Основы теории управления

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Астраханский государственный университет»

в г. Знаменске Астраханской области

«УТВЕРЖДАЮ»

Директор филиала ФГБОУ ВПО АГУ

в г. Знаменске Астраханской области

__________________

Дисциплина блока общепрофессиональные дисциплины

(название блока учебного плана)

Компонент федеральный

Кафедра математики и информатики

(название кафедры)

Основы теории управления

(дисциплина)

Рабочая учебная программа

для специальности

050202.65 Информационные системы и технологии (Знаменск)

(название специальности/ей)

3

(номер курса)

Автор - составитель:

(ФИО авторов)

e-mail:

*****@***ru

(адрес электронной почты)

Основы теории управления

(название дисциплины)

Рабочая учебная программа

Автор составитель

к. т.н.

(звание, ФИО)

Ответственный редактор

Зав. кафедрой математики и информатики,

д. т.н., профессор,

(звание, ФИО)

Рабочая учебная программа обсуждена

на заседании кафедры математики и информатики

Протокол № 16 от 01.01.2001 г.

Выписка из учебного плана

Наименование тем	Количество аудиторных часов
Всего
Лек	Сем	Лаб	Сам
Итого аудиторных часов	34	17		17	34
Всего часов	68

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Дисциплина "Основы теории управления" имеет цель научить студентов основным принципам функционирования, анализа и синтеза систем управления различными техническими устройствами, лежащими в основе построения экономических, биологических, общественных и других систем.

В результате изучения дисциплины студенты должны

иметь представление:

· об общих принципах системной организации

· об истории и методологии теории управления;

· о фундаментальных принципах управления и основных видах алгоритмов функционирования систем управления;

· об измерительных, усилительных и исполнительных элементах автоматических систем;

· об устойчивых и неустойчивых системах управления;

· о принципах построения современных систем автоматического управления (в том числе цифровых);

· об использовании микропроцессоров и микро-ЭВМ в технических системах управления

знать:

· основные понятия и определения теории управления;

· общую характеристику и классификацию систем автоматического управления;

· характеристики типовых динамических звеньев;

· особенности математического описания цифровых систем управления

· способы построения структурных схем динамических элементов;

· способы определения передаточных функций систем управления;

· методы анализа устойчивости систем управления;

· методы оценки качества систем управления;

· методы синтеза систем управления;

уметь:

· составлять дифференциальные уравнения типовых звеньев систем управления;

· определять передаточные функции разомкнутых и замкнутых систем управления;

· проводить анализ устойчивости систем управления;

· делать оценку качества систем управления;

· проводить анализ и синтез систем управления с ЭВМ в качестве управляющего устройства;

иметь навыки:

· построения структурных схем систем управления;

· определения передаточных функций разомкнутых и замкнутых систем управления;

· проведения исследования устойчивости систем управления с помощью алгебраических критериев и частотных характеристик;

· проведения синтеза корректирующих устройств с целью улучшения качества процесса регулирования;

· составления программных алгоритмов управления в цифровых системах.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО ТЕМАМ И ВИДАМ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ

Наименование тем	Количество аудиторных часов
Всего
Лек	Сем	Лаб	Сам
1	2	3	4	5	6
Раздел 1. Управление и информатика	2	2			4
Раздел 2. Инвариантность и чувствительность систем управления	8	4		4	2
Раздел 3. Математические модели объектов и систем управления	8	4		4	2
Раздел 4. Формы представления моделей	8	4		4	4
Раздел 5. Использование микропроцессоров и микро-ЭВМ в системах управления	6	2		5	4
Раздел 6. программная реализация алгоритмов управления в цифровых системах	4	1			1
Итого аудиторных часов	34	17		17	34
Количество часов самостоятельной работы студентов	34
Всего часов	68

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

Раздел 1. Управление и информатика

Основные понятия: объект управления, сигнал управления, управляющее воздействие, возмущающее воздействие, устройство управления, управляемая (регулируемая) величина. Термины и определения теории автоматического управления.

Фундаментальные принципы управления: разомкнутые и замкнутые системы, системы с обратной связью; управление по возмущению и по отклонению. Сигнал рассогласования (ошибки).

