ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (филиал)

ГОУ ВПО «ЯКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. К.

АММОСОВА» в г. Мирном

Кафедра ЭСЭМ

«УТВЕРЖДАЮ»

Зам. директора института по учебной

работе

к. ф.-м. наук

«_____»______________20__ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

"Теория автоматического управления"

Для государственных университетов

Специальность 180100 - " Электромеханика в горной отрасли"

Направление 654500 - "Электротехника, электромеханика, электротехнологии"

курс III, семестр 5.

Всего поГОС - 82 час.

Аудитчас.

КСР - 1 час.

Сам. Работа - 13 час.

Лекцчас.

Лабчас.

Практчас.

Экзамен

Мирный 2008

Составитель ассистент кафедры ЭСЭМ

2006 г.

Редактирование ассистент кафедры ЭСЭМ

С. 2008 г.

Утверждено на заседании кафедры ЭСЭМ

Заведующий кафедрой

Программа одобрена

Научно - методическим советом

МПТИ (ф) ЯГУ

Председатель НМС

1.ТРЕБОВАНИЕ СТАНДАРТА

Дисциплина

Лекции

Прак. раб.

Лаб. раб.

КСР

СРС

Всего

Теория Автомати­ческого Управления

34

17

17

1

13

82

Программа курса «ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ» состоит из следующих разделов: понятия; математические модели непрерывных и дис­кретных линейных объектов и систем: модели "вход-выход", передаточные функции, частотные характеристики, свертки; системная характеристика связи между моделями; дифференциальные модели линейных объектов и систем; модели нелинейных объектов общего вида; анализ установившихся и переходных режимов; методы анализа устойчивости линейных объектов и систем: корне­вые, частотные и алгебраические методы для непрерывного дискретного вре­мени; критерии абсолютной устойчивости; методы синтеза систем автоматиче­ского управления соответствует стандарту специальности 180100 по направлению 654500 - "Электротехника, электромеханика, электротехнологии" специальности 180100 - " Электромеханика в горной отрасли".

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

1. Требования к уровню подготовки студентов, завершивших обучение по программе направления 654500 - "Электротехника, электромеханика, электротехнологии".

1.1. Общие требования к образованности студента:

1.1.1. Знать основные учения в области гуманитарных и социально-
экономических наук, способность научно анализировать социально-значимые
проблемы и процессы, умеет использовать методы этих наук в различных видах
профессиональной и социальной деятельности;

1.1.2.  Знать этические и правовые нормы, регулирующие отношение человека к человеку, обществу, окружающей среде, умеет учитывать их при разработке экологических и социальных проектов;

1.1.3.  Иметь целостное представление о процессах и явлениях, происходящих в неживой и живой природе, понимает возможности современных научных методов познания природы и владеет ими на уровне, необходимом для ре­шения задач, имеющих естественнонаучные содержание и возникающих при
выполнении профессиональных функций;

1.1.4.  Уметь на научной основе организовать свой труд, владеть компьютерными методами сбора, хранения и обработки (редактирования) информации, применяемыми в сфере его профессиональной деятельности;

1.1.5.  Способность в условиях развития науки и изменяющейся социальной практики к переоценке накопленного опыта, анализу своих возможностей,
умеет приобретать новые знания, используя современные информационные образовательные технологии;

1.1.6.  Уметь анализировать состояние вопроса по развитию различных
отраслей горного дела, пользуясь системой основных понятий, шифров, кодов,
символов, терминов;

1.1.7. Уметь пользоваться научно-технической литературой и владеть методикой реферирования научных трудов и технической литературы.

1.2. Требования к уровню подготовки студентов, завершивших изучение курса «ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ».

После изучения курса "Теория автоматического управления" студент должен:

1. Иметь представление: o математическом описании САУ

2. Знать:

2.1.  методы определения устойчивости, запаса устойчивости;

2.2.  методы оценки качества, коэффициента ошибок, добротности;

3. Уметь:

3.1. синтезировать систему по заданным требованиям;

3.2.оценивать устойчивость заданной системы;

3.3.оценивать качество и добротность системы.

2. ПРИНЦИПЫ И ЦЕЛИ

2.1. Принципы построения учебного процесса

Курс "ТАУ" ставит своей задачей изучение общих принципов и методов исследования (анализа) и построения (синтеза) систем автоматического управления.

В результате изучения дисциплины студенты должны получить навыки в составлении математического описания САУ (дифференциальных уравнений, передаточных функций, структурных схем и т. д.), а также уметь анализировать заданную систему. Изучение дисциплины ТАУ должно способствовать теоретической подготовке и освоению таких дисциплин, как "Автоматизированный электропривод", "Электромеханика".

