Методические указания к курсовому проектированию специальность 15.02.07

Министерство образования и науки РТ

ГАПОУ “Бугульминский машиностроительный техникум”

Методические рекомендации по выполнению курсового  проекта

по МДК 01.01 Технология формирования систем автоматического управления типовых технологических процессов, средств измерений,

несложных мехатронных устройств и систем      

для студентов специальности

15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств

(по отраслям)

Бугульма, 2018 год

Содержание

Введение. 4

1 Методические рекомендации по содержанию и оформлению курсового проекта. 7

1.1         Тематический план консультации. 7

1.2 Объем и содержание курсового проекта. 8

1.3  Рекомендации по оформлению пояснительной записки. 8

1.3.2  Изложение текста курсового проекта. 10

2 Рекомендации по выполнению  и оформлению курсового проекта. 13

2.1 Содержание и макет курсового проекта. 13

Список литературы. 38

Приложение А. Справочные данные элементов системы

Приложение Б. Образец схемы объекта

Приложение В. Образец оформления спецификации

Приложение Г. Примерная тематика курсового проекта

Приложение Д. График выполнения курсового проекта

Введение

Методические рекомендации предназначены для выполнения курсового проекта по  МДК 01.01 «Технология формирования систем автоматического управления типовых технологических процессов, средств измерений, несложных мехатронных устройств и систем»    для студентов специальности 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям).

В методических указаниях представлен порядок выполнения и защиты курсового проекта, содержание и объем ее графической части и пояснительной записки, приводится необходимый библиографический и справочный материал. Даны примеры расчета режимов обработки и оформления операционных эскизов Выполнение студентами курсового проекта осуществляется на заключительном этапе изучения учебной дисциплины.

Выполнение студентами курсового проекта по дисциплине производится с целью:

- систематизации и закрепления полученных теоретических знаний практических умений по общеобразовательным и специальным дисциплинам;

- углубление теоретических знаний в соответствии с заданной темой;

- формирование умений применять теоретические знания при решении поставленных вопросов;

- формирование умений использовать справочную, нормативную  документацию;

- развитие творческой инициативы, самостоятельности, ответственности и организованности.

Курсовой проект профессионального модуля ПМ 01. Контроль и метрологическое обеспечение средств и систем автоматизации предусмотрен Государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования в части государственных требований к минимуму  содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 15.02.07  «Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)».

Курсовой проект по МДК 01.01 Технология формирования систем автоматического управления типовых технологических процессов, средств измерений, несложных мехатронных устройств и систем выполняется в сроки, определённые учебным планом. Общее руководство и контроль за ходом выполнения курсового проекта осуществляет преподаватель соответствующей дисциплины.

На время выполнения курсового проекта составляется расписание консультаций, утверждаемые директором техникума. Консультации проводятся за  счет объема времени, отведенного в рабочем учебном плане.

В ходе консультаций преподавателем разъясняются назначение, задачи, структура и объем, принципы разработки, оформления, распределения времени на выполнение отдельных частей курсового проекта, даются ответы на вопросы студентов.

Основными функциями руководителя курсового проекта являются:

- консультирование по вопросам содержания и последовательности выполнения курсового проекта;

- оказание помощи студенту в подборе необходимой литературы;

- контроль хода выполнения курсового проекта.

При завершении студентом курсового проекта руководитель проверяет, подписывает её и вместе с письменным отзывом передает студенту для озна­комления.

Письменный отзыв должен включать:

- заключение о соответствии курсовой работы заявленной теме;

- оценку качества выполнения курсовой работы;

- оценку полноты разработки поставленных вопросов, теоретической и практической значимости курсовой работы;

- оценку курсовой работы.

Проверка, составление письменного отзыва и приём курсового проекта осу­ществляет руководитель курсовой работы вне расписания учебных занятий.

Курсовой проект оценивается по пятибалльной системе.

Студентам, получившим неудовлетворительную оценку по курсовому проекту, предоставляется право выбора новой темы курсового проекта или, по реше­нию преподавателя, доработки прежней темы и определяется новый срок для его выполнения.

Выполненные студентами курсовые проекты хранятся  в течении 5 лет в архиве.

Лучшие курсовые проекты, представляющие учебно-методическую цен­ность, могут быть использованы в качестве учебных пособий в кабинетах.

1 Методические рекомендации по содержанию и оформлению курсового проекта

1.1   Тематический план консультации

1.   Выдача заданий

2.   Технологический процесс и схема объекта автоматизации (подбор средств )

3.   Статические характеристики устройств систем: датчика, объекта, регулятора, исполнительного  механизма.

