Управление техническими системами: Учебное пособие для вузов

ПРЕДИСЛОВИЕ Глава 1. Основные понятия и принципы управления 1.1. Исходные положения 1.2. Принципы управления 1.2.1. Принцип программного управления 1.2.2. Принцип компенсации 1.2.3. Принцип обратной связи (управление по отклонению) 1.2.4. Принцип комбинированного управления 1.3. Структура системы управления 1.4. Законы управления 1.5. Классификация систем управления Глава 2. Системы управления, применяемые в автомобилях 2.1. Система «водитель — автомобиль — дорога — среда» 2.2. Гидроусилитель руля 2.2.2. Гидроусилитель руля с золотниковым распределителем тангенциального типа 2.3. Система управления двигателем 2.4. Система управления дроссельной заслонкой 2.5. Антиблокировочная тормозная система 2.6. Система автоматического управления светом фар 2.7. Система адаптивного круиз-контроля 2.8. Тенденции развития автоматических систем управления в автомобилестроении 2.9. Теоретические основы управления скоростными и нагрузочными режимами работы двигателя 2.9.1. Характеристики оптимального по экономичности регулирования двигателя 2.9.2. Регулирование двигателя при наличии дополнительных ограничений 2.9.3. Автоматизация управления двигателем 2.9.4. Разомкнутые и локально-замкнутые подсистемы автоматического управления ДВС 2.9.5. Управление опережением зажигания и составом смеси 2.9.6. Локально-замкнутый контур подавления детонации 2.9.7 Разомкнутые подсистемы управления составом смеси Глава 3. Система пуска и зажигания ДВС 3.1. Система электростартерного пуска ДВС 3.2. Системы электроискрового зажигания бензиновых ДВС 3.2.1. Классификация батарейных систем зажигания 3.2.2. Требования к системам зажигания, основные параметры систем зажигания 3.2.3. Классическая контактная система зажигания 3.2.4. Контактно-транзисторная система зажигания 3.2.5. Бесконтактно-транзисторная система зажигания 3.2.6 Двухвыводная катушка зажигания 3.2.7. Микроконтроллерная система зажигания Глава 4. Информационно-диагностические системы транспортных средств 4.1. Система освещения и сигнализации 4.2. Информационно-диагностическая система 4.2.1. Системы диагностики автомобиля Глава 5. Автомобильные мультиплексные системы передачи информации 5.1. Основные понятия 5.2. Примеры автомобильных мультиплексных систем 5.3. Информационные сети 5.3.1. Эталонная модель взаимодействия систем 5.3.2. Протоколы информационных сетей 5.3.3. Физическая передающая среда 5.3.4. Топология информационных сетей 5.3.4.1. Топология типа шина 5.3.4.2. Топология типа звезда 5.3.4.3. Топология типа кольцо 5.3.4.4. Ячеистая топология 5.3.4.5. Смешанная (гибридная) топология 5.3.5. Адресация 5.3.6. Методы доступа к среде передачи данных Глава 6. Шина CAN 6.1. История развития 6.2. Основные свойства шины CAN 6.3. Стандарты CAN 6.4. Состав сетевого узла CAN 6.5. Кодирование битов 6.6. Среда передачи данных 6.7. Логические уровни сигналов 6.8. Синхронизация 6.9. Формат кадров 6.9.1. Форматы кадров данных Standard Data Frame и Extended Data Frame 6.9.2. Формат кадра удаленного запроса данных Remote Frame 6.10. Обнаружение ошибок 6.11. Обработка ошибок 6.12. Локализация ошибок 6.13. Обработка переполнений 6.14. Временные характеристики 6.15. Дальнейшее развитие протокола CAN — CAN FD 6.16. Стандарт SAE J1939 6.16.1. SAE J193911, SAE J193915 — протокол физического уровня 6.16.2. SAE J193921 — протокол канального уровня 6.16.3. SAE J193971 — протокол прикладного уровня Глава 7. Диагностика шины CAN 7.1. Системы диагностики автомобиля 7.2. Диагностика автомобиля Соболь 4х4 с двигателем Cummins ISF 2.8 7.2.1. Подключение к диагностической шине 7.2.2. Коды неисправностей 7.2.3. Контроль параметров 7.3. Практическая работа с диагностическим сканером «АВТОАС-СКАН» 7.3.1. Правила безопасности 7.3.2. Последовательность работы Глава 8. Реверс-инжиниринг шины CAN автомобиля 8.1. Шина CAN 8.1.1. Классификация и стандарты шины CAN 8.1.2. Формат кадров 8.2. Сканер CAN шины PCAN-USB FD 8.3. Практическая работа по анализу сообщений в шине CAN автомобиля 8.3.1. Правила безопасности 8.3.2. Анализ сообщений в автомобиле 8.3.3. Расшифровка сообщений 8.3.4. Создание DBC файла 8.4. Разработка программы для Arduino для индикации частоты вращения коленвала 8.4.1. Шилд CANdiy 8.4.2. Программа для Arduino 8.4.3. Отладка программы с использованием MATLAB 8.4.4. Испытание программы на автомобиле 8.5. Оформление отчета Глава 9. Датчики (сенсорные устройства) 9.1. Микромеханика 9.1.1. Процесс APSM 9.1.2. Датчики положения 9.1.2.1. Магнитно-индуктивные датчики 9.1.2.2. Датчики с закорачивающим кольцом 9.1.2.3. Полудифференциальные датчики с закорачивающим кольцом 9.1.2.4. Датчики с вращающимися переменными