reforef.ru 1

Экзаменационные билеты по дисциплине


"Основы автоматики и систем

автоматизированного управления"

Специальность 220500 – Конструирование и технология ЭВС




Билет 1



1.Объясните понятия: технологический процесс, технология, управление, механизация, автоматизация, автоматика, рабочие операции, операции управления, процесс управления, системы автоматического управления (САУ), автоматизированные системы управления (АСУ), разомкнутая система управления, замкнутая система управления.

2.Система содержит суммирующий пропорционально-интегральный регулятор с Кр=5 и Тр=0,1с, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,05с, инерционный объект управления с Ко=2 и То=0,4с, датчик обратной связи с Кос=0,1.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Гурвица.

3. Для системы по п.2 составить ОФП по ошибке и определить точность управления по значению установившейся ошибки при единичном ступенчатом входном воздействии с использованием теоремы о конечном значении функции ошибки.

4. Определить W(z)-функцию передачи устройства из последовательно включенных интегратора с Т1=1с и инерционного усилителя с К2=10 и Т2=0,01 с при частоте квантования по времени 1000 герц.

Билет 2

1.Какие формы автоматизации процессов управления обеспечивает автоматика? Как осуществляются автоматизированные технологические процессы в автоматах и в системах автоматического управления? Из каких основных устройств (функциональных блоков) состоят САУ, их назначение и взаимодействие?


2. Система содержит суммирующий пропорциональный регулятор с Кр=5, инерционный усилитель с Ку=20 и Ту=0,01 с, инерционный двигатель с Кд=10 рад/сВ и Тд=0,1 с, интегрирующий механизм с Тм=10 с, датчик обратной связи по положению механизма с Кос=0,1 В/рад.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Гурвица.

3. Для системы по п.2 составить ОФП по ошибке и определить из разложения её в степенной ряд Тейлора три первых коэффициента ошибки, используя способ деления обращенного числителя на обращенный знаменатель.

4. Определить приближенное выражение Z-ФП для

W(p)=(p2 + 2p +5)/(3р3 + 5p2 + 10p + 20),

используя метод Боксера-Тэлера.

Билет 3

1.Как представляются САУ конструктивными, функциональными и алгоритмическими структурными схемами? Что называется задающими, управляющими и возмущающими воздействиями, управляемыми или регулируемыми величинами в САУ?

2. Система содержит суммирующий пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор с Кр=2, Три=0,1с и Трд=0,01с, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,01с, инерционный двигатель с Кд=5 рад/сВ и Тд=0,1с, датчик обратной связи с Кос=0,1 В/рад.

Составить структурную схему системы, схему регулятора с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы. Приближённо определить устойчивость САУ по логарифмическому критерию устойчивости.


3. Для системы по п.2 по логарифмическим частотным характеристикам определить приблизительно длительность переходного процесса и величину перерегулирования при отработке единичного входного воздействия.

4. Рассчитать переходный процесс (первые пять дискрет) в дискретной замкнутой системе с ДФП Ф(z)=0,5(z-0,8)/(z-1)(z-0,2) при отработке дискретного ступенчатого воздействия величиной 5 вольт с использованием разложения дискретной функции в ряд Лорана.

Билет 4


1.Что называется алгоритмами функционирования объекта управления и всей системы управления? Какие три основных типа алгоритмов управления наиболее часто используются в САУ? Что представляют собой дополнительные алгоритмы оптимального и адаптивного управления?

2. Система содержит суммирующий пропорционально-дифференциальный регулятор с Кр=5 и Тр=0,1с, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,01с, инерционный двигатель с Кд=2рад/сВ и Тд=0,1с, интегрирующий механизм с Ти=1с, датчик обратной связи с Кос=0,1В/рад.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить приближённо устойчивость САУ и запас устойчивости по модулю с использованием логарифмического критерия устойчивости.

3. Для системы по п.2 по логарифмическим частотным характеристикам определить приблизительно длительность переходного процесса и величину перерегулирования.

4. Построить переходный процесс в дискретной системе с ДФП

Ф(z)=0,1(z+0,5)(z+1,5) / (z-1)(z-0,4)(z-0,2)

при единичном ступенчатом входном дискретном воздействии с использованием разложения в ряд Лорана (для первых четырёх дискрет).


Билет 5


1.Что называется алгоритмами управления объектами управления (ОУ)? Какие три основных принципа управления ОУ используются в системах управления, их достоинства и недостатки?

2. Система содержит суммирующий интегрирующий регулятор с Тр=0,1с, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,01с, инерционный двигатель с Кд=1 рад/сВ и Тд=0,02с, датчик обратной связи по скорости двигателя с Кос=0,1 Вс/рад.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по логарифмическому критерию.

3. Для системы по п.2 определить ОФП по ошибке и три первых коэффициента ошибки.

