Irányítástechnika bevezető tanfolyam

Dokumentumok

Bejegyzés: 2016. február 08

Bevezető tanfolyam

Jacqueline Wilkie, Michael Johnson és Reza Katebi

Bevezető tanfolyam

Jacqueline Wilkie, Michael Johnson, Reza Katebi

Jacqueline Wilkie, Michael Johnson és Reza Katebi 2002

Minden jog fenntartva. A kiadványt írásos engedély nélkül nem szabad reprodukálni, másolni vagy továbbítani.

Bárki, aki illetéktelen cselekményeket tesz a kiadvánnyal kapcsolatban, büntetőeljárás alá vonható és polgári jogi kártérítési felelősséggel tartozik.

Első kiadása 2002-ben: PALGRAVEHoundmills, Basingstoke, Hampshire RG21 6XS és 175 Fifth Avenue, New York, N. Y. 10010. Cégek és képviselők az egész világon

A PALGRAVE a St. új globális tudományos lenyomata. Martins Press LLC Tudományos és Referencia Részleg és Palgrave Publishers Ltd (korábban Macmillan Press Ltd).

Ez a könyv újrahasznosításra alkalmas papírra van nyomtatva, és teljesen kezelt és fenntartott erdei forrásokból készült.

A könyv katalógus rekordja elérhető a British Library-től.

Gépírás Ian Kingston Editorial Services, Nottingham, Egyesült Királyság

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

Nagy-Britanniában nyomtatta és kötözte: Anton Rowe Ltd, Chippenham, Wiltshire

Férjemnek, Patricknak, folyamatos teaellátásáért és alultartásáért; lányaimnak, Risnnek és Erinnek, amiért nem játszottak múmikomputeren; és háromnapos fiamnak, Rory-nak, aki épp időben érkezett odaadásához.

Anyámért és apámért, akiknek a szeretete és támogatása soha nem bántott meg engem, és glaszkai barátom, Stanley számára.

Rahának és Imaonnak. Katebi Réza

Ez az oldal szándékosan üres

Kedves Hallgató xi

1 Bevezetés: Az irányítástechnika az életünk része 1Szél turbina rendszerek 3Szennyvíztisztító telepek vezérlése 4 Repülésirányító rendszerek 6 Koordinált mérőgépek 8 Hajó autopilóta kialakítás 10Az acélipar forró szalagos hengerművei 11Ipari melegítők 14

2 Eszközök a vezérlőmérnök számára 16Hányféleképpen lehet komplex számokat írni? Mi a komplex exponenciális, és hogyan tudom használni? 18 Csak tudni akarom, hogyan lehet összeadni, kivonni, szorozni és osztani

komplex számok. Ez könnyű? 20A vezérlő mérnökei az átviteli funkciókról beszélnek. Mi a transzfer

funkció? 22Mek a komplex szám nagysága vagy erősítése? 22Hogyan tudom kidolgozni egy komplex szám fázisát? 22 Gyakorolnom kell a másodfokú egyenletek megoldását: vannak ilyenek

egyszerű módszerek? 23Paraméterfüggő komplex számok! Ez keményen hangzik

kik ők? 24Hogyan határozhatom meg a Laplace-transzformációt? 25Mi az a Laplace s változó és az s sík? 26Honnan származnak a pólusok és nullák egy Laplace-transzformáció során? 27Hogyan használhatom a transzformációs táblázatokat? 28 Ó kedvesem, ki kell dolgoznom a Laplace-átalakításokat az első elvektől.