4.   Определение общей статической характеристики цепи обратной связи-ДРИМ.

5.   Построение передаточной функции соединений, узлов, звеньев и системы в целом. Выделение передаточной функции узла проектирования.

6.   Расчет основных временных и частотных характеристик объекта исследования.

7.   Оценка влияния основных характеристик объекта исследования, на характер переходных процессов всей системы.

8.   Графическое и табличное представление расчетных данных.

9.   Анализ качества и устройства работы АСР. Построение Д - областей устойчивости.

10.             Расчет запаса устойчивости по амплитуде и фазе для анализа неизвестных параметров.

11.             Ввод необходимых корректирующих звеньев при отсутствии необходимой добротности системы.

12.             Выводы.

13.             Оформление курсового проекта.

 

 

 

1.2 Объем и содержание курсового проекта

Студенты в результате выполнения курсового проекта должны владеть на­выками и иметь опыт:

- работы с нормативными документами по стандартизации, с техноло­гической документацией, со справочной литературой и другими информацион­ными источниками;

 - работы с вычислительной техникой при решении расчётных задач.

По структуре курсовой проект состоит из графической части и пояснительной записки.

Графическая часть проекта выполняется:

-   в ручную на миллиметровой бумаге форматом  А4,  черной пастой;

-   с помощью математического обеспечения с выводом графиков на лист  форматом А4

Пояснительная записка состоит из:

- введения, в котором раскрывается актуальность и значение темы, фор­мируются цели и задачи работы;

-основной части, в которой содержатся теоретические основы разрабаты­ваемой темы и практической части спецификации, обработки и анализа результатов;

-заключения, в  котором содержаться  выводы  и  рекомендации о  воз­можности применения полученных результатов;

-списка используемой литературы (не менее 20 источников).

1.3  Рекомендации по оформлению пояснительной записки

1.3.1  Построение курсового проекта.

1.3.1.1 По объему курсовой проект должен быть не менее 40 страниц пе­чатного текста

1.3.1.2  Пояснительные записки выполняются в соответствии с требования­ми ГОСТ 2.105-95 «Единая система конструкторской документации». Общие требования к текстовым документам.

1.3.1.3  Пояснительная записка выполняется четко, разборчиво, на листах белой писчей бумаги формата А4 (210х297)  с применением печатающих и графических устройств (ГОСТ 2.004 «Единая система конструкторской документации»). Шрифт 14, Times New Roman,  интервал 1,5 -по ширине.

1.3.1.4  Вписывать в текстовые документы, изготовленные машинописным способом отдельные слова, формулы, условные знаки (рукописным способом), а также выполнение иллюстрации, следует черными, пастой или тушью.

1.3.1.5  Текст располагается следующим образом:

- расстояние от рамки формы до страниц текста следует оставлять в на­чале строки не менее 5 мм, в конце строки не менее 3 мм.

- расстояние от верхней или нижней рамки должно быть не менее 10мм.

- абзацы в тексте начинаются отступом, равным 15-17 мм.

1.3.1.6 Опечатки, описки и графические неточности, обнаруженные в про­цессе выполнения документа, допускается исправлять подчисткой или закра­шиванием белой краской и наложением на том же месте исправленного текста машинописным способом или черными чернилами, пастой или тушью руко­писным способом.

Повреждения листов текстовых документов, помарки и следы не полно­стью удаленного прежнего текста не допускаются.

1.3.1.7  Текст при необходимости разделяют на разделы и подразделы.

Разделы должны иметь порядковые номера, обозначенные арабскими цифрами без точки и записанные с абзацевого отступа. Номер подраздела со­стоит из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. В конце номера подраздела точка не ставится.

1.3.1.8 Разделы, подразделы должны иметь заголовки. Пункты, как правило, заголовков не имеют. Заголовки должны четко и кратко отражать содержание разделов, подразделов. Заголовки следует печатать с пропиской буквы без точ­ки в конце, не подчеркивая. Переносы слов в заголовках не допускаются. Если заголовок состоит из двух предложений, их разделяют точкой.

Расстояние ме­жду заголовком и текстом при выполнении машинописным способом должно быть равно 12 пт, 24пт с межстрочным интервалом полуторный. Рас­стояние между заголовками раздела и подраздела -12пт с межстрочным интервалом полуторный.

1.3.1.9 Каждый раздел текстового документа рекомендуется начинать с но­вого листа (страницы).

1.3.1.10  Содержание включают в общее количество листов.