4. Определить z-преобразование функции времени f(t) = ao + a1t + a2t2.

Билет 6

1.Какие пять типов линейных алгоритмов управления используются в регуляторах САУ? Какие свойства они придают САУ?

2. Система содержит суммирующий пропорционально-дифференциальный регулятор с Кр=5 и Тр=0,1 с, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,01с, инерционный двигатель с Кд=2 рад/сВ и Тд=0,05 с, интегрирующий механизм с Тм=0,2 с, датчик положения с Кос=0,1 Вс/рад.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Гурвица.

3. Для системы по п.2 получить ОФП по ошибке и определить установившееся значение ошибки при ступенчатом входном сигнале величиной 2 В.


4. С использованием таблицы Z–преобразований определить дискретную функцию передачи (ДФП) W(z) устройства, состоящего из последовательно включённых экстраполятора нулевого порядка с ОФП Wэ(p)=(1-ℓ-pTo)/р и инерционного звена (усилителя) с ОФП Wи(p)=K/(1+pT).


Билет 7


1.Какие основные этапы включает проектирование систем управления? Какие основные проблемы возникают при создании САУ?

2. Система содержит суммирующий пропорционально-интегральный регулятор с Кр=2 и Тр=0,1с, инерционный усилитель с Ку=5 и Ту=0,01с, инерционный объект управления с Ко=2 и То=0,1с, датчик обратной связи с Кос=0,5.

Составить структурную схему системы, схему регулятора с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить с использованием критерия Михайлова устойчивость САУ и критическое значение общего коэффициента передачи по условиям устойчивости.

3. Для системы по п.1 составить ОФП по ошибке и определить установившееся значение ошибки при линейно возрастающем входном воздействии с использованием теоремы о конечном значении функции.

4. Определить ДФП W(z) для устройства с ОФП W(p) = К/p2(1+pT).




Билет 8


1.Как осуществляется эквивалентное преобразование алгоритмических структурных схем, например, при последовательном и параллельном соединениях звеньев и для замкнутого контура?

2. Система содержит суммирующий пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор с Кр=2, Тир=0,1с, Тдр=0,02 с, инерционный усилитель с Ку=5 и Ту=0,01 с, инерционный объект управления с Ко=2 и То=0,1с, датчик обратной связи с Кос=0,5.


Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Гурвица.

3. Для системы по п.2 получить ОФП по ошибке и определить установившуюся ошибку при линейно возрастающем задающем воздействии, используя теорему о конечном значении функции.

4. Определить решетчатую функцию времени f[nT] по её z-изображению F(z) = aTo2z(z + 1) / (z – 1)3, где То – период дискретизации по времени.

Билет 9

1.Поясните классификацию (состав) промышленного производства и особенности применяемых в промышленности пяти типов технологических комплексов по степени автоматизации выполняемых рабочих и вспомогательных операций и операций управления в производственных процессах.

2. Система содержит суммирующий интегральный регулятор с Тр=1 с, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,01 с, инерционный двигатель с Кд=2 рад/сВ и Тд=0,1 с, датчик обратной связи с Кос=0,1 сВ/рад.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Михайлова.

3. Для систем по п.2 определить порядок расчета переходного процесса при единичном входном воздействии с использованием формул Хевисайда.

4. Определить решетчатую функцию f[nT] переходного процесса в дискретной системе, если z-изображение выходной величины имеет вид

F(z) = zd sinβT / (z2 – 2zd cosβT + d2), где d = ℓ –аТ.

Билет 10


1.Что является источником экономической эффективности автоматизации процессов промышленного производства? Как зависит эффективность автоматизации от объёма и количества разновидностей (номенклатуры) производства штучной продукции в машиностроении при использовании пяти типов технологических комплексов с разной степенью автоматизации технологических процессов?

2. Система содержит суммирующий пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор с Кр=5, Ти=0,5 с и Тд=0,2 с, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,1 с, инерционный объект управления с Ко=2 и То=0,3 с, датчик обратной связи с Кос=0,1.

Составить структурную схему системы, схему регулятора с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Гурвица.

3. Для системы по п.2 необходимо приближённо рассчитать переходный процесс при подаче единичного ступенчатого воздействия при нулевых начальных условиях. Как проводится такой расчет с использованием метода трапецеидальных вещественных частотных характеристик?

4. Определить устойчивость дискретной замкнутой системы, характеристическое уравнение которой имеет вид z3 + z2 + z + 1 = 0. Использовать аналог критерия Гурвица.

Билет 11

1.Какие основные способы передачи информации электрическими сигналами применяются в автоматике? Какие технические средства используются в системах автоматического управления механическими, электротехническими, теплотехническими и химико-биологическими объектами управления?

