МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ (ИЭТ) ___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 140400 «Электроэнергетика и электротехника»

Магистерская программа: Электропривод и автоматика

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"Микропроцессорные средства в электроприводе"

Цикл:

профессиональный

Часть цикла:

ИЭТ; М.2.4

Часов (всего) по учебному плану:

468

Трудоемкость в зачетных единицах:

13



Лекции

36 час

9 семестр

Практические занятия

18 час

9 семестр

Лабораторные работы

36 час

9 семестр

Расчетные задания, рефераты

54 час самостоятельной работы

9 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

378 час

9 семестр

Экзамены

9 семестр

Курсовые проекты (работы)

Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель дисциплины – дать обучающимся понимание общих принципов построения современных цифровых систем управления электроприводов и подготовить обучающихся к их самостоятельной разработке и программной реализации.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности, к изменению социокультурных и социальных условий деятельности (ОК-2);

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

проявлять инициативу, в том числе в ситуациях риска, брать на себя всю полноту ответственности за свои решения в рамках профессиональной компетенции, способностью разрешать проблемные ситуации (ОК-5);

самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение, в том числе с помощью информационных технологий (ОК-6);

вести библиографическую работу с привлечением современных информационных технологий, способностью анализировать, синтезировать и критически резюмировать информацию (ОК-9).

использовать углубленные теоретические и практические знания, которые находятся на передовом рубеже науки и техники в области профессиональной деятельности (ПК-2);

демонстрировать навыки работы в коллективе, готовностью генерировать (креативность) и использовать новые идеи (ПК-3);

находить творческие решения профессиональных задач, готовностью принимать нестандартные решения (ПК-4);

анализировать естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-5);

применять современные методы исследования проводить технические испытания и (или) научные эксперименты, оценивать результаты выполненной работы (ПК-6);

к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов (в соответствии с целями магистерской программы) (ПК-7);

использовать современные и перспективные компьютерные и информационные технологии (ПК-9);

использовать прикладное программное обеспечение для расчета параметров и выбора устройств электротехнического и электроэнергетического оборудования (ПК-14);

выбирать серийное и проектировать новое электротехническое и электроэнергетическое оборудование (ПК-15);

самостоятельно выполнять исследования для решения научно-исследовательских и производственных задач с использованием современной аппаратуры и методов исследования свойств материалов и готовых изделий при выполнении исследований в области проектирования и технологии изготовления электротехнической продукции и электроэнергетических объектов (ПК-38);

представлять результаты исследования в виде отчетов, рефератов, научных публикаций и на публичных обсуждениях (ПК-41);

к реализации различных форм учебной работы (ПК-51).

Задачи дисциплины :

·  дать материал, дополняющий дисциплину «Системы управления электроприводов» практической направленностью в области реализации цифровых систем управления;

·  рассмотреть основные принципы проектирования узлов цифровых систем управления;

·  научить обучающихся разрабатывать программное обеспечение современных цифровых систем управления электроприводов с использованием цифровых сигнальных микроконтроллеров.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки по программе «Электропривод и автоматика» модуля «Электротехника» направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Теория автоматического управления», «Элементы систем автоматики» и «Регулирование координат электропривода».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении магистерской выпускной квалификационной работы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования: Знать:

·  основные источники научно-технической информации по тематике цифровых сигнальных микроконтроллеров (ОК-2, ОК-9, ПК-2);

·  способы описания алгоритмов систем управления электроприводов (ПК-9, ПК-14);

·  принципы построения структуры программного обеспечения систем управления электроприводов (ПК-9, ПК-14);

·  схемы типовых узлов сопряжения микроконтроллера с силовой частью электропривода и датчиками физических величин (ОК-6, ОК-5, ПК-9, ПК-14).

Уметь:

·  уметь читать структуры систем управления и анализировать принцип их работы и характеристики (ОК-6, ПК-2, ПК-3, ПК-7, ПК-41);

·  составить алгоритм и программу для реализации системы управления по заданной структуре на микроконтроллере (ПК-4, ПК-5, ПК-14, ПК-19, ПК-41);

·  производить моделирование процессов в разработанных структурах электроприводов с целью отладки разработанной системы управления (ПК-9, ПК-14, ПК-38).

Владеть:

·  методикой синтеза регуляторов координат электропривода и преобразования полученных регуляторов в программное обеспечение (ОК-7, ПК-14);

·  навыками разработки программного обеспечения, выполняющего алгоритмы управления в режиме реального времени (ПК-15, ПК-41, ПК-51).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 13 зачетных единиц, 468 часов.

№

п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Архитектура современных цифровых сигнальных микроконтроллеров

134

9

10

8

16

100

Контрольная работа

2

Математический аппарат цифровых сигнальных микроконтроллеров

150

9

12

6

12

120

Контрольная работа

3

Периферия цифровых сигнальных микроконтроллеров

146

9

14

4

8

120

Контрольная работа

Зачет

2

9

--

--

--

2

Собеседование

Экзамен

36

9

--

--

--

36

устный

Итого:

468

36

18

36

378

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

Архитектура современных цифровых сигнальных микроконтроллеров

Состав серий специализированных сигнальных микроконтроллеров для управления двигателями TMS320х24xx и TMS320х28xx. Технические характеристики и области преимущественного применения. Встроенная память и периферия (4 час.)