Hogyan kezdjem? 30Az átalakítások még nehezebbé válnak: mi az exponenciális trigonometrikus

jeleket? 32Mikor egy jelet megszorozok konstanssal, mi történik a

Laplace-transzformáció? 34A jelek kombinációját kell átalakítanom. Hogyan tudom ezt megtenni? 34Milyen Laplace transzformációs műveleteket kell megtanulnom? 35Miért olyan differenciáló, mint szorozni s-kel? 36 Hogyan képviseljük a Laplace-transzformációkat használó integrátort? 37

A differenciálegyenlet ábrázolásához a Laplace-transzformációkat kell használnom. Hogyan tudom ezt megtenni? 38

Előadóm szerint a rendszer lineáris. Mit jelent? 39 Szeretném tudni, mi a szuperpozíció tulajdonság. Hasznos? 42A bemutató lap megemlíti az okozati összefüggéseket és a fizikai megvalósíthatóságot.

Nehezen hangzanak. Kik ők? Használhatok-e részfrakciókat, hogy segítsek a Laplace-transzformációkban? 44Mi a végső érték tétel? 45Hogyan használhatom a kezdőérték-tételt? 46Hogyan találom meg a jel frekvenciatartalmát? 47

3 Szoftver-eszközkészlet: MATLAB 523.1 Bevezetés a MATLAB 523.2-be A MATLAB 533.3 indítása Alapműveletek 543.4 Vektorok 553.5 Vektorkezelés 563.6 Polinomok 573.7 Mátrixok 583.8 Funkciók 593.9 Súgóablak/tippek 603.10 613.11 Átviteli függvények ábrázolása MATLAB 643.12 MATLAB 643.12 MATLAB környezetben 683.13 M3 Eszköz: rltool 75Általános MATLAB parancsok 78

4 Szoftver eszközkészlet: Simulink 834.1 Simulink használata elemzéshez 834.2 Részletes házmodell 864.3 Egyszerű Simulink modell felépítése 914.4 A ház fűtési modelljének kidolgozása és elemzése 96

5 Vezérléstechnikai modellezés 1025.1 Jelek, rendszerek és blokkdiagramok 1035.2 ActuatorProcessTranszducer szerkezete 1065.3 Modellezési összefoglaló 1095.4 Kémiai folyamatmérnöki munka: folyadékszint-szabályozás 1105.5 Mechanikai rendszerek: rázóasztal modellje 1225.6 Gyártási folyamat alkatrészének modellezése 135

6 egyszerű rendszer: elsőrendű viselkedés 1476.1 elsőrendű rendszermodell 1506.2 elsőrendű lépésválasz 1516.3 pozitív és negatív lépésjelek (fel és le lépésjelek) 1546.4 a Simulink használata a lépésválasz megtalálásához 1556.5 általános elsőrendű rendszeridő válasz 155

6.6 Rendszerparaméterek és rendszer viselkedése 1586.7 Válaszsebesség 1636.8 Folyamat késleltetés 1656.9 Holtidő folyamat modellezése 1676.10 MATLAB funkció: 168 pade

7 Egyszerű rendszerek: másodrendű rendszerek 1737.1 Másodrendű rendszerek: pótkocsi felfüggesztési rendszer modellje 1747.2 Másodrendű rendszerparaméterek 1777.3 Másodrendű átviteli függvényformák 1817.4 Általános másodrendű egyenletek megoldása 1837.5 Másodrendű rendszerek modellezése holtidővel 1897,6 Másodrendű rendszer Simulink modellje holtidővel 190

8 A visszacsatolás javítja a rendszer teljesítményét 1968.1 Nyílt és zárt hurkú rendszerek 1978.2 Visszacsatolás bevezetése az irányításba 2008.3 Gyakorlati zárt hurkú vezérlőrendszerek 2028.4 Blokkdiagram manipuláció 2048.5 A visszacsatolás megváltoztatja a zárt hurkú teljesítményt 211

9 Tervezési előírások a rendszeridő-válaszra 2199.1 Tervezési előírások: stabil állapot és átmeneti viselkedés 2209.2 Állandó állapotú teljesítmény 2219.3 Átmeneti teljesítmény 2269.4 A zavar elutasításának specifikációi 233

