Технологический институт СГТУ
Кафедра ТЭМ
Р А Б О Ч А Я П Р О Г Р А М М А
По дисциплине «Теория автоматического управления технологическими процессами»
для специальности 120100 «Технология машиностроения»
Курс 4
Семестр 7
Часов в неделю - 3
Курсовая работа – нет
Курсовой проект – нет
Расчетно-графическая работа – нет
Контрольная работа 7 семестр
Экзамен 7 семестр
Зачет - нет
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «____» _______20__ г. протокол № _________
Зав. кафедрой __________________
Рабочая программа утверждена учебно-методической комиссией по специальности
«____» _______20___ г. протокол № _________
Председатель УМКС ______________
Энгельс 2004 г.
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
1.1 Цель преподавания дисциплины
Целью преподавания данной дисциплины является освоение общих принципов и средств, необходимых для управления динамическими системами различной физической природы применительно к технологическим системам, используемым для организации высокоэффективных автоматизированных производственных процессов в машиностроении.
1.2 Задачи преподавания дисциплины
В процессе изучения дисциплины ТАУ ТП студенты должны приобрести знания по общим принципам и тенденциям развития современных систем автоматического управления (САУ), научиться разрабатывать математические модели отдельных подсистем управления, а также освоить методы исследования различных характеристик существующих и вновь разрабатываемых устройств контроля и управления технологическими процессами.
1.3 Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для усвоения данной дисциплины.
Дисциплина ТАУ ТП базируется на усвоении студентами фундаментальных положений дисциплин:
«Высшая математика».
«Физика».
«Теоретическая механика».
«Теоретические основы электротехники».
Материал дисциплины служит теоретической основой для изучения специальных дисциплин: «Металлорежущие станки», «Гидравлика, гидропневмопривод и гидропневмоавтоматика», «Автоматизация производственных процессов в машиностроении».
2. Требования к знаниям и умениям студентов по дисциплине
Студент должен знать основы теории автоматического регулирования, главные принципы построения современных систем управления технологическими процессами, владеть инструментом синтеза и анализа систем управления, иметь четкое представление о современной материально-технической базе и возможностях устройств управления.
Студент должен уметь выполнять комплекс расчетов, связанных с нахождением передаточных функций и уравнений переходного процесса автоматических систем, проводить анализ качества процесса управления. Также необходимо овладение аппаратом построения автоматических систем при заданных характеристиках процесса регулирования.
3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ ПО РАЗДЕЛАМ ТЕМАМ И ВИДАМ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ.
№ Модуля | № недели | № Темы | НАИМЕНОВАНИЕ ТЕМЫ | Часы | |||
Всего | Лекции | Практ. Занятий | Самост Работ | ||||
1 | 1 | 1. | Введение. | 1 | 1 | ||
1-2 | 2. | Основные понятия и определения | 2 | 2 | |||
2-3 | 3. | Классификация систем автоматического управления | 7 | 2 | 2 | 3 | |
3-6 | 4. | Математическое описание линейных систем | 11 | 6 | 2 | 3 | |
2 | 6-7 | 5. | Методика составления дифференциальных уравнений | 9 | 3 | 6 | |
8 | 6. | Динамические звенья и их характеристики | 5 | 2 | 3 | ||
9 | 7. | Структурные схемы и правила их преобразования | 2 | 2 | |||
10 | 8. | Функциональные типовые элементы | 2 | 2 | |||
3 | 11 | 9. | Устойчивость линейных систем | 4 | 2 | 2 | |
12 | 10. | Качество процессов управления | 4 | 2 | 2 | ||
13-14 | 11. | Синтез систем | 8 | 4 | 4 | ||
15-16 | 12. | Адаптивные системы | 3 | 3 | |||
16-17 | 13. | Использование ЭВМ в контуре управления | 3 | 3 | |||
Итого | 61 | 34 | 17 | 10 |
4. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА.