Модифицированная Гарвардская архитектура. Система шин. Конвейер команд. АЛУ, вспомогательное АЛУ (2 час.)

Система команд и способы адресации (прямая страничная, стековая, косвенная, базово-индексная). Примеры решения типовых задач привода (4 час.)

Математический аппарат цифровых сигнальных микроконтроллеров

Аппаратный умножитель и сдвигатель. 16- и 32-разрядная арифметика чисел в различных форматах: целых, дробных, вещественных (4 час.)

Специализированная библиотека IQMath для решения задач привода (4 час.)

Средства организации кольцевых буферов, бит-реверсная адресация. Способы реализации цифровых регуляторов и цифровых фильтров любого порядка (4 час.)

Периферия цифровых сигнальных микроконтроллеров

Обзор назначения и возможностей встроенной периферии: таймеров, счетчиков, АЦП, процессора событий, ШИМ-генераторов, сетевых контроллеров и др. (2 час.)

Методы эффективного управления инверторами напряжения и тока в режимах фронтовой, центрированной и векторной ШИМ-модуляции. Компенсация «мертвого времени» (4 час.)

Периферия для прямого цифрового сопряжения с датчиками положения и скорости: импульсными, оптическими, индуктивными и др. (2 час.)

Эффективная система прерываний. Контроллер прерываний. (2 час.)

Универсальные синхронные и асинхронные приемо-передатчики. Реализация типовых промышленных интерфейсов RS-232, RS-422, RS-485, CAN (2 час.)

Примеры реализации современных цифровых систем управления (2 час.)

4.2.2. Практические занятия

Среда интерактивного программирования и отладки программного обеспечения Code Composer Studio. Редактор, ассемблер, компилятор СИ++, отладчик. (4 час.)

Технология разработки и отладки проектов в среде CCS. Состав проекта. Секционирование программы. Способы конфигурирования памяти. (4 час.)

Введение в программирование на языке СИ++. Описание переменных. Операторы. Техника написания и отладки простейших программ (4 час.)

Техника модульного программирования (4 час.)

Разработка программного обеспечения с использованием библиотек (2 час.)

4.3. Лабораторные работы

№1. Устройство и функциональные возможности оценочной платы eZdsp F2812. Технология конфигурирования памяти (4 час.).

№2. Создание и отладка простой программы в среде Code Composer Studio (4 час.)

№3. Знакомство с языком программирования СИ для TMS320x28xx. Продолжение изучения среды Code Composer Studio (4 час.).

№4. Базовые возможности языка СИ (4 час.).

№5. Работа с периферией процессора. Описание регистров в заголовочных файлах (4 час.).

№6. Работа с библиотекой IQMath (4 час.)

№7. Эффективные способы цифровой фильтрации (8 час.).

№8. Создание и отладка системы управления двигателем постоянного тока (4 час.)

4.4. Расчетные задания

В процессе изучения курса студенты выполняют домашние задания по тематике лекционных и практических занятий.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций; проводится демонстрация кода эффективных решений в области разработки программного обеспечения.

Практические занятия включают проверку домашних заданий, демонстрацию разработки фрагментов программного обеспечения с демонстрацией на базе отладочных плат микроконтроллеров, дискуссии, выполнение контрольных работ.

Лабораторные работы включают работу с отладочными платами микроконтроллеров и разработку программного обеспечения с дальнейшей проверкой его работоспособности.

Самостоятельная работа включает выполнение домашних заданий, подготовку к контрольным и лабораторным работам, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются домашние задания, контрольные работы, защиты лабораторных работ.

Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен.

Оценка за освоение дисциплины определяется как оценка на экзамене.

В приложение к диплому вносится оценка за 9 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1.  , , Тарасов высокопроизводительные системы управления, Учебное пособие, Издательский дом МЭИ, Москва, 2009. – 270 с.

2.  Козаченко : Руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS-196/296 во встроенных системах управления. Издательство “ЭКОМ”, Москва, 1997г.

б) дополнительная литература:

1. , Козаченко и программирование DSP-микроконтроллеров TMS320x24xx для управления двигателями в среде Code Composer: Лабораторный практикум. – М.: Издательство МЭИ, 20с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

aep.mpei.ac.ru

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

б) другие:

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов, наличие отладочной платы микроконтроллера для демострации работы программного обеспечения.

Для проведения лабораторных работ используется специализированная лаборатория УНКЦ «Texas Instruments – МЭИ» кафедры Автоматизированного электропривода.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» по профилю «Электропривод и автоматика».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

д. т.н., профессор

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой АЭП

к. т.н., профессор