Системы автоматического управления

Основная цель практикума – обучение студентов современным методам исследования и проектирования систем автоматического управления, при этом основное внимание уделяется решению практических задач при создании реальных систем. 

В процессе выполнения практикума студенты:

  • знакомятся со средой проектирования LabVIEW
  • определяют характеристики объекта управления
  • рассчитывают и реализуют автоматические регуляторы (релейный, P, PI, PID)
  • экспериментально оценивают качество созданных регуляторов
  • знакомятся со средствами проектирования и моделирования систем управления с использованием модуля LabVIEW Control Design and Simulation
  • знакомятся с особенностями реализации человеко-машинного интерфейса на промышленных панельных компьютерах с сенсорным экраном

Эксперименты выполняются на лабораторном стенде, в состав которого входят: блок лабораторный «Термостат-2» - в качестве объекта регулирования, персональный компьютер, а также управляющий контроллер на платформе cRIO или cFP.

Стенд с контроллером cRIO Стенд с контроллером cFP

Состав практикума

  1. Организация среды проектирования LabVIEW
  2. Программирование в среде LabVIEW
  3. Основные характеристики объектов и систем управления
  4. Устройство и принцип действия лабораторного стенда
  5. Исследование объекта управления
  6. Исследование релейного регулятора
  7. Исследование пропорционального регулятора
  8. Исследование пропорционально-интегрального регулятора
  9. Исследование ПИД регулятора
  10. Проектирование систем управления в LabVIEW
  11. Интерфейс оператора на панельном компьютере

Возможны следующие варианты использования стенда в лабораторном практикуме:

  • Исследование объекта и алгоритмов автоматического регулирования с помощью прикладных программ лабораторного практикума. В этом случае используются реализованные в программе алгоритмы, а работа сводится к оценке характеристик объекта, расчету и вводу параметров регуляторов различных типов и исследованию характеристик системы. 
  • Разработка и реализация в среде LabVIEW собственных алгоритмов управления, загрузка их в контроллер и панельный компьютер стенда, исследование реализованных систем управления. 
Переходная характеристика объекта Моделирование, АЧХ и АФХ объекта

Программа для исследования объекта позволяет задать необходимый режим, с помощью курсоров определить основные характеристики, построить модель объекта и оценить погрешность моделирования, изучить поведение объекта в частотной области. 

На следующих этапах по результатам исследования объекта рассчитываются параметры регуляторов заданного типа и производится проверка качества регулирования при различных видах входных воздействий. 

В качестве критериев качества могут быть использованы временные характеристики, погрешность регулирования, запас устойчивости и т.п. Характеристики системы с замкнутой обратной связью визуализируются в наглядном графическом и других форматах. 

Отработка задания ПИД-регулятором Характеристики системы с ПИД-регулятором

Реализованные в практикуме возможности экспериментального исследования реального объекта и построения его модели, расчета и синтеза регулятора с заданными свойствами, а также экспериментальной проверки результатов проектирования создают предпосылки для более глубокого понимания проблем автоматического управления и приобретения практических навыков их решения.