Расчет и исследование системы регулирования динамическим объектом

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
 
Г.А. ФРАНЦУЗОВА 
 
 
 
 
РАСЧЕТ И ИССЛЕДОВАНИЕ 
СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ 
ДИНАМИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ 
 
 
Учебно-методическое пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2019 

УДК 681.52.01:004.94(075.8) 
         Ф 844 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук В.А. Жмудь 
д-р техн. наук Е.В. Рабинович 
 
Работа подготовлена на кафедре автоматики для студентов  
III курса АВТФ, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 27.03.04 
«Управление в технических системах»  
и утверждена Редакционно-издательским советом университета  
в качестве учебно-методического пособия 
 
Французова Г.А. 
Ф 844   
Расчет и исследование системы регулирования динамическим объектом: учебно-методическое пособие / Г.А. Французова. – Новосибирск:  
Изд-во НГТУ, 2019. – 44 с.  
ISBN 978-5-7782-3821-3 
В работе представлено описание математических моделей различных технических объектов и систем, а также технологические требования к процессам регулирования, необходимые для расчета регулятора в рамках курсового проектирования 
по дисциплине «Теория автоматического управления». Даны методические рекомендации по выбору и обоснованию частотного и модального способа синтеза управляющего устройства. Для оптимизации регуляторов и исследования свойств рассчитанных 
систем предлагается использовать аппарат численного моделирования в программной 
среде Simulink пакета MATLAB. 
Пособие будет полезно для студентов, изучающих теорию автоматического 
управления и интересующихся вопросами разработки систем автоматического управления с требуемыми динамическими свойствами.  

УДК 681.52.01:004.94(075.8) 

Французова Галина Александровна 
 
РАСЧЕТ И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ  
ДИНАМИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ 
 
Учебно-методическое пособие 
 
Редактор И.Л. Кескевич 
Выпускающий редактор И.П. Брованова 
Корректор И.Е. Семенова 
Дизайн обложки А.В. Ладыжская 
Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова 
 
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции 
Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП) 
 
Подписано в печать 22.03.2019. Формат 60 × 84 1/16. Бумага офсетная 
Тираж 50 экз. Уч.-изд. л. 2,55. Печ. л. 2,75. Изд. 307/18. Заказ № 531 
Цена договорная 

 
Отпечатано в типографии 
Новосибирского государственного технического университета 
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20 
 
ISBN 978-5-7782-3821-3  
© Французова Г.А., 2019 
 
© Новосибирский государственный 
 
    технический университет, 2019  

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение ................................................................................................................... 5 
1. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ .................................................... 7 
1.1. Цель курсовой работы ................................................................................ 7 
1.2. Основные этапы расчета ............................................................................. 8 
1.2.1. Расчет регулятора модальным методом ......................................... 9 
1.2.2. Расчет регулятора частотным методом ........................................ 10 
1.2.3. Расчет типового регулятора ........................................................... 11 
1.3. Применение пакета MATLAB для исследования систем ...................... 12 
1.3.1. Моделирование переходных процессов ....................................... 12 
1.3.2. Построение логарифмических частотных характеристик .......... 13 
1.3.3. Оптимизация параметров типового ПИД-регулятора ................. 14 
1.4. Требования к пояснительной записке ..................................................... 16 
1.4.1. Содержание пояснительной записки ............................................ 16 
1.4.2. Общие требования к оформлению текста .................................... 17 
1.4.3. Правила оформления библиографических ссылок ...................... 19 

2. СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ 
ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ...................................................... 20 

2.1. Описание системы ..................................................................................... 20 
2.2. Технологические требования к системе стабилизации .......................... 22 

3. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВРЕЗНОГО 
ШЛИФОВАНИЯ ............................................................................................. 24 
3.1. Описание системы ..................................................................................... 24 
3.2. Технологические требования к системе .................................................. 26 

4. СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ МОЩНОСТИ РЕЗАНИЯ 
ПРОЦЕССА СКВОЗНОГО БЕСЦЕНТРОВОГО 
ШЛИФОВАНИЯ ............................................................................................. 28 

4.1. Описание бесцентрового шлифовального станка .................................. 28 
4.2. Технологические требования к системе стабилизации .......................... 29 

5. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОДВЕСА .................................. 31 
5.1. Описание системы ..................................................................................... 31 
5.2. Технологические требования к системе стабилизации .......................... 35 

6. СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ТОКА ДУГОВОЙ 
СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ..................................................................... 36 

6.1. Назначение и краткое Описание системы ............................................... 36 
6.2. Уравнения элементов системы................................................................. 37 
6.3. Технологические требования к системе стабилизации .......................... 38 
6.4. Рекомендация по выполнению работы .................................................... 39 
Заключение ............................................................................................................. 41 
Библиографический список .................................................................................. 42 

Приложение ............................................................................................................ 44 

 

ВВЕДЕНИЕ 

Автоматизация технологических процессов призвана освободить 
человека от тяжелого физического труда, она позволяет существенно 
уменьшить степень его участия в трудовом процессе и снизить трудооемкость выполняемых операций. При этом постоянно возникают  
новые задачи, которые обусловлены усложнением технических 
устройств, а также требованиями, предъявляемыми к автоматическим 
системам. Обеспечить их выполнение можно с помощью специального 
устройства управления (регулятора), проектирование которого – важный этап разработки систем автоматики. Широкое практическое применение при расчете регулятора получил параметрический способ синтеза, когда при заранее выбранной структуре определяют его 
параметры, а также структурный метод, который предполагает выбор 
структуры и параметров устройства управления. 
В качестве предварительного исследования динамики и основных 
свойств технических объектов все чаще применяется компьютерное 
моделирование с использованием соответствующего программного 
обеспечения, которое позволяет одновременно решать задачи синтеза 
автоматических систем и оптимизации их параметров. 
Настоящее учебно-методическое пособие содержит описание  
различных технических объектов, для которых в рамках курсового 
проектирования студенты самостоятельно должны спроектировать  
регуляторы, обеспечивающие выполнение заданных технологических 
требований. Математические модели динамических систем представлены в основном в классе дифференциальных уравнений; кроме того 
привлекается аппарат пространства состояний, передаточных функций 
и частотных характеристик. Результаты синтеза подтверждаются  
путем моделирования рассчитанных систем в программной среде