№ темы | Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции | ||
Всего чкасов | № лекции | ||
1 | 2 | 3 | 4 |
1 | 1 | 1 | Введение. Содержание и задачи курса, роль науки об управлении в решении производственных задач, цели и задачи системы управления технологическими процессами в машиностроении |
2 | 2 | 1-2 | Основные понятия и определения. Содержание понятий система, регулирование, управление, объект управления, управляемая величина, возмущающее воздействие. Основные принципы регулирования, принципы действия САУ, блок-схема САУ. Замкнутые и разомкнутые САУ. |
3 | 2 | 2-3 | Классификация САУ. Классификация САУ по характеру входного воздействия: системы автоматического регулирования, программного управления, следящие системы, адаптивные системы, статические и астатические системы. Классификация САУ по характеру внутренних динамических процессов: линейные и нелинейные, стационарные и нестационарные. |
4 | 6 | 3-6 | Математическое описание линейных систем. Понятие о моделировании. Физическое и математическое моделирование. Понятие об установившемся процессе. Статические характеристики САУ. Описание связей между входной и выходной величинами параметров (статические характеристики, уравнения статики, передаточные коэффициенты). Виды соединений звеньев. Уравнения динамики объектов. Динамические характеристики, сигналы, воздействующие на САУ, переходные характеристики. |
5 | 3 | 6-7 | Методика составления дифференциальных уравнений. Линеаризация уравнений разложением в ряд Тэйлора, преобразование Лапласа, передаточная функция, комплексный коэффициент усиления. Частотные характеристики звеньев, амплитудно-фазовые характеристики, логарифмические амплитудно-частотные характеристики. |
6 | 2 | 8 | Динамические звенья и их характеристики: безынерционное, инерционное, колебательное, интегрирующее, дифференцирующее, интегро-дифференцирующее, запаздывающее. |
7 | 2 | 9 | Структурные схемы и правила их преобразования: последовательное, параллельное и встречно-параллельное включение звеньев; правило переноса точек отвода обратных связей. Передаточные функции одноконтурных и многоконтурных систем, структурные схемы САР и их передаточные функции. |
№ темы | Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции | ||
Всего часов | № лекции | ||
1 | 2 | 3 | 4 |
8 | 2 | 10 | Функциональные типовые элементы: чувствительные элементы, усилительные, силовые, регулирующие и стабилизирующие элементы, передаточная функция человека в системе управления |
9 | 2 | 11 | Устойчивость линейных систем. Понятие устойчивости, математический признак устойчивости систем. Алгебраический критерий устойчивости Гурвица. Критерий Михайлова, его физическая интерпретация. |
10 | 2 | 12 | Качество процесса управления. Понятие о качестве процесса управления. Основные показатели качества в статике и динамике (статическая ошибка, время регулирования, перерегулирование, колебательность систем). Частотные показатели качества. Улучшение качества процесса регулирования. |
11 | 4 | 13-14 | Синтез систем. Синтез САУ по заданным показателям качества процесса управления. Методы повышения точности систем. Коррекция систем введением регуляторов. Синтез САУ по ЛАЧХ. |
12 | 3 | 15-16 | Адаптивные системы. Классификация систем адаптивного управления. Структура системы. Методы поиска экстремума. Система адаптивного управления станочным оборудованием. |
13 | 3 | 16-17 | Использование ЭВМ в контуре управления. Программное управление станками. ЭВМ в режиме сбора и обработки информации, в режиме прямого цифрового управления. |
5. ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
№ темы | Тема практического занятия. Вопросы, отрабатываемые на занятии | ||
Всего часов | № занятия | ||
1 | 2 | 3 | |
2 | 2 | 1 | Составление функциональных схем САУ |
4 | 2 | 2 | Построение структурных схем и определение коэффициента передачи в статике |
5 | 6 | 3,4,5 | Моделирование САУ. Построение математической модели системы с электромагнитом – составление дифференциального уравнения движения, линеаризация, запись в операторной форме, нахождение передаточной функции. Нахождение передаточной функции гидродвигателя с регулятором |
6 | 3 | 6-7 | Нахождение передаточных функций типовых звеньев. |
5 | 2 | 7-8 | Частотные характеристики звеньев. Построение АФХ, ЛАЧХ. |
9 | 2 | 8-9 | Определение устойчивости системы по критерию Гурвица. Понятие замкнутой и разомкнутой системы. Определение устойчивости системы по критерию Михайлова |
6. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
№ темы | Литература | ||
Всего часов | Вопросы для самостоятельного изучения | ||
4 | 3 | Цели и методы экспериментального исследования. Математическое моделирование. | Л.1, гл.13, с. 553-575 |
3 | 3 | Понятие о нелинейных системах и их особенностях. | Л. 1 ,гл. 11. |
11 | 4 | Синтез систем автоматического регулирования: при последовательном включении звеньев и при параллельном включении звеньев. | Л. 4 |
7. КУРСОВОЙ ПРОЕКТ – НЕТ
8. КУРСОВАЯ РАБОТА – НЕТ
9. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА – НЕТ
10. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА – 16 ЧАСОВ
Задания на контрольную работу:
1. Рассчитать передаточную функцию интегрирующей RC цепочки, найти график переходного процесса
2. Составить дифференциальное уравнение движения системы пружины и демпфера.
