Программа дисциплины для студентов (стр. 1 )

Программа дисциплины для студентов

Форма Ф СО ПГУ 7.18.2/07

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Кафедра Автоматизации и управления

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ

дисциплина Теория линейных систем автоматического регулирования

специальности 050702 – Автоматизация и управление

Павлодар

Лист утверждения к программе дисциплины для студентов

Форма Ф СО ПГУ 7.18.2/11

УТВЕРЖДАЮ

Декан энергетического факультета

____________

«____»______________200_г.

Составитель: профессор, д. т.н. _____________

Кафедра Автоматизации и управления

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

дисциплины "Теория линейных систем автоматического регулирования"

для специальности 050702 – Автоматизация и управление

Программа разработана на основании рабочей учебной программы,
утвержденной " __ " _______ 200_ г.

Рекомендована на заседании кафедры 29.08.2007 г.

Протокол № 1

Заведующий кафедрой _________

Одобрена методическим советом Энергетического факультета

01.09.2006 г. Протокол № 15.

Председатель МС _________

СОГЛАСОВАНО

Заведующий кафедрой _________

" 29 " августа 2007 г.

Теория линейных систем

автоматического регулирования

Кафедра Автоматизации и управления.

Энергетический факультет.

Профессор, д. т.н. (лекционные и практические занятия).

Приемные часы: четверг с 14.30 до 15.00 часов, кабинет А-333.

Ассистент, м. т.н. Жантлесова Асемгуль Бисимбаевна (лабораторные занятия).

Приемные часы: пятница с 10.00 до 15.00.

Данные о дисциплине:

Название: «Теория линейных систем автоматического регулирования».

Количество часов – 135.

Курс читается в 5 семестре.

В течение 5 семестра предусмотрено 18 часов лекционных, 18 часов практических, 18 часов лабораторных, 81 час самостоятельных занятий.

Место проведения занятий - согласно расписанию.

Форма контроля по дисциплине - экзамен.

Пререквизиты:

Для изучения дисциплины необходимо знание предметов:

- Физика - разделы: Электричество. Магнетизм;

- Математика - разделы: Решение дифференциальных уравнений. Функции комплексных переменных. Показательные функции. Численные методы решения дифференциальных уравнений. Преобразование Фурье-Лапласа. Действия с векторами и матрицами;

- Информатика - разделы: Программирование. Методы решения систем уравнений на ЭВМ. Прикладное программное обеспечение. MS Office.

Цели изучения дисциплины:

Целью преподавания ТЛСАР является подготовка высококвалифици­рованного специалиста, глубоко знающего основы теории автоматического управления и умеющего выполнять расчетные работы по созданию и внедрению в эксплуатацию автоматических систем с широким использованием средств современной компьютерной техники.

В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

- роль и место автоматических систем в задачах автоматизации технических объектов и производств;

- историю развития дисциплины;

- основные принципы и схемы автоматического управления, основные типы систем автоматического управления (САУ), их математическое описание и основные задачи исследования;

- роль, содержание и методы линейной теории систем; методы пространства состояний и комплексной области;

- фундаментальные математические основы анализа процессов в линейных системах, в частности, методы линейной алгебры, теории матриц, дифференциальных уравнений, интегральных преобразований и теории функции комплексного переменного.

В результате изучения дисциплины студенты должны уметь:

- применять математические методы для анализа общих свойств линейных систем, на этой основе владеть методами анализа и синтеза линейных систем автоматического управления;

- выполнять расчетные работы по анализу устойчивости и качества систем, синтезу параметров и корректирующих звеньев по заданным требованиям к качеству функционирования систем.

Список основной и дополнительной литературы

Основная литература

1 Ерофеев автоматического управления: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Политехника, 2005. – 302 с.

2 Мирошник автоматического управления. Линейные системы. – СПб.: Питер, 2005. – 336 с.

3 Бороденко курс теории линейных систем автоматического регулирования. – Павлодар : Изд-во ПГУ, 2007. – 260 с.

4 Бороденко автоматического управления. Лабораторный практикум. – Павлодар : Изд-во ПГУ, 2004. – 15 с.

Дополнительная литература

5 Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления: Под ред. . – 5-е изд. – М.: Наука, 1978. – 512 с.

6 Электрические системы. Математические задачи электроэнергетики: Учебник для студентов вузов / Под ред. . – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1981. – 288 с.

Компоненты курса

Перечень практических занятий

Тема 1. Составление функциональных схем по принципиальным схемам САР.

Тема 2. Математическое описание САР.

Тема 3. Типовые звенья САР.

Тема4. Основные правила составления и преобразования структурных схем и определение передаточных функций систем.

Тема 5. Построение логарифмических частотных характеристик звеньев и систем.

Тема 6. Исследование устойчивости стационарных линейных САУ.

Тема 7. Определение переходных процессов с помощью обратного преобразования Лапласа.

Тема 8. Построение графика переходного процесса по вещественным частотным характеристикам системы (методы трапеций и треугольников).