Слово «Содержание» записывают в виде заголовка (симметрично тексту) с прописной буквы. Наименования, включенные в содержание, записывают строчными буквами, начиная с прописной буквы.

1.3.2  Изложение текста курсового проекта

1.3.2.1 Текст курсового проекта должен быть кратким, чётким и не допускать различных толкований. При изложении обязательных требований в тексте должны применяться слова «должен», «следует», «необходимо», «требуется чтобы», «разрешается только», «не допускается», «не следует». В документах должны применяться научно-технические термины, обозначения и определе­ния, установленные соответствующими стандартами.

1.3.2.2   В тексте документа не допускается

-   применять обороты разговорной речи, техницизмы, профессионализмы;

-   применять   для   одного   и   того   же   понятия различные   научно- технические термины, близкие по смыслу (синонимы);

- применять сокращения слов, кроме установленных правилами русской орфографии.

1.3.2.3 В формулах в качестве символов следует применять обозначения, ус­тановленные соответствующими государственными стандартами. Пояснения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу, должны быть при­ведены непосредственно под формулой. Пояснения каждого символа следует давать с новой строки в той последовательности, в которой символы приведены в формуле. Первая строка пояснения должна начинаться со словами «где» без двоеточия после него.

Применения машинописных и рукописных символов в одной формуле не допускается.

1.3.2.4 Формулы должны нумероваться сквозной нумерацией арабскими цифрами на уровне формулы справа в круглых скобках (1).

1.3.2.5 Приложения обозначаются заглавными буквами русского алфавита, начиная с А, за исключением букв: Ё, 3, И, О, Ч, Ь, Ы, Ъ.

 1.3.3    Построение таблиц.

1.3.3.1 Таблицы применяют для лучшей наглядности и удобства сравнения показаний. Название таблицы должно отражать ее содержание, быть точным, кратким.

1.3.3.2 При переносе части таблицы на ту же или другие страницы название помещают только над первой частью таблицы.

Таблицы, за исключением таблиц приложений, следует нумеровать араб­скими цифрами сквозной нумерацией.

Заголовки граф и строк таблицы следует писать с прописной буквы, а подзаголовки граф - строчной буквы, если они составляют одно предложение с заголовком, или прописной буквы, если они имеют самостоятельное значение. В конце заголовков и подзаголовков таблиц точки не ставят. Заголовки и под­заголовки граф указывают в единственном числе.

1.3.3.3 Таблицы слева, справа и снизу, как правило, ограничивают линия­ми. Разделять заголовки подзаголовки боковика и граф диагональными линия­ми не допускается.

Горизонтальные и вертикальные линии, разграничивающие строки табли­цы, допускается не проводить, если их отсутствие не затрудняет пользование таблицей.

Высота строк таблицы должна быть не менее 8 мм.

Если строки или графы таблицы выходят за формат страницы, её делят на части, помещая одну часть над другой, при этом в каждой части таблицы по­вторяют её головку и боковик. При делении таблицы на части допускается её головку и боковик заменять соответственно номером граф и строк,

1.3.3.4   При этом нумеруют арабскими цифрами графы и строки первой части таблицы.

Слово «Таблица» указывают один раз слева над первой частью таблицы, над другими частями пишут слова «Продолжение таблицы» с указанием номе­ра (обозначения).

Если в конце страницы таблица прерывается, и продолжение её будет на следующей странице, в первой части таблицы никакую горизонтальную линию не проводят.

1.3.3.5    Графу «Номер по порядку» в таблицу включать не допускается.

1.3.4.     Список литературы.

В список литературы включаются все источники, использованные сту­дентом при написании курсового проекта и дипломного проекта не менее 20 источников.

Нумерация страниц начинается с титульного листа, но проставляется со второго листа (задания) курсового проекта.

В основу разрабатываемого технологического процесса закладывается процесс уже реализованный на одном из передовых предприятий, где студенты будут проходить  производственную практику.

В некоторых случаях задание на проектирование может быть выдано по материалам, имеющимся в техникуме. Допускается выполнение комплексных проектов, когда в  работе принимают участие несколько студентов (создание макета). При этом строго определяются содержание и объем работы каждого студента.