10 Pólusok, nullák és a rendszer stabilitása 24210.1 Pólusok és nullák 24310.2 A rendszer paraméterei és azok viszonya a pólusok helyéhez 24810.3 A pólus helyzete és a rendszer lépésválasza közötti kapcsolat 25110.4 Hogyan keletkeznek az átviteli függvény modell nullái? 25310.5 A nullák rendszerben betöltött szerepének további elemzése és értelmezése 25710.6 Nyílt és zárt hurok pólusok és nullák 25910.7 Mit értünk korlátozott jeleken? 26410.8 A rendszer stabilitása 267

11 Három távú vezérlés: PID vezérlés 27711.1 Vezérlő értékelési keretrendszere 27911.2 Arányos vezérlés 28211.3 Integrált vezérlés 29011.4 Származtatott vezérlés 29911.5 PI és PID szabályozó képlete 307

12 PID vezérlés: az egyszerű hangolási módszerek háttere 31212.1 A vezérlő szerkezetének megválasztása 31312.2 Manuális hangolási módszer 31812.3 A rendszer arányos vezérlése elsőrendű modellel 321

12.4 A rendszer arányos és integrált vezérlése az elsőrendű 327-es modellel

12.5 Arányos és derivált szabályozási eljárások 33112.6 PID szabályozó kialakítása pólus elhelyezéssel 340

13 Gyökérhely elemzéshez és tervezéshez 35113.1 A pólusok és a rendszer kapcsolata

dinamikus válasz: összefoglalás 35213.2 A gyökér locus bemutatása 35313.3 Előzetes MATLAB gyökér lokusz vizsgálatok 35813.4 Néhány hasznos gyökér lokusz szabály 36013.5 Másodrendű rendszer teljesítménye: gyök lokusz kontúrjai 36213.6 Pólus vagy nulla hozzáadása a gyök lokuszához

másodrendű rendszer 36413.7 Időkésleltetési és inverz válaszreakciós rendszerek 36813.8 Paraméter gyökérhelye 37013.9 MATLAB rltool és rlocus rutinok használata 375

14 A frekvenciatartomány 38314.1 A nagyság és a fázisértékek azonosítása a

szinuszos jel 38614.2 Frekvencia és logaritmikus frekvenciaskálák 39014.3 Erősítés és fázis információk bemutatása 39214.4 A frekvencia válasz és a rendszer jellemzői 39714.5 Speciális frekvencia pontok 40514.6 A frekvencia válasz diagram értelmezése 40914.7

15 Frekvencia válasz a Bode plot bemutatásával 42615.1 A Bode plot 42815.2 Nyereség és fázis számítása számítógép használata nélkül 42815.3 Számítógépek használata frekvencia válasz diagram létrehozására 43015.4 Mi az alacsony, a közép és a magas frekvencia? 43215.5 Átviteli funkciók összetevői 43415.6 Az átviteli funkciók összetevőinek nagysága és fázisa 43615.7 Vázlattábla bemutatása 43915.8 Elemi példák 44515.9 Másodrendű alulcsökkentett rendszer 45115.10 A csillapítási arány növelésének hatása a nyereségre és a fázistáblákra 45415.11 További példák a MATLAB 45715.12 diagramjaival hurok- és érzékenységátviteli funkciók 461

16 Vezérlő tervezése a Bode-sáv használatával 46916.1 Tervezési előírások 47016.2 1. tervezési példa: arányos vezérlés késleltetési idővel hozzáadva 47116.3 2. tervezési példa: PI vezérlés 47716.4 Fázis késés és fázis vezető elemek 48216.5 Fázis késés vezérlő 486

16.6 Fázisvezérlő tervezés 49116.7 A tervezés iteratív: figyelmeztető mese 49816.8 A fáziskésés és a fázisvezető hatásainak összefoglalása

vezérlők a rendszer válaszain 500

17 Elemzés és egyszerű tervezés a Nichols 50517.1 diagram segítségével. Zárt hurkú információk hozzáadása egy Nichols-diagramhoz 50717.2 T