«Основы автоматики и системы автоматического управления»

Правительство Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"

Факультет «Радиоэлектроники и телекоммуникаций»

Программа дисциплины «Основы автоматики и системы автоматического управления»

для специальности 200800 «Проектирование и технология РЭС» подготовки специалиста;

для специальности 220500 «Проектирование и технология ЭВС» подготовки специалиста

Автор программы:

Увайсов Сайгид Увайсович, д. т.н, профессор

Одобрена на заседании кафедры Радиоэлектроники и телекоммуникации «___»____________ 2012 г

Зав. кафедрой

Рекомендована секцией УМС [Введите название секции УМС «___»____________ 2012 г

Председатель [Введите ]

Утверждена УС факульте «Радиоэлектроники и телекоммуникаций» «___»_____________2012 г.

Ученый секретарь [Введите ] ________________________ [подпись]

Москва, 2012

Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.

1.  Цели и задачи дисциплины.

Целью дисциплины является ознакомление студентов с общими принципами построения и расчета автоматических систем и обучение их системному подходу к проектированию систем автоматического управления (САУ).

Предметом курса является теория и практика автоматического управления, а также принципы и методы анализа и синтеза систем автоматики и автоматического контроля, регулирования и управления.

В курсе рассматривается шесть тем:

·  Основы теории автоматического управления

·  Основные виды САУ

·  Анализ САУ

·  Устойчивость САУ

·  Качество работы САУ

·  Синтез САУ

Внимание уделяется также вопросам контроля, как объектов управления, так и самих САУ.

Дисциплина готовит специалиста к решению следующих профессиональных задач:

·  Анализ технического задания на проектирование САУ;

·  Разработка структур систем управления на основе элементарных звеньев;

·  Математическое описание и моделирование систем управления и регулирования;

·  Анализ устойчивости САУ;

·  Синтез систем управления на основе современных методов автоматизированного проектирования;

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

В результате изучения дисциплины при решении профессиональных задач инженер должен знать:

·  Принципы построения САУ;

·  Методы анализа и синтеза САУ в установившихся и переходных режимах;

·  Методы оценки устойчивости линейных и нелинейных, непрерывных и дискретных САУ;

·  Классические и современные методы коррекции динамики САУ;

·  Основные критерии оптимизации САУ и систем автоматического контроля и регулирования в условиях реально существующих ограничений;

В результате изучения дисциплины при решении профессиональных задач инженер должен уметь:

·  Определять закон управления в виде структуры определенным образом связанных типовых динамических звеньев;

·  Оценивать характеристики и параметры САУ в соответствии с заданными требованиями по точности;

·  Выбирать характеристики и параметры САУ в соответствии с заданными требованиями по точности;

·  Выбирать структуру корректирующего устройства в соответствии с существующими возможностями его технической реализации;

·  Осуществлять анализ устойчивости исходной и скорректированной САУ;

·  Проектировать системы управления с использованием современных программных средств;

Учебный материал дисциплины необходим не только как самостоятельные знания, но и для лучшего понимания других дисциплин.

3. Объем дисциплины и вид учебной работы.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестр
Общая трудоемкость дисциплины	110	7
Аудиторные занятия	51	7
Лекции (Л)	34	7
Практические занятия (ПЗ)	17	7
Лабораторные работы (ЛР)		7
Курсовой проект		7
Самостоятельная работа	59
Вид итогового контроля	экзамен	7

4. Содержание дисциплины

4.1 .Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п	Раздел дисциплины	Аудиторные занятия
		лекции	ПЗ (или С)	ЛР
1	2	3	4	5
1	Основы теории автоматического управления	*	*
2	Основные виды САУ	*	*
3	Анализ САУ	*	*
4	Устойчивость САУ	*	*
5	Качество работы САУ	*	*
6	Синтез САУ	*	*

4.2.Содержание разделов дисциплины.

