Теоретичні основи автоматики: Навчальний посібник

Передмова

Сучасний етап розвитку сільського господарства характеризується широким упровадженням систем автоматичного керування, які на початку XXI-го століття суттєво ускладнились, оскільки відбувся перехід від автоматизації окремих об’єктів до комплексної автоматизації виробничих процесів та одночасного керування великою кількістю взаємопов’язаних об’єктів, які зустрічаються у тваринництві, птахівництві і рослинництві. Так, наприклад: у птахівництві – керування мікрокліматом у пташниках, інкубаторах, вивідних шафах; у рослинництві – підтримання в спорудах закритого ґрунту не тільки параметрів мікроклімату, але й температури та вологості землі, температури й концентрації живильного розчину поливної води тощо.

Сільське господарство є специфічною галуззю народного господарства, де поєднуються технічні пристрої з біологічними об’єктами, що ускладнює питання автоматичного керування і вимагає розробки нових технічних засобів автоматики, які відповідали б вимогам виробництва сільськогосподарської продукції.

Для обслуговування таких автоматичних систем необхідно мати висококваліфікований інженерно-технічний персонал. Тому дисципліна «Теоретичні основи автоматики» є базовою у навчальних планах ряду бакалаврських програм з технічних спеціальностей у вищих школах України. Даний посібник написаний відповідно до програми підготовки фахівців за напрямками: 6.100101 « Енергетика та електротехнічні системи в агропромисловому комплексі», 6.050701 « Електротехніка та електротехнології», 6.050202 « Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології», а також становить теоретичну базу багатьох спеціальних дисциплін: « Автоматизований електропривод», « Цифрові системи керування», «Електротехнології в АПК» та інші.

Книга містить дев’ять розділів, в яких відображено основні питання теорії автоматичного керування та технічних засобів автоматики, необхідні спеціалістам з автоматизації виробничих процесів, як в сільському господарстві, так і в інших галузях народного господарства.

У першому розділі висвітлено загальні поняття, визначення і завдання теорії автоматичного керування, наведена класифікація автоматичних систем та основні закони регулювання.

У другому розділі наведені статичні та динамічні характеристики елементів і систем автоматичного керування. Крім цього, розглянуто типові динамічні ланки, рівняння динаміки систем і методи їхнього розв’язання, а також поняття про передаточні функції, часові і частотні характеристики.

У третьому розділі подано основні схеми, що використовуються в автоматиці, правила перетворення структурних схем лінійних систем та основні властивості об’єктів керування.

У четвертому розділі наведені методи визначення стійкості систем автоматичного керування.

У п’ятому розділі розглянуті питання оцінки якості керування та методи побудови кривих перехідного процесу.

Шостий розділ присвячений визначенню точності роботи систем та синтезу коректуюючих пристроїв за допомогою логарифмічних та амплітудо-фазо-частотних характеристик.

У сьомому розділі подані характеристики випадкових процесів, методи розрахунку точності та синтезу систем автоматичного керування при випадкових вхідних і збурювальних діях.

У восьмому розділі наведені типові суттєві нелінійності і їхні характеристики та методи дослідження нелінійних систем.

У дев’ятому розділі розглянуто будову, принцип роботи і характеристики електричних датчиків різних фізичних величин та виконавчих механізмів, що найчастіше використовуються для автоматизації технологічних процесів.

Автори намагались подати матеріал в найбільш зручній для читача формі. Загальні концепції теорії наводяться без доведень. Математичний апарат висвітлено у відповідних розділах і в додатках посібника.

Велику увагу автори приділяють методам розрахунку та досліджень систем автоматичного керування. Так, для розв’язання однієї і тієї ж задачі вказано, як правило, декілька методів, зокрема, з використанням пакетів прикладних програм Matlab і Mathcad.

Даний посібник призначений для студентів, аспірантів електротехнічних спеціальностей і буде корисним інженерно-технічним працівникам, які займаються питаннями автоматики та автоматизації

технологічних процесів. Поданий в посібнику матеріал є теоретичною базою для практичного вивчення реальних автоматичних систем.

При написанні посібника використовувався досвід викладання дисципліни в Національному університеті біоресурсів та природокористування України та в Бережанському агротехнічному інституті.

РОЗДІЛ 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО СИСТЕМИ

ТА ЕЛЕМЕНТИ АВТОМАТИКИ

1.1. Короткий історичний нарис розвитку теорії автоматичного

керування