2 Рекомендации по выполнению  и оформлению курсового проекта

2.1 Содержание и макет курсового проекта

Пояснительная записка выполняется  шрифтом 14,  Times New Roman,  интервал 1,5 по ширине. Рекомендации по выполнению курсового проекта оформлены в виде образца 1

ОБРАЗЕЦ 1

Министерство образования и науки РТ

ГАПОУ  «Бугульминский машиностроительный техникум»

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ

В МАССОВОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

КП.МДК01.01.15.02.07.339.004.000.КД

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Бугульма, 2018 год

Министерство образования и науки РТ

ГАПОУ  «Бугульминский машиностроительный техникум»

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ

В МАССОВОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

КП. МДК 01.01.15.02.07.339.024.000.ПЗ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Выполнил: _________ /Политов С.В./

 Проверил: _________ /Оксенюк М.И./

             Оценка _____________

Бугульма, 2018 год

Введение

Целью курсового проекта является закрепление знаний по МДК 01.01 Технология формирования систем автоматического управления типовых технологичских процессов, средств измерений, несложных мехатронных устройств и систем      

Исследуемая система состоит  из объекта управления, датчика, регулятора и исполнительного механизма. Элементы системы заданы статическими и передаточными функциями.

Из предложенного набора датчиков, регуляторов и исполнительных механизмов, необходимо выбрать элементы, которые смогут обеспечить стабильную рабочую точку системы в статическом режиме.

Для обеспечения работы системы в динамическом режиме необходимо выбрать такое дополнительное корректирующее звено, чтобы оно обеспечивало основные параметры переходного процесса в следующих пределах:

- перерегулирование – 20 %;

- затухание – 0,5 %;

- колебательность – 2…3 %. 

Исследование проводилось на примере работы САУ  массового производства топливных брикетов.

Подбор средств автоматизации включает в себя программируемый логический контроллер, первичные датчики восприятия сигнала, приборы регистрации и индексации, приборы регулирования напряжения температуры, давления.

1 Общая часть                                                                                 

1.1  Автоматизированные системы управления

Преимущества предлагаемой линии обусловлено особенностями оборудования для производства топливных брикетов, входящего в состав технологических линий:

1) сушка и измельчение древесных отходов происходит в сушилке аэродинамической - диспергаторе, который позволяет сократить энергозатраты на сушку, точно регулировать влажность и гранулометрический состав высушенного сырья, что существенно повышает качество продукта — топливных брикетов, а также позволяет сократить производственные площади;

2) линия является пожаробезопасной благодаря сушильной установке, в которой температура не превышает 150 °С;

3)компакность диспергатора - аэродинамической сушилки позволяет разместить полный цикл производства брикетов в 12-метровом мобильном контейнере, который поставляется заказчику полностью укомплектованным технологическим оборудованием, с выполненными пуско-наладочными работами.

Рисунок 1- Автоматизированная линия

2 Технологическая часть

Выполнение курсового проекта следует начинать с подбора статических характеристик основных звеньев системы. Здесь необходимо, по возможности, построить несколько подходящих статических характеристик для каждого звена и методом проб и ошибок выбрать такие характеристики, которые составляли бы со статической характеристикой объекта в точке пересечения угол, близкий к 90°. Если в результате подборов обнаружится несогласованность масштабов, то следует в цепь обратной связи включить усилительное или ослабительное звено, это приводит к согласованности масштабов по осям системы координат.

При вычислении переходной функции следует стремиться к уменьшению колебательности этого процесса. Особенно следует уменьшать перерегулирование. Неудачный выбор передаточной функции звена может привести к большим отклонениям основных параметров системы от удовлетворительных показателей.

Здесь можно решить задачу двумя способами:

1) подобрать другую передаточную функцию;

2) самостоятельно в цепь обратной связи включить такое звено, чтобы
оно обеспечивало удовлетворительные параметры переходного процесса.

Объекты регулирования описываются следующими статическими характеристиками:

 По заданию курсового проекта необходимо разработать систему автоматического регулирования, структурная схема которой представлена на рисунке 2.

Рисунок 2- Система с обратной связью: ОР — объект регулирования; Д —датчик; К — усилитель; Р — регулятор; 3 — задатчик; ИМ — исполнительный механизм.

В соответствии с заданием курсового проекта имеем статическую характеристику объекта регулирования, которая описывается уравнением:

                                                 [2], (1)

где N — номер студента в журнале (в данном случае N =22).

Рисунок 3     -   Статическая характеристика ОР

Для построения статической характеристики объекта необходимо давать текущие значения для Х_т. Здесь достаточно определить две точки, чтобы построить характеристику. Положим Х₀=0 и получим Y₀= 0, положим Х₀ = 5 и получим Y₀ = 0,23.

По этим двум точкам построена прямая,  показанная на рисунке 3.

Согласно заданию студенту необходимо выбрать из справочных данных элементы, которые образуют цепь обратной связи в системе автоматического регулирования. На основе этих элементов он должен определить статическую характеристику цепи обратной связи.