2. Система содержит суммирующий пропорционально-интегральный регулятор с Кр=2 и Тр=0,1 с, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,01 с, инерционный объект управления с Ко=1 и То=0,1 с, датчик обратной связи с Кос=0,5.


Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Михайлова.

3. Для системы по п.2 получить ОФП по ошибке и определить установившуюся ошибку при ступенчатом входном сигнале величиной 2 В с использованием теоремы о конечном значении функции.

4. Разомкнутая дискретная система имеет ДФП в виде

W(z) = (11z + 8,5) / (z-1) (z-0,61).

Определить устойчивость замкнутой системы с единичной обратной связью по аналогу критерия Гурвица.
Билет 12

1.Что представляют собой типовые динамические звенья САУ? Какими основными типовыми звеньями могут представляться устройства САУ и какими дифференциальными и интегральными уравнениями описываются типовые звенья?

2. Система содержит суммирующий пропорциональный регулятор с Кр=5, инерционный усилитель с Ку=2 и Ту=0,01 с, инерционный двигатель с Кд=2 рад/сВ и Тд=0,1 с, интегрирующий механизм с Тм=1 с, датчик обратной связи с Кос=0,5 В/рад.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Михайлова.

3. Для системы по п.2 составить ОФП по ошибке и определить точность (установившееся значение ошибки) при единичном ступенчатом воздействии.

4. Исследовать устойчивость замкнутой дискретной системы с единичной обратной связью, если z-функция передачи в разомкнутом состоянии имеет вид W(z) = 0,1z(z + 0,05) (z + 1) / (z - 1)(z - 0,15)(z -0,02) при То=0,2 с. Использовать аналог критерия Михайлова.

Билет 13

1.Как представляются в типовых звеньях и системах управления процессы во времени переходными, весовыми и передаточными функциями и в частотной области амплитудно-фазовыми характеристиками (АФХ), амплитудными частотными характеристиками (АЧХ), фазовыми частотными характеристиками (ФЧХ), логарифмическими амплитудными частотными характеристиками (ЛАЧХ или ЛАХ), логарифмическими фазовыми частотными характеристиками (ЛФЧХ или ЛФХ)?


2. Система содержит суммирующий пропорциональный регулятор с Кр=5, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,01 с, инерционный двигатель с Кд=2 рад/сВ и Тд=0,1 с, интегрирующий механизм с Тм=0,2 с, датчик обратной связи с Кос=0,05 В/рад.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по логарифмическому критерию.

3. Для системы по п.2 составить ОФП по ошибке и определить три первых коэффициента ошибки.

4. При единичном входном дискретном воздействии z-изображение выходного сигнала представляется выражением F(z) = zKT / (z – 1) (z + KT – 1). Рассчитать дискретный переходный процесс f[nT], разложив F(z) на простые дроби, имеющие табличные z-преобразования.
Билет 14

1.Как формируются алгоритмические структурные схемы САУ из типовых динамических звеньев и какими способами могут получаться их математические описания дифференциальными уравнениями?

2. Система содержит суммирующий пропорционально-дифференциальный регулятор с Кр=2 и Тр=0,1 с, инерционный усилитель с Ку=5 и Ту=0,01 с, инерционный двигатель с Кд=1 рад/сВ и Тд=0,1 с, интегрирующий механизм с Тм=1 с, инерционный объект управления с Ко=1 и То=0,1 с, датчик обратной связи с Кос=0,5 В/рад.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Михайлова.


3. Для системы по п.2 определить порядок расчета переходного процесса с использованием формул Хевисайда.

4. Характеристическое уравнение замкнутой дискретной системы имеет вид z3 – 1,2z2 + 0,9 – 0,2 = 0. Определить устойчивость с использованием аналога критерия Михайлова.



Билет 15


1.Что называется динамической устойчивостью системы управления? Как по дифференциальному уравнению или передаточной функции замкнутой линейной САУ определить её динамическую устойчивость?

2. Система содержит сумматор, интегрирующий регулятор с Тр=0,1 с, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,01 с, инерционный двигатель с Кд=2 рад/сВ и Тд=0,01 с, датчик обратной связи с Кос=0,1 В/рад.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Гурвица.

3. Для системы по п.2 составить ОФП по ошибке и определить три первых коэффициента ошибки.

4. Определить точность (установившуюся ошибку) в замкнутой дискретной системе с z-функцией передачи в разомкнутом состоянии W(z) = KT / (z – 1) при единичном входном дискретном воздействии, используя теорему о конечном значении дискретной функции.

Билет 16


1.Что называется алгебраическими и геометрическими (частотными) критериями устойчивости замкнутых САУ? Как формулируются алгебраический критерий устойчивости Гурвица и геометрический (частотный) критерий устойчивости Михайлова?