Раздел 2. Инвариантность и чувствительность систем управления

Критерий устойчивости Гурвица, Михайлова, Найквиста. Показатели качества переходного процесса: точность, характер переходного процесса и частотные свойства.

Корневые методы. Оценка качества процесса по распределению корней характеристического уравнения. Метод корневого годографа.

Частотные методы. Связь между переходным процессом и вещественной характеристикой. Построение вещественной ЧХ по логарифмическим частотным характеристикам разомкнутой системы.

Интегральные оценки качества процесса.

Раздел 3. Математические модели объектов и систем управления Передаточная функция. Определение передаточной функции. Переход от дифференциального уравнения к передаточной функции. Обобщенная форма записи передаточной функции в виде дробно-рационального многочлена. Полиномы числителя и знаменателя передаточных функций и их порядки. Условие физической реализуемости системы по виду передаточной функции.

Переходная функция. Понятие и определение переходной функции. Обобщенное выражение для переходной функции как результат решения дифференциального уравнения. Виды переходных функций для систем первого и второго порядков.

Частотные характеристики. Амплитудная и фазовая частотные характеристики. Годограф частотной характеристики. Логарифмические частотные характеристики. Понятие о декаде и октаве.

Безынерционное звено. Инерционное звено. Интегрирующее звено. Колебательное звено. Идеальное дифференцирующее звено. Дифференцирующее звено первого порядка. Звено запаздывания.

Виды соединений звеньев: последовательное, параллельное и с обратной связью. Определение передаточных функций при различных видах соединения звеньев.

Передаточные функции разомкнутой и замкнутой систем. Связь между передаточными функциями разомкнутой и замкнутой систем.

Передаточные функции статических и астатических систем. Понятие о статической ошибке. Передаточная функция ошибки. Особенности астатических систем автоматики. Понятие о статизме системы. Определение порядка статизма системы.

Раздел 4. Формы представления моделей

Желаемая передаточная функция разомкнутой системы. Задачи синтеза САУ. Передаточные функции корректирующих устройств. Способы включения корректирующих устройств: последовательный, параллельный и с обратной связью.

Раздел 5. Использование микропроцессоров и микро-ЭВМ в системах управления

Анализ цифровых систем автоматического управления. Z-преобразование и дискретное преобразование Лапласа. Передаточные функции разомкнутой и замкнутой систем, их устойчивость, переходные процессы и оценка качества процессов.

Раздел 6. Программная реализация алгоритмов управления в цифровых системах

Экстремально регулирование. Оптимальное управление. Вариационные методы. Принцип максимума. Динамическое программирование. Адаптивные системы

Основная литература

1. Востриков автоматического регулирования. М: Высшая школа, 2006, 365 с.

2. , , Михеев автоматического управления. Дизайн ПРО, 2007, 362

3. Корнеев автоматического управления с практикумом. Учебное пособие. М: Академия, 2008 г., 224

4. : Теория автоматического управления (аналитические методы). М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006, 392 с.

5. Яковлев автоматического управления. М: Высшая школа, 20с.

6. Ротач автоматического управления. МЭИ, 2006 г., 400 с.

Дополнительная литература

7. , Цифровые автоматические системы. – М.: Наука, 2006.

8. , Основы теории автоматического управления. – М.: Энергия, 2007.

9. , Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. – М.: Наука, 2008.

10. Под ред , Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления. – М.: Наука, 2008.

11. , Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. – М.: Наука, 2008.

12. , Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. – М.: Наука, 2009.

13. и др., Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. – М.: Машиностроение, 2005.

14. Теория автоматического управления / Под ред. – М.: Высшая школа, ч.1 1976, ч.2 2009

15. Теория автоматического управления / Под ред. – М.: Высшая школа, 2007.

16. Топчеев для проектирования систем автоматического регулирования. Учеб. пособие для вузов. М.: Машиностроение, 2009.-752 с.

17. , Основы теории автоматических систем. – М.: Наука, 2007.

18. Математические основы теории автоматического регулирования / Под ред. – М.: Высшая школа, ч.1,2. 2007.