Для определения статической характеристики цепи обратной связи
выбираются статические характеристики датчика, регулятора и исполнительного механизма.

                                                       ,                                                       (2)

Для построения этой статической характеристики подобраны следующие значения, представленные в таблице 1.

Таблица 1- Статическая характеристика обратной связи

xос	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
yос	3,89	2,89	1,89	0,89	-0,1	-1,1	-2,1	-3,1	-4,1	-5,1

Схема статической характеристики датчика представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 -   Статическая характеристика датчика

Статическая характеристика регулятора описывается уравнением:

,                                          (3)

Эта характеристика также относится к классу нелинейных. Для ее построения достаточно взять две точки Х_р = О, У_р = 0, и для У_р = 2

У_Р = 4,02.

Статическая характеристика регулятора приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Статическая характеристика регулятора

Статическая характеристика исполнительного механизма описывается

уравнением:

,                                        (4)

Для построения этой линейной статической характеристики достаточно выбрать два значения.

При Х_им = 0 получим Y_Hм = 0, а для Х_им = 5 имеем У_им = 5.

Эти цифры дают основания провести прямую, которая отображается на рисунке 6.

Рисунок  6 - Статическая характеристика исполнительного механизма

        Для определения общей статической характеристики цепи обратной
связи (ДРИМ) изобразим статические характеристики этих звеньев на
общей плоскости. В первом квадранте находится статическая характеристика датчика, во втором — регулятора, в третьем — исполнительного механизма (рисунок 7).

Рисунок 7 - Статическая характеристика цепи обратной
связи ДРИМ

Для определения результирующей статической характеристики разбиваем ось Х_д на равные отрезки 0—1, 1—2, 2—3.

Из точек 1, 2, 3 и т.д. проводим перпендикуляры до пересечения с линейной статической характеристикой датчика. Получаем точки А В С.

 Из этих точек проводим горизонтали до пересечения с линейной статической характеристикой регулятора в точках А₂ В₂, С₂ .

Из этих точек опускаем перпендикуляры. Горизонтальное положение оси Х_р меняется на вертикальное. Из новых точек проводятся горизонтали до пресечения с соответствующими перпендикулярами в точках А₃, В₃, С₃ .

Соединяя эти точки, получим результирующую статическую характеристику обратной связи — ДРИМ.

Для определения взаимосвязи между статическими характеристиками объекта и ДРИМ изобразим их в одной системе координат. В результате эти две статические характеристики пересекутся в точке А (рисунок 8).

Рисунок 8 – Рабочая точка

 Эта точка называется рабочей. Угол пересечения этих двух статических характеристик равен 87 °.

Из теории автоматического регулирования известно: при пересечении двух статических характеристик под углом 60...90 ° система характеризуется хорошей устойчивостью.

Для расчета динамического коэффициента регулирования обратимся к рисунку 8. На этом рисунке по одной из характеристик определяется возможный диапазон изменений входного параметра. Фиксируются две точки этого диапазона. Далее эти две точки переносятся на вторую статическую характеристику, и с помощью этой характеристики определяется диапазон изменения выходного параметра.

В результате по статической характеристике ДРИМ определим X_вх = 4,58, по статической характеристике объекта получим Y= 0,21.

Подставим эти значения  У и Х_вх в выражение   (при D = 1 система имеет оптимальную передачу сигнала в замкнутом контуре).

Подставив выражение передаточной функции в эту формулу, получим:

Для определения передаточной функции системы воспользуемся выражением:

                                            ,                   (5)

Подставим сюда все составляющие передаточные функции и преобразуем результирующее выражение:

Для определения передаточной функции системы воспользуемся выражением

Подставим сюда все составляющие передаточные функции и преобразуем результирующее выражение:

Передаточная функция системы описывается выражением

Для нахождения временной функции переходного процесса необходимо упростить это выражение. Для студентов учреждений среднего профессионального образования целесообразно исключить из выражения передаточной функции в числителе р³+5,68р², а в знаменателе р⁴+6,68р³.

Для дальнейшего исследования передаточная функция будет
иметь вид:

Для определения переходной функции представим общее выражение
в виде двух слагаемых. Эти слагаемые можно получить, если определить
корни характеристического уравнения:

                                      (6)

где р₁ и р₂ — значения корней характеристического уравнения.

Для определения корней характеристического уравнения приравняем к нулю знаменатель:

р² + 2,63р + 2,1 = 0.