В структуре учебного процесса выделяют три модуля. В первом модуле рассматриваются вводные сведения, необходимые для анализа САУ. Второй модуль занимает центральное место и включает изучение линейных систем и методов их анализа. В третьем модуле рассматриваются нелинейные системы автоматического управления.

2.2. Цели курса

Преподавание курса "ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ" ставит своей целью ознакомление с общими принципами построения систем автоматического управления, методами исследования процессов в этих систе­мах. Дисциплина должна формировать широкое представление о современных системах автоматического управления и методах их анализа и синтеза. Основ­ное внимание должно быть уделено изучению линейных и нелинейных САУ.

3. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

«ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ»

3.1. Структура

Модули

Кол-во лекций

Содержание модулей

Модуль 1. Введение

1

1.1. Системы автоматического управления и выполняемые ими функции

Модуль 2. Тео­рия линейных САУ

12

2.1. Математическое описание (идентифи­кация) линейных САУ. 2.2. Типовые звенья САУ и их характери­стики.

2.3. Структурные схемы САУ.

2.4. Устойчивость линейных САУ.

2.5. Исследование влияния параметров САУ на их устойчивость. 2.6. Качество линейных САУ. 2.7. Коррекция линейных САУ.

Модуль 3. Тео­рия нелинейных САУ

4

3.1. Математическое описание нелиней­ных САУ. 3.2. Исследования динамики нелинейных САУ. 3.3. Расчет переходных процессов и нели­нейных САУ.

3.2. Содержание курса

3.2.1. Лекционные занятия

Содержание модулей

Соотв. целям, требов. ГОС

Кол-во часов

Модуль 1. Введение.

2

1.1. Системы автоматического управления и выполняемые ими функции 1.1.1. Основные термины, понятия и определения: объект управления (регулирование), управляемые (регулируемые) величины, управляющие и возмущающие воздействия, об­ратные связи. 1.1.2. Принципы управления (регулирования): разомкнутый, по отклонению, по возмущению. 1.1.3. Классификация систем автоматического управления (САУ) по различным признакам.

Цель:

2.2.1. СД.07

2

1.1.4. Задачи и особенности теории автоматического управ­ления (ТАУ). Литература [1,2]

Модуль 2. Теория линейных САУ

24

2.1 .Математическое описание (идентификация) линейных САУ.

2.1.1.  Общие принципы составления уравнений динамики
САУ. Формы записи уравнений.

2.1.2.  Типовые воздействия, применяемые при исследовании САУ (единичный импульс, единичный скачок, гармонический сигнал). Представление произвольных сигналов с помощью типовых воздействий.

2.1.3.  Весовая, переходная и передаточная функции элемен­тов и систем.

2.1.4.  Частотные характеристики в обычном и логарифмическом масштабе.

2.2. Типовые звенья САУ и их характеристики.

2.2.1. Принципы выделения типовых звеньев, входящих в
САУ.

2.2.2.  Типовые звенья: безинерционное, апериодическое,
колебательное, интегрирующее, дифференцирующие (пер­вого и второго порядка), идеально-дифференцирующее, не­
минимально-фазовые звенья.

2.2.3. Временные, операторные и частотные характеристики
типовых звеньев.

2.3. Структурные схемы САУ.

2.3.1. Представление САУ в виде структурных схем. Услов­ные изображения и обозначения, применяемые при изобра­жении структурных схем.

2.3.2. Правила преобразования структурных схем.

2.4. Устойчивость линейных САУ.

2.4.1. Понятие устойчивости. Общие условия устойчивости
систем по виду корней характеристического уравнения.

2.4.2. Методы определения устойчивости. Алгебраические
критерии Рауса и Гурвица.

2.4.3.  Частотные критерии Михайлова и Найквиста.

2.4.4.  Определение запаса устойчивости.

2.4.5. Особенности исследования устойчивости систем со
звеньями запаздывания.

2.5. Исследование влияния параметров САУ на их устойчи­вость.

2.5.1. Понятие об областях устойчивости. Определение
влияния параметров на устойчивость систем построения
областей устойчивости. Диаграмма Вишнеградского (рас­ширенная).

2.5.2. Метод Д-разбиения по одному и двум параметрам.

2.5.3. Оценка влияния параметров САУ на устойчивость по
расположению корней характеристического уравнения. Метод корневого годографа. Понятие о структурной неустойчивости САУ.