Интернет-ресурсы

19. http://elib.ispu.ru/library/lessons/faleev/index.html

20. http://www.toehelp.ru/theory/tau/contents.html

21. http://tex. imm. *****/tom5/stefan/node1.html

22. http://www. *****/tools/lekcii/tau_kl/tau0.htm#content

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЗАЧЕТУ

1. Дать понятие процесса управления, объекта управления, устройств управления. Привести примеры.

2. Привести структурную и функциональную схемы САУ. Описать значения сигналов и устройств.

3. Дать общую классификацию САУ. Привести примеры

4. Описать работу стабилизирующих, следящих и программных САУ. Привести их структурные схемы. Описать назначение устройств и сигналов.

5. Описать работу адаптивных и неадаптивных САУ. Привести их структурные схемы. Описать назначение устройств и сигналов

6. Описать работу непрерывных и дискретных САУ. Привести их структурные схемы. Описать назначение устройств и сигналов

7. Дать понятие принципов управления (разомкнутого, по отклонению и по возмущению).

8. Дать понятие типовых входных воздействий(единичное, импульсное, гармоническое).

9. Описать реакцию САУ на каждое типовое воздействие.

10. Математическое описание САУ

11. Дать понятие передаточных функций разомкнутых, замкнутых систем и ошибки.

12. Дать понятие динамических характеристик САУ.

13. Дать понятие частотных характеристик САУ.

14. Дать понятие логарифмических координат. Построение логарифмических частотных характеристик.

15. Дать общую характеристику типовых звеньев САУ.

16. Дать общее понятие об устойчивости САУ. Определить показатели качества переходного процесса.

17. Определить основные положения критерия устойчивости Рауса – Гурвица.

18. Дать характеристику частотных методов устойчивости.

19. Правила структурных преобразований САУ.

Дать понятие законов управления. Рассмотреть их характеристики

КАЛЕНДАРНЫЙ План ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ

Порядковый номер	Содержание занятия	Количество аудиторных часов	Объем материала	Форма контроля	Задания для самостоятельной работы студентов
1.	Раздел 1. Управление и информатика	2 часа	1 [стр. 5-21], 2 [стр. 4-10], 5 [стр. 4-12]	Рейтинговый контроль (тест)
2.	Раздел 2. Инвариантность и чувствительность систем управления	2 часа	1 [стр. 26-44], 2 [стр. 24-36], 6 [стр. 12-27]	Рейтинговый контроль (тест)
3.	Раздел 3. Математические модели объектов и систем управления	2 часа	1 [стр. 45-64], 2 [стр. 41-55], 5 [стр. 33-48]	Рейтинговый контроль (тест)
4.	Раздел 4. Формы представления моделей	2 часа	2 [стр. 58-69], 4 [стр. 32-79], 5 [стр. 56-87]	Рейтинговый контроль (тест)
5.	Раздел 5. Использование микропроцессоров и микро-ЭВМ в системах управления	2 часа	1 [стр. 69-97], 2 [стр. 72-101], 4 [стр. 84-114], 5 [стр. 89-99]	Рейтинговый контроль (тест)
6.	Раздел 6. программная реализация алгоритмов управления в цифровых системах	4 часа	1 [стр. 100-126], 2 [стр. 102-134], 4 [стр. 115-129], 5 [стр. 100-144]	Рейтинговый контроль (тест)

КАЛЕНДАРНЫЙ План ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

Порядковый номер	Содержание занятия	Количество аудиторных часов	Объем материала	Форма контроля	Задания для самостоятельной работы студентов
1	Раздел 1. Управление и информатика	4 часа	Лекция 1, Лекция 2, Лекция 3	Отчет по лабораторной работе	Изучение теоретического материала по теме
2	Раздел 2. Инвариантность и чувствительность систем управления	4 часа	Лекция 4, Лекция 5	Отчет по лабораторной работе	Изучение теоретического материала по теме
3	Раздел 3. Математические модели объектов и систем управления	4 часа	Лекция 5, Лекция 6	Отчет по лабораторной работе	Изучение теоретического материала по теме
4	Раздел 4. Формы представления моделей	4 часа	Лекция 7	Отчет по лабораторной работе	Изучение теоретического материала по теме
5	Раздел 5. Использование микропроцессоров и микро-ЭВМ в системах управления	2 часа	Лекция 8	Отчет по лабораторной работе	Изучение теоретического материала по теме