3. Определить устойчивость системы по критерию Михайлова по имеющемуся характеристическому уравнению.
4. Определить устойчивость системы по критерию Гурвица по имеющемуся характеристическому уравнению.
5. Построить частотные характеристики Z фильтра
11. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
1. Содержание понятий система, регулирование, управление, объект управления, управляемая величина, возмущающее воздействие.
2. Основные принципы регулирования, принципы действия САУ, блок-схема САУ.
3. Замкнутые и разомкнутые САУ.
4. Классификация САУ. Классификация САУ по характеру входного воздействия: системы автоматического регулирования, программного управления, следящие системы, адаптивные системы, статические и астатические системы.
5. Классификация САУ по характеру внутренних динамических процессов: линейные и нелинейные, стационарные и нестационарные.
6. Математическое описание линейных систем. Понятие о моделировании. Физическое и математическое моделирование.
7. Понятие об установившемся процессе. Статические характеристики САУ. Описание связей между входной и выходной величинами параметров (статические характеристики, уравнения статики, передаточные коэффициенты).
8. Виды соединений звеньев.
9. Уравнения динамики объектов. Динамические характеристики, сигналы, воздействующие на САУ, переходные характеристики.
10. Методика составления дифференциальных уравнений.
11. Линеаризация уравнений разложением в ряд Тэйлора
12. Преобразование Лапласа, передаточная функция, комплексный коэффициент усиления.
13. Частотные характеристики звеньев, амплитудно-фазовые характеристики, логарифмические амплитудно-частотные характеристики.
14. Динамические звенья и их характеристики: безынерционное звено
15. Инерционное звено
16. Колебательное звено
17. Интегрирующее звено
18. Дифференцирующее звено
19. Интегро-дифференцирующее звено
20. Запаздывающее звено
21. Структурные схемы и правила их преобразования: последовательное, параллельное и встречно-параллельное включение звеньев; правило переноса точек отвода обратных связей.
22. Передаточные функции одноконтурных и многоконтурных систем, структурные схемы САР и их передаточные функции
23. Функциональные типовые элементы: чувствительные элементы
24. Усилительные элементы
25. Силовые элементы
26. Регулирующие и стабилизирующие элементы
27. Передаточная функция человека в системе управления
28. Устойчивость линейных систем. Понятие устойчивости, математический признак устойчивости систем.
29. Алгебраический критерий устойчивости Гурвица.
30. Критерий Михайлова, его физическая интерпретация.
31. Качество процесса управления. Понятие о качестве процесса управления. Основные показатели качества в статике и динамике (статическая ошибка, время регулирования, перерегулирование, колебательность систем).
32. Частотные показатели качества. Улучшение качества процесса регулирования
33. Синтез систем. Синтез САУ по заданным показателям качества процесса управления.
34. Методы повышения точности систем. Коррекция систем введением регуляторов.
35. Синтез САУ по ЛАЧХ
36. Адаптивные системы. Классификация систем адаптивного управления. Структура системы.
37. Методы поиска экстремума. Система адаптивного управления станочным оборудованием
38. Использование ЭВМ в контуре управления. Программное управление станками. ЭВМ в режиме сбора и обработки информации, в режиме прямого цифрового управления.
12. СПИСОК ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
12.1 ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Егоров теории автоматического регулирования. М.: Энергия, 1968.-648 с.
2. , Чуич автоматического управления. М.: Высшая школа,1967.
3. Головенков автоматики и автоматического регулирования станков с программным управлением. М.: Машиностроение, 1988.
4. Иващенко регулирование. Теория и элементы системы: Учебник. - М.: Машиностроение, 1978.
5. Клюев регулирование. М.: Высш. Шк., 1986.
6. и др. Автоматизация производственных процессов: Учебник. / Под ред. . - М.: Высшая школа, 1978.
7. Соломенцев и др. Адаптивное управление технологическими процессами. М.: Машиностроение, 1980.
8. Старовертов автоматизации производства: Учебник. - М.: Машиностроение, 1989.
9. Сборник задач по теории автоматического управления и регулирования / Под ред. . М.: Наука, 1978.-587 с.
13. Использование НАГЛЯДНЫХ ПОСОБИЙ И вычислительной техники
При проведении расчетов и построении графиков, а также оформлении работ используются текстовый редактор «Мicrosoft Word», программы «Маткад 6.0»
Наглядные пособия представлены в виде плакатов и отдельных элементов автоматики.
Рабочую программу составил:
14. Дополнения и изменения в рабочей программе
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры «____»________________20 г.
Зав. каф. _______________________
Внесенные изменения утверждаю
Председатель УМКС
Зав. каф. ___________________________