полями 9.1.2.5. Датчик Hella 9.1.2.6. Магнитостатические датчики 9.1.2.7. Гальваномагнитный эффект 9.1.2.8. Типы датчиков Холла 9.1.2.9. Датчики Холла, использующие принцип вращающихся токов 9.1.2.10. Дифференциальные датчики Холла 9.1.2.11. Датчики Холла для измерения угла поворота (на угол до 180 ) 9.1.2.12. Датчики Холла для измерения угла поворота (на угол до 360 ) 9.1.2.13. Магниторезистивные датчики 9.1.2.14. Магниторезистивные NiFe тонкопленочные датчики (AMR) 9.1.2.15. Датчик углового положения в диапазоне более 360 (определение нескольких оборотов) 9.1.2.16. GMR-датчики 9.1.3. Датчики скорости и частоты вращения 9.1.3.1. Формы датчиков 9.1.3.2. Роторы 9.1.3.3. Градиентные датчики 9.1.3.4. Тангенциальные датчики 9.1.3.5. Датчики ускорения и вибрации 9.1.3.6. Принципы измерения 9.1.3.7. Пьезоэлектрические датчики 9.1.3.8. Емкостные кремниевые датчики ускорения 9.1.4. Датчики давления 9.1.4.1. Прямое измерение давления 9.1.4.2. Емкостные датчики давления 9.1.4.3. Диафрагменные датчики 9.1.4.4. Применение полупроводниковых датчиков давления 9.1.4.5. Датчики высокого давления с металлической диафрагмой 9.1.5. Расходомеры 9.1.5.1. Датчики массового расхода воздуха 9.1.6. Газовые датчики, датчики концентрации 9.1.6.1. Датчик концентрации кислорода (лямбда-зонд) 9.1.6.2. Датчик качества воздуха 9.1.6.3. Измерение влажности 9.1.7. Датчики температуры. Косвенно измеряемые переменные 9.1.8. Конструктивные особенности 9.1.9. Датчики силы и момента 9.1.10. Датчики измерения механической нагрузки 9.1.11. Датчики для измерения углов (торсионное измерение) 9.1.12. Датчики вихревых токов 9.1.13. Датчик загрязнения фар 9.1.14. Датчик дождя 9.1.15. Датчики для систем повышения безопасности при движении (DAS) 9.1.15.1. Принцип работы ультразвукового датчика 9.1.15.2. Радарная технология 9.1.15.3. Радар малой дальности (24 ГГц) 9.1.15.4. Радар большой дальности 9.1.15.5. Лидар 9.1.16. Видеотехнология 9.1.16.1. Основные принципы фотосчитывания 9.1.16.2. ПЗС-матрицы 9.1.16.3. КМОП-матрицы 9.1.17. Технология определения дальности Глава 10. Математическое описание систем управления 10.4. Преобразование Лапласа 10.4.2. Изображения Лапласа распространенных функций 10.5. Передаточные функции 10.6. Временные функции 10.7. Связь между передаточной функцией и временными функциями 10.8. Описание передаточных и временных функций в MATLAB Глава 11. Частотные функции и характеристики 11.1. Понятие частотных функций и характеристик 11.2. Различные типы звеньев и их характеристики 11.3. Асимптотические ЛАЧХ 11.4. Построение частотных характеристик в MATLAB Глава 12. Структурные схемы систем управления 12.1. Структурные схемы 12.2. Вычисление передаточной функции одноконтурной системы 12.3. Вычисление передаточной функции многоконтурной системы 12.4. Функции MATLAB, используемые для преобразования структурных схем Глава 13. Устойчивость линейных непрерывных САУ 13.1. Понятие устойчивости САУ 13.2. Основное условие устойчивости САУ 13.3. Необходимое условие устойчивости 13.4. Алгебраические критерии устойчивости 13.4.1. Характеристическое уравнение 13.4.2. Критерий Гурвица 13.4.3. Критерий Льенара — Шипара 13.4.4. Критерий Рауса 13.5. Частотные критерии устойчивости 13.5.1. Критерий устойчивости Михайлова 13.5.2. Критерий Найквиста 13.5.3. Запасы устойчивости системы по модулю и фазе 13.5.4. Устойчивость систем управления с запаздыванием 13.6. Теоремы Ляпунова об устойчивости по линейному приближению 13.7. Робастная устойчивость 13.7.1. Полиномы Харитонова. Теорема Харитонова 13.8. Оценка устойчивости САУ в MATLAB Глава 15. Анализ качества линейных непрерывных систем автоматического регулирования 15.1. Понятие качества регулирования 15.2. Показатели качества в переходном режиме 15.2.1. Прямые показатели качества 15.2.2. Корневые показатели качества 15.2.3. Интегральные показатели качества 15.2.4. Частотные показатели качества 15.3. Показатели качества в установившемся режиме 15.3.1. Коэффициенты ошибок 15.3.2. Статические и астатические системы 15.4. Структура астатической системы управления Глава 16. Синтез ПИД-регуляторов систем автоматического управления 16.1. Введение 16.2. Исследование типовых законов управления 16.3. Настройка параметров ПИД-регулятора 16.3.1. Метод Циглера — Никольса, основанный на переходной функции объекта 16.3.2. Метод Циглера — Никольса, основанный на частотных характеристиках объекта 16.4. Реализация ПИД-регулятора в MATLAB/Simulink 16.5. Ограничения, накладываемые на техническую реализацию ПИД-регулятора 16.6. ПИД-регулятор с фильтром 16.7. Проблема интегрального насыщения ПИД-регулятора 16.8. Программная реализация ПИД-регулятора Заключение Список литературы Вклейка