Раздел «Основы теории автоматического управления» (3 ч.) Основные понятия и определения автоматики; тенденции развития автоматики и систем автоматического управления; классификация систем автоматического управления, контроля и регулирования; принципы обратной связи. Стационарные и нестационарные системы автоматического управления.

Раздел «Основные виды САУ» (3 ч.) Линейные и нелинейные системы автоматического управления. Цифровые системы автоматического управления.

Раздел «Анализ САУ» (8 ч.) Обобщенная структура и дифференцированные уравнения САУ; преобразование Лапласа; переходная и импульсная функции; расчет выходного процесса САУ при детерминированном тестовом воздействии. Типовые динамические звенья САУ и их характеристики; виды соединений звеньев в структурах САУ. Метод расчета передаточной функции САУ с произвольной структурой; многомерные САУ; принцип суперпозиции. Анализ контролепригодности САУ; основные показатели контролепригодности; выбор обобщенного показателя контролепригодности; взаимосвязи между контролепригодностью и ремонтопригодностью САУ; между котролепригодностью и безотказностью САУ.

Раздел «Устойчивость САУ» (6 ч.) Понятие устойчивости САУ; постановка задачи устойчивости; запасы устойчивости; критерии устойчивости. Критерии устойчивости Гаусса - Гурвица; Критерии устойчивости Михайлова и Найквиста. Оценка устойчи­вости по логарифмическим частотным характеристикам САУ; Критерий Сешу - Уоксмена обеспечения контролепригодности САУ по годографу час­тотной характеристики.

Раздел «Качество работы САУ» (4 ч.) Постановка задачи и анализ качества работы САУ; Показатели качества переходного процесса; частотные показатели качества. Точность работы линейной САУ при детерминированных случайных воздействиях.

Раздел «Синтез САУ» (10 ч.) Проектирование САУ с желаемыми передаточными функциями и требуемым уровнем контролепригодности; синтез САУ с заданной структурой; синтез САУ по критерию минимума среднеквадратической ошибки; оптимальная функция Синера и Калмана - Бьюси. Принципы построения средств контроля САУ; встроенные и внешние средства контроля. Определения структуры и состава системы контроля. Определения множества контролируемых параметров САУ и объекта управления. Определения множества эффективных тестовых воздействий для САУ; Выбор информативных контрольных точек в САУ. Обобщенная структура система автоматизированной системы контроля САУ.

Понедельный план проведения занятий - лекционных и практических.

№ п/п	Лекции	(часы)	ПЗ (или С)	(часы)	ЛР	(часы)
1	Основные понятия и опре­деления автоматики; тен­денции развития автоматики и систем автоматического управления; классификация систем автоматического управления, контроля и регулирования; принципы обратной связи.	2	ПЗ № 1	2
2	Стационарные и нестацио­нарные системы автомати­ческого управления.	2
3	Линейные и нелинейные системы автоматического управления.	2	ПЗ №2	2
4	Цифровые системы автома­тического управления.	2
5	Обобщенная структура и дифференцированные уравнения САУ; преобразование Лапласа; переходная и импульсная функции; расчет переходного процесса САУ при детерминированном тестовом воздействии.	2	ПЗ №3	2
6	Типовые динамические звенья САУ и их характе­ристики; виды соединений звеньев в структурах САУ.	2
7	Анализ контролепригодности САУ; основные показатели контролепригодности; выбор обобщенного показателя контролепригодности; взаимосвязи между контролепригодностью и ремонтопригодностью САУ; между котролепригодностью и безотказностью САУ.	2	ПЗ №4	2
8	Понятие устойчивости САУ; постановка задачи устойчивости; запасы устойчивости; критерии устойчивости.	2
9	Критерии устойчивости Гаусса — Гурвица; Критерии устойчивости Михайлова и Найквиста.	2	ПЗ №5	2
10	Оценка устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам САУ; Критерий Сешу — Уоксмена обеспечения контролепри­годности САУ по годографу частотной характеристики.	2
11	Постановка задачи и анализ качества работы САУ; По­казатели качества переходного процесса; частотные показатели качества.	2	ПЗ №6	2
12	Точность работы линейной САУ при детерминированных случайных воздействиях.	2
13	Проектирование САУ с же­лаемыми передаточными функциями и требуемым уровнем контролепригодности; синтез САУ с заданной структурой; синтез САУ по критерию минимума среднеквадратической ошибки; оптимальная функция Синера и Калмана - Бьюси.	2	ПЗ №7	2
14	Принципы построения средств контроля САУ; встроенные и внешние средства контроля. Опреде­ления структуры и состава системы контроля.	2
15	Определения множества контролируемых параметров САУ и объекта управления.	2	ПЗ №8	2
16	Определения множества эффективных тестовых воздействий для САУ; Выбор информативных контрольных точек в САУ.	2
17	Обобщенная структура системы автоматизированного контроля САУ.	2	ПЗ №9	1		.,

5. Практические занятия.

№ п/п	№ раздела дисциплины	Тема практического занятия
1	1	Классификация систем автоматического управления, контроля и регулирования
2	2	Линейные и нелинейные системы автоматического управления
3	3	Расчет переходного процесса САУ при детерминированном тестовом воздействии
4	3	Основные показатели контролепригодности
5	4	Критерии устойчивости САУ
6	5	Показатели качества переходного процесса
7	6	Проектирование САУ с желаемыми передаточными функциями
8	6	Определения множества контролируемых параметров САУ
9	6	Системы автоматизированного контроля

6. Самостоятельная работа.

Изучение лекционного материала. Изучение учебно-методических материалов по дисциплине. Практическое освоение работы с программным комплексом АСОНИКА и его применением для автоматизированного проектирования САУ. Подготовка и оформление отчета по самостоятельной работе. Подготовка к экзамену.

7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.

7.1 .Рекомендуемая литература.

а) Основная:

Учебные материалы по курсу включают конспект лекций на машинном носителе, выполненные в виде гипертекстового документа, а также:

1. , Попов систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1972.

2. , Чинаев и синтез САУ с помощью ЭВМ,-М.: Радио и связь, 1985.

3. Воронов , управляемость, наблюдаемость. - М.: Наука, 1979.

4. Чинаев управление.- М.: Бланкиздат, 1996.

5. Мееров структур систем автоматического регулирования высокой точности.- М.: Физматгиз, 1969.

6. Нетушил автоматического управления. - М.: Высшая школа, 1976.

7. и др. Математическая теория оптимальных процессов.- М: Наука, 1969.

8. Воронов , управляемость, наблюдаемость. - М.: Наука, 1979.

9. Айзерман автоматического регулирования. - М.: Наука, 1966.

10. и др. Адаптивные системы автоматического управления. - Л.: ЛГУ, 1984.

11. , Изранцев автоматического управления с микро ЭВМ.-М.: Наука, 1987.

б) Дополнительная:

1. Радиоэлектронные автоматические системы контроля /Под редакцией . — М: Сов. Радио, 1978, 384 с.

2. Ксенз СП, Диагностика и ремонтопригодность радиоэлектронных средств. — М: Радио и связь, 1989, 248 с.

3. , Увайсов СУ., Долматов техно­логия тепловизионного контроля радиоэлектронных средств. — М.: МГИЭМ, 2001, 98 с.

7.2.Средства обеспечения дисциплины:

- расчетные компьютерные программы: Программный комплекс АСОНИКА, PSpice

- обучающие компьютерные программы

8. Материально — техническое обеспечение дисциплины: лаборатория секции «Надежность и качество» кафедры РЭТ:

- парк персональных компьютеров, объединенных в локальную сеть лаборатории с выходом в корпоративную сеть НИУ ВШЭ и глобальную сеть Internet;