Найдем дискриминант уравнения:

Подставим значения характеристического уравнения Р) и р₂ в выражение W_пер(р) и таким образом определим коэффициенты А и В:

,  (7)

,

Подставляем А = 1 - В во второе уравнение и решаем относительно В:

Для определения функций времени необходимо воспользоваться обратным преобразованием Лапласа:

,                 (8)

Далее определяем переходную функцию системы, которая определяется выражением:

,             

Преобразуем это выражение к виду:

Подставим значения А и В:

Сгруппируем слагаемые в квадратных скобках таким образом, чтобы формировать уравнения Эйлера:

,      (9)

В результате получим:

 

Две гармонические функции можно заменить одной, если определить модуль и фазу результирующего колебания.

Определим модуль а = 1; b = 1,1; М= (а²+ b²)'^/2 = 1;

В результате получим выражение:

Переведем величину угла в градусах в радианы и получим:

Для построения этой функции рассчитаем характерные точки гармонической функции, представленной на рисунке 9.

Рисунок 9  -  Две гармонические функции

Построение графика данной функции осуществляется с учетом того, что:

Определение основных параметров системы следует производить с
учетом построенного графика h(t) (рисунок 9).

В нашем случае согласно построенному графику время регулирования
равно t_рег= 3,26.

Для определения коэффициентов качества системы необходимо воспользоваться аналитическим выражением:

                                    (10)

где h(t) — функция ошибки.

Чтобы упростить вычисления интеграла, площадь, ограниченную функцией h(t), заменим площадью трех треугольников S₁ S₂  S₃.

Функция h(t) представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 -  Функция h(t)

Приступим к определению амплитудно-частотных характеристик звеньев и системы в целом. Для определения частотной характеристики объекта регулирования произведем замену в передаточной функции объекта

,                                               (11)

Имеем   сделав замену р = iw, получим частотную характеристику объекта регулирования (рисунок 11(а))

,                                     (12)

Определим частотную функцию датчика:

                         а)                                          б)                                  в)

Рисунок 11 -  Частотные характеристики

Для выделения действительного и мнимого значений умножаем числитель и знаменатель на комплексно-сопряженное значение знаменателя:

В результате получим действительную и мнимую части. Далее определим модуль, полагая, что

                ,                                   (13)

      

Если в это выражение подставить текущие
значения w, то получим К~ 1.

Далее строим график (рисунок 11(б)) зная, что:

Определим спектральную характеристику исполнительного механизма:

Произведем замену в передаточной функции регулятора:

Здесь для построения спектральной характеристики исполнительного механизма даются текущие значения w и определяется A_им()
(рисунок  11(в)).

Определим спектральную характеристику регулятора. Передаточная функция имеет вид:

Примем р = iu> и получим:

Для выделения действительного и мнимого значений умножим числитель и знаменатель на комплексно-сопряженное выражение знаменателя:

.

Выделим действительную и мнимую части:

Определим модуль, полагая, что:

                                            

,

Далее строим график (рисунок  12(а)) с учетом выражения:

Определим частотную характеристику цепи обратной связи ДРИМ.
Имеем передаточную функцию:

.

Для определения спектральной характеристики цепи обратной связи
ДРИМ — воспользуемся выражением

A(w) _oc = A_a(w)*A_p(w)*A_им(w)

Здесь необходимо для каждого текущего значения w определять координаты в частотных характеристиках датчика, регулятора и исполнительного механизма и перемножать их. В результате этого действия получим следующие значения, представленные в таблице 2.

Таблица 2 – Координаты частотного спектра цепи обратной связи

w	0,5	1	2	3	4	5	6	7
А	2,1	0,8	0,4	0,25	0,21	0,18	0,15	0,12

По этим значениям строится частотный спектр цепи обратной связи
(рисунок 12(б)).

                                     а)                                                           б)

Рисунок 12- частотный спектр цепи обратной связи

Частотную характеристику всей системы можно записать выражением:

Здесь также очень сложные аналитические преобразования.
Для построения частотной характеристики всей системы следует учитывать функциональную связь:

,                                (14)

Подставим текущие значения частоты в это выражение и определим значения координат спектральной характеристики системы, представленные в таблице 3.

Таблица 3 – Координаты спектральной характеристики системы

w	0	1	2	3	4	5	6
А	1	0,55	0,4	0,33	0,25	0,2	0,18

По этим значениям строится частотная характеристика всей системы, представленная на рисунке 13.

Рисунок 13 – Частотная характеристика системы

Устойчивость системы можно определить двумя способами: по положению корней pi и р₂ из уравнения 2,09р² + 5,5р + 4,4 = 0 на координатной плоскости; по кривой годографа.

Определение устойчивости системы по положению корней р₁ и р₂:

По критерию Ляпунова, если два значения находятся в отрицательной плоскости относительно оси Im, система устойчива, график представлен на рисунке 14.

Рисунок 14 – Устойчивость системы

Следовательно, наша система устойчива.

Определение устойчивости системы по кривой годографа.

Для этого воспользуемся выражением передаточной функции всей системы:       

Годограф системы представлен на рисунке 15.

Рисунок 15 -Годограф системы

Устойчивость системы будем определять по критерию Найквиста.

 В выражении р⁴ + 5,68р³ + 2,09р² + 5,5р + 4,4 заменим р на iw

Разделим это уравнение на действительную и мнимую части:

Для определения реперных точек годографа приравняем мнимую часть
к нулю и определим частоты:

Подставим значение этих частот в выражение действительной части:

Теперь определим частоты при условии, что действительная часть равна
нулю:

        Введем новую переменную w² = х и получим квадратное уравнение:

При решении этого уравнения убедимся, что оно имеет мнимые корни. Это значит, что годограф не пересекает мнимую ось.

Для определения других реперных точек определим максимальные значения годографа по условиям dlm/dw= 0 и dRe/dw= 0.

В первом случае имеем Зw² - 0,9 =0, во втором случае — 4 и – 4 и > = 0. Для первогослучая получим частоту w = 0,55, а для второго случая — две частоты w = 0 и w = 1.

Частоту w = 0,55 подставим в мнимую составляющую годографа и получим: Im(0,55) = 1,6. 

Две другие частоты подставим в действительную составляющую годографа

                                                  Re(0) = 4,4; Re(l) = 3,4.

Теперь определим поведение годографа при частотах w > 1. Возьмем значение частоты w= 2. В результате получим Re(2) = 12,4 и Im (2) = -34,6. Все определенные точки нанесены на рисунке 15.

На плоскости системы координат устанавливаем найденные точки с
указанием, к какой частоте они принадлежат.

Соединяем реперные точки, двигаясь в сторону увеличения частоты. Таким образом, получается кривая годографа. Согласно критерию Найквиста кривая не должна пересекать ось Re в отрицательной полуплоскости за пределами точки - 1. Из этого критерия следует, что наша система устойчива.

По результатам расчетов система является устойчивой. И такой технический параметр, как время регулирования, говорит о том, что элементы цепи обратной связи в системе выбраны оптимальным образом и  создают благоприятные условия для работы системы

Заключение

В заключении, следует, отметить по каким критериям производился анализ устойчивости. Сделать вывод о пригодности системы для стабильной работы в зависимости от устойчивости.  Если система получилась неустойчивой, следует произвести ее коррекцию.

Список литературы

Основные источники:

1.   Молоканова, Н.П. Курсовое и дипломное проектирование [Электронный ресурс] : учеб.пособие / Н.П. Молоканова. — М. : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2018. — 88 с. — (Cреднее профессиональное образование). - [Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/971372]. - (договор №2407эбс от 01.09.2017).

2.   Федорова, Г.Н. Разработка, внедрение и адаптация программного обеспечения отраслевой направленности [Электронный ресурс]: учебное пособие. / Г.Н. Федорова . - М.:КУРС, НИЦ ИНФРА-М, 2016. - 336 с. - (Среднее профессиональное образование). - [Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/544732]. - (договор №2407эбс от 01.09.2017).

3.   Петрова, А.М. Автоматическое управление  [Электронный ресурс]: учеб.пособие / А.М. Петрова. — М. : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2018. — 240 с. — (Среднее профессиональное образование). - [Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/915386].

4.   Фельдштейн, Е.Э. Автоматизация производственных процессов в машиностроении [Электронный ресурс]: учебное пособие / Е.Э. Фельдштейн, М.А. Корниевич. - М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов.знание, 2013. - 264 с.: ил. - (Сред.проф. образование). - [Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/402747].

Дополнительные источники:

1.            Кошевая, И.П. Метрология, стандартизация, сертификация [Электронный ресурс]: учебник / И.П. Кошевая, А.А. Канке. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 416 с. - (Профессиональное образование).  - [Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/405064].

2.            Лихачев, В.Л. Основы слесарного дела [Электронный ресурс]: учебное пособие / В.Л. Лихачев. - М.:СОЛОН-Пр., 2016. - 608 с. - [ Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/872434].

Приложение А

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ:

РЕГУЛЯТОРЫ

               Статическая характеристика                                          Передаточная функция

                                                                                             

                                                                                    

                                                                                

                                                                                  

                                                                                

                                                                                                                                                                         

ДАТЧИКИ

     Статистическая характеристика                     Передаточная функция

                                                     

                                                       

                                                   

                                                    

                                                      

                                                         

                                                         

                                                        

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

     Статическая характеристика                        Передаточная функция

                                                               

                                                           

                                                         

                                                        

                                                            

Приложение Б - Образец схемы объекта

Приложение В - Образец оформления спецификации

Приложение Г

Примерная тематика курсовых проектов:

1. Исследование работы устройств автоматики производственных параметров на основе эффекта Холла по исходным данным.

2. Исследование работы устройств автоматики и оборудования в химической промышленности по исходным данным

3. Исследование работы устройств автоматики фрезерного станка  модели ГФ2171С по исходным данным

4. Исследование работы устройств автоматики воздухонагревательной доменной печи по исходным данным

5. Исследование работы устройств автоматики и оборудования для производства сульфатов по исходным данным

6. Исследование работы устройств автоматики температурного режима в электрических печах по исходным данным

7. Исследование работы устройств автоматики 3D принтера «Felix 3.0» по исходным данным

8. Исследование работы устройств автоматики и оборудования процесса стабилизации температуры охлаждения продуктов по исходным данным

9. Исследование работы устройств автоматики технологического процесса энергообеспечения по исходным данным

10. Исследование работы устройств автоматики автоматической заправочной станции по исходным данным

11. Исследование работы устройств автоматики и оборудования заводской котельной установки по исходным данным

12. Исследование работы устройств автоматики загрузочно-разгрузочных работ по исходным данным

13. Исследование работы устройств автоматики плавильной печи по исходным данным

14. Исследование работы устройств автоматики и оборудования насосной станции, с применением частотно-регулируемого электропривода по исходным данным

15. Исследование работы устройств автоматики и оборудования предварительной подготовки нефти по исходным данным

16. Исследование работы устройств автоматики токарного станка с ЧПУ модели 16К20Т1 по исходным данным

17. Исследование работы устройств автоматики и оборудования железнодорожного переезда по исходным данным

18. Исследование работы устройств автоматики конденсаторных установок по исходным данным

19. Исследование работы устройств автоматики сверлильно-расточного станка модели  2Н135 по исходным данным

20. Исследование работы устройств автоматики нагревательной печи по исходным данным

21. Исследование работы устройств автоматики процесса конверторной плавки  по исходным данным

22. Исследование работы устройств автоматики вырубного автомата «Bulldog» для вырубки пластинки крышки для йогурта по исходным данным

23. Исследование работы устройств автоматики и оборудования для производства керамических изделий

24. Исследование работы устройств автоматики подачи воды в стиральной машине по исходным данным

25. Исследование работы устройств автоматики гранулятора для переработки пластика по исходным данным

26.  Исследование работы устройств автоматики и оборудования дробильно сортировочного комплекса по исходным данным

27. Исследование работы устройств автоматики в оборудовании для производства шоколада

28. Исследование работы устройств автоматики грузовых лифтов

29. Исследование работы устройств автоматики сварочного робота

Приложение Д

График выполнения курсового проекта

Наименование раздела расчетно-пояснительной записки			Дата завершения		Процент выполнения этапа к общему объему	Процент выполнения проекта в нарастающем итоге
1	Получение задания, постановка задачи проектирования
2	Общая часть Значение автоматического управления на производстве				5%	5%
3	Подобрать принципиальную схему, которая показывает полный состав элементов устройства в целом и дает основное представление о принципе работы данного устройства				5%	10%
4 5	Полное описание  датчика Полное описание работы исполнительного механизма				5%	15%
6	Технологическая часть Расчет и построение статических характеристик элементов				5%	20%
7	Определение рабочей точки Статические характеристики звеньев на общей плоскости - ДРИМ				5%	25%
8	Аналитическое  выражение Регулирующей системы ДРИМ				5%	30%
9 10	Выбор передаточной  функции элементов системы. Определение  передаточной  функции системы				10%	40%
11 12	Нахождение  временной  функции  переходного процесса.   Определение  основных   параметров  переходного процесса				15%	55%
13 14 15 16 17	Построение  частотных  характеристик  устройств: объекта   регулирования,  датчика,  регулятора,  исполнительного механизма,  ДРИМ  всей  системы.				20%	75%
18 19	Определение  параметров  устойчивости системы.  Годограф. Оформление				20%	95%
20		Вывод. Литература. Нормаконтроль			5%	100%
21-23		Защита курсового проекта