2. Система содержит сумматор, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор с Кр=5, Три=0,1 с и Трд=0,01 с, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,01 с, инерционный двигатель с Кд=2 рад/сВ и Тд=0,1 с, датчик обратной связи с Кос=0,1 Вс/рад.


Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Михайлова.

3. Для системы по п.1 необходимо рассчитать переходный процесс при нулевых начальных условиях при подаче единичного ступенчатого воздействия. Какими методами можно решить эту задачу, в каком порядке ведутся расчеты?

4. Определить дискретную функцию передачи W(z) устройства, состоящего из экстраполятора нулевого порядка с ОФП W(p)=(1-e–pT) / p и инерционного звена с ОФП

Билет 17


1.Как формулируются геометрические (частотные) критерии устойчивости Найквиста – Михайлова и логарифмический критерий устойчивости?

2. Система содержит сумматор, пропорционально-интегральный регулятор с Кр=2 и Тр=0,1 с, инерционный усилитель с Ку=5 и Ту=0,01 с, инерционный объект управления с Ко=5 и То=0,01 с, датчик обратной связи с Кос=0,1.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по логарифмическому критерию.

3. Для системы по п.2 необходимо рассчитать переходный процесс с использованием теоремы разложения (формул Хевисайда). В каком порядке ведутся расчеты?

4. Определить устойчивость замкнутой дискретной системы с единичной обратной связью по значениям модулей корней характеристического уравнения замкнутой системы меньше единицы, если z-функция передачи разомкнутой системы W(z) = 2To / (z – 1), где То = 10 мс – период дискретности.

Билет 18


1.Как определить точность САУ в установившихся режимах работы (в статике) при заданном внешнем воздействии с использованием передаточной функции по ошибке и теоремы о конечном значении функции ошибки, заданной обыкновенным преобразованием Лапласа?

2. Система содержит сумматор, пропорционально–дифференциальный регулятор с Кр=2 и Тр=0,02 с, инерционный усилитель с Ку=5 и Ту=0,01 с, инерционный двигатель с Кд=2 рад/сВ и Тд=0,03 с, интегрирующий механизм с Тм=0,1 с, датчик обратной связи с Кос=0,5 В/рад.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Гурвица.

3. Для системы по п.2 получить ОФП по ошибке и определить точность САУ (установившуюся ошибку) при линейно возрастающем задающем воздействии g(t)=2t с использованием теоремы о конечном значении функции.

4. Определить устойчивость замкнутой дискретной системы с использованием аналога критерия Гурвица, если дискретная функция передачи в разомкнутом состоянии имеет вид W(z) = KТo/(z – 1), где То – период дискретизации.

Билет 19

1.Какие прямые методы расчётов показателей качества переходного процесса могут использоваться для оценки свойств САУ в переходных режимах работы (в динамике)? Какие косвенные методы расчётов могут использоваться для приближённой оценки качества переходных процессов в замкнутой САУ по её вещественной частотной характеристике, по расположению корней её характеристического уравнения в комплексной плоскости, по интегральным квадратичным оценкам отклонения регулируемой величины от установившегося значения?


2. Система содержит сумматор, интегральный регулятор с Тр=?, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,01 с, инерционный объект управления с Ко=1 и То=0,1с, датчик обратной связи с Кос=0,5.

Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ (после определения Тр указать параметры его настройки), ОФП разомкнутой и замкнутой системы (в общем виде), определить с использованием критерия Гурвица величину Тр на 25% меньше критического значения по условиям устойчивости.

3. Для системы по п.2 получить ОФП по ошибке и определить установившуюся ошибку при единичном задающем воздействии с использованием теоремы о конечном значении функции ошибки.

4. Определить устойчивость дискретной замкнутой системы с характеристическим уравнением z3 + 2z2 + 3z + 5 = 0, используя аналог критерия Гурвица.

Билет 20


1.Как описываются процессы в дискретных системах управления решетчатыми функциями, разностными уравнениями (с использованием первой, второй, третьей и более высоких прямых или обратных разностей), дискретными изображениями решетчатых функций и разностных уравнений (с использованием дискретных преобразований Лапласа или Z–преобразований), дискретными функциями передачи (ДФП) разомкнутых и замкнутых систем по заданным воздействиям?

2. Система содержит сумматор, пропорциональный регулятор с Кр=2, инерционный усилитель с Ку=10 и Ту=0,1 с, инерционный двигатель с Кд=1 рад/сВ и Тд=0,2 с, интегрирующий механизм с Тм=0,5 с, датчик обратной связи с Кос=0,1 В/рад.

3. Составить структурную схему системы, схему регулятора на ОУ с указанием параметров его настройки, ОФП разомкнутой и замкнутой системы, определить устойчивость по критерию Гурвица.

4. По аналогу критерия Гурвица определить устойчивость дискретной замкнутой системы с характеристическим уравнением 5z3+2z2+3z+1= 0.