Цель:

2.2.1. –

2.2.3; СД.07

4

4

2

4

2

2.6. Качество линейных САУ.

2.6.1. Основные показатели качества и особенности их исследования.

2.6.2.  Косвенные методы исследования качества. Инте­гральный и частотный критерии качества. Анализ качества
по расположению корней характеристического уравнения.

2.6.3.  Прямые методы анализа качества. Решение диффе­ренциального уравнения. Операторный метод. Построение
переходных процессов методом трапецеидальных
вещественных частотных характеристик.

2.7. Коррекция линейных САУ (4 часа).

2.7.1.  Назначение коррекции САУ. Виды корректирующих
устройств (последовательные и параллельные).

2.7.2.  Методы коррекции САУ. Синтез корректирующих
устройств по логарифмическим частотным характеристи­кам.

2.7.3.  Синтез последовательных активных корректирующих
устройств.

Литература [1,2]

4

4

Модуль 3. Теория нелинейных САУ

8

3.1. Математическое описание нелинейных САУ (2 часа)

3.1.1.  Понятие о нелинейных системах. Особенности про­цессов преобразования сигналов нелинейными элементами.
Аппроксимация характеристик нелинейных элементов
САУ.

3.1.2. Основные виды и характеристики типовых нелинейных элементов. Особенности преобразования структурных схем нелинейных САУ.

3.2. Исследования динамики нелинейных САУ (4 часа)

3.2.1.  Особенности динамики нелинейных САУ. Устойчи­вости и автоколебания нелинейных САУ. Методы
исследования динамики САУ.

3.2.2.  Метод фазовой плоскости. Понятие фазового пространства, фазовых траекторий и фазовых портретов. Фазо­вая плоскость, уравнение фазовых траекторий.

3.2.3.  Понятие устойчивости нелинейных САУ. Прямой ме­тод Ляпунова. Функция Ляпунова и ее производная. Теоре­ма Ляпунова о неустойчивости нелинейных САУ. Понятие
абсолютной устойчивости, частотный критерий абсолютной
устойчивости .

3.3. Расчет переходных процессов и нелинейных САУ.

3.3.1.  Особенности расчета переходных процессов в нелинейных САУ.

3.3.2.  Анализ переходного процесса с помощью прямого
метода Ляпунова. Литература [1,2]

3

4

2

3.2.2. Практические занятия.

Содержание модулей

Соотв. целям, требов. ГОС

Кол-во часов

Модуль 2. Теория линейных САУ.

13

2.1. Структурные преобразования

Цель:

2.2.1-2.2.4; СД.07

2

2.2. Определение частотных характеристик

Цель:

2.2.1-2.2.4; СД.07

3

2.3. Определение устойчивости при помощи критериев ус­тойчивости

Цель:

2.2.1-

2.2.4; СД.07

2

2.4. Построение областей устойчивости замкнутой САУ

Цель:

2.2.1-

2.2.4; СД.07

2

2.5. Коэффициенты ошибок

Цель:

2.2.1-2.2.4; СД.07

2

2.6. Косвенные методы оценки качества линейных САУ

2.2.1-2.2.4; СД.07

2

Модуль 3. Теория нелинейных САУ

4

3.1. Метод гармонического баланса

2.2.1-2.2.4; СД.07

4

3.2.3. Лабораторные работы.

Содержание модулей

Соотв.

целям, требов.

гос

Кол-во

часов

Модуль 2. Теория линейных САУ.

12

Построение частотных характеристик САУ.

Цель:

2.2.1-

2.2.4; СД.07

4

Исследование устойчивости замкнутой линейной САУ.

Цель:

2.2.1-

2.2.4; СД.07

4

Исследование областей устойчивости замкнутой САУ.

Цель:

2.2.1-2.2.4; СД.07

4

Модуль 3. Теория нелинейных САУ

5

Исследование устойчивости нелинейных систем.

Цель:

2.2.1-2.2.4; СД.07

5

3.3. СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

3.3.1. Структура самостоятельной работы студента

Всего

РГР

Работа с

литер.

17

10

7

График выполнения СРС

Календарные недели занятий в 5 семестре

занятий в

5 семестре

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

ЛР1

ЛР2

ЛРЗ

ЛР4

РГР

Здесь:

ЛР1 – ЛР4 – защита лабораторных работ

РГР – защита расчетно-графической работы

Выдача исходных данных для РГР осуществляется в первую неделю семестра.

3.3.2. Работа с основной литературой.

Модуль 1. Введение.

•  Алгоритмы управления.
Модуль 2. Теория линейных САУ.

•  Применение принципа суперпозиции для исследования линейных САУ.

• Понятие о типовых настройках регуляторов, модульном и симметричном
оптимумах.

•  Принципы подчиненного регулирования.
Модуль 3. Теория нелинейных САУ.

•  Построение фазовых портретов. Особые точки и особые траектории.

•  Построение фазовых портретов.

•  Понятие о знакоопределенных, знакопостоянных и знакопеременных
функциях.

•  Метод точечных преобразований (отображений).

•  Построение переходных процессов по фазовым траекториям

•  Устойчивость в "малом" и "большом".

•  Анализ переходного процесса с помощью критерия Попова.

4. СТРУКТУРА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОБУЧАЕМЫХ

Для успешного изучения курса студенту необходимо:

4.1.  Проработать темы лекционных, практических занятий, а также темы для
самостоятельной работы.

4.2.  Защитить лабораторные работы.

4.3.  Рассчитать, оформить и защитить РГР.

5. РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЗНАНИИ

Студент в результате активной работы в течение семестра может набрать максимально следующее количество баллов:

5.1.  За защиту лабораторных работ: 4 работы по 5 баллов = 20 баллов.

5.2.  За своевременную сдачу РГР - 30 баллов (каждую последующую не­
делю на 10 баллов меньше).

5.3.  Промежуточный коллоквиум: 4 коллоквиума по 5 баллов =20 баллов.
Итого: 70 баллов.

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО КУРСУ

6.1. Основная литература

1. В и др. Основы автоматики и автоматизация горных и геолого-разведочных работ М.: "Недра", 1998.

2. Иванов автоматического управления и регулирования. М.:
"Недра", 1970.

3. Теория автоматического управления. Под ред. . М.:
"Высшая школа", 1976.

4.  Теория автоматического управления. Под ред. . Т. 1 и 2.
М.: "Высшая школа", 1986.

5.  Теория автоматического управления. Под ред. . М.:
"Высшая школа", 1999.

6. , Попов систем автоматического
регулирования. М.: "Наука", 1972.

6.2. Дополнительная литература

7.  Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления. и др. М.: Наука, 1978, 512 с.

8.  Системы автоматического управления. и . М.:
"Высшая школа", 1967, - 418 с.

9.  , , Дмитриев теории автоматического управления, ориентированные на применение ЭВМ. М.: "Энергоатомиздат", 1997,-656 с.

6.  ВОПРОСЫ ЭКЗАМЕНА

1.  Системы автоматического управления и их функции

2.  Воздействия в САУ

3.  Обратные связи

4.  Классы САУ

5.  Принципы управления САУ

6.  Типовые сигналы

6.  Определение переходной характеристики звена

7.  Определение весовой характеристики звена

8.  Передаточная функция

10. Частотные характеристики звеньев

11. Структурные схемы САУ

12. Правила преобразования структурных схем

13. Типовые звенья. Пропорциональное звено

14. Типовые звенья. Апериодическое звено первого порядка

15. Типовые звенья. Колебательное звено

16. Типовые звенья. Идеальное дифференцирующее звено

17. Типовые звенья. Идеальное интегрирующее звено

18. Система устойчивая, неустойчивая, находящаяся на границе устойчиво­сти

19. Критерий устойчивости Гурвица

20. Критерий устойчивости Михайлова

21. Критерий устойчивости Найквиста

22. Логарифмический критерий Найквиста

23. D-разбиение плоскости одного параметра

24. D-разбиение плоскости двух параметров

25. D-разбиение. Особые прямые

26. Показатели качества

27. Коэффициенты ошибок

28. Корневые методы оценки качества САУ. Диаграмма Вышнеградского

29. Интегральные оценки качества САУ

30. Частотные методы оценки качества САУ. Оценка качества по АЧХ сис­темы

31. Частотные методы оценки качества САУ. Оценка качества по ВЧХ сис­темы

32. Коррекции САУ. Способы включения корректирующих устройств

33. Использование жестких обратных связей для коррекции систем

34. Использование гибких обратных связей для коррекции систем

35. Этапы синтеза САУ по асимптотическим ЛАЧХ

36. Построение желаемой ЛАЧХ САУ

37. Классификация нелинейностей

38. Отличия нелинейных систем от линейных

39. Типичные нелинейности

40. Фазовые траектории и фазовые портреты

41. Метод гармонической линеаризации

42. Алгебраический способ определения автоколебаний и устойчивости в нелинейных системах