация на производителността: граници на усилване и фаза 410

15 Честотна характеристика, използваща презентация на Bode plot 42615.1 Bode plot 42815.2 Изчисляване на усилване и фаза без използване на компютър 42815.3 Използване на компютри за формиране на график на честотна характеристика 43015.4 Какво са ниски, средни и високи честоти? 43215.5 Компоненти на трансферната функция 43415.6 Магнитуд и фаза на компонентите на трансферната функция 43615.7 Представяне на таблица за скициране 43915.8 Елементарни примери 44515.9 Недостатъчна система от втори ред 45115.10 Ефект върху усилването и фазовите диаграми на увеличаване на коефициента на затихване 45415.11 Допълнителни примери, използващи MATLAB парцели 45715.12 Графики на магнитуда от затворени контур и функции за трансфер на чувствителност 461

16 Проектиране на контролер, използващ графиката на Боде 46916.1 Спецификации на проектиране 47016.2 Пример за проектиране 1: пропорционално управление с добавен срок на забавяне 47116.3 Пример за проектиране 2: PI контрол 47716.4 Фазово забавяне и фазово отвеждащи елементи 48216.5 Контролер на фазово забавяне 486

16.6 Дизайн на фазовия контрол на олово 49116.7 Дизайнът е итеративен: предупреждение 49816.8 Резюме на ефектите от фазовото забавяне и фазовия олово

контролери за системни отговори

17 Анализ и опростен дизайн с помощта на диаграмата на Nichols 50517.1 Добавяне на информация за затворен цикъл към парцел на Nichols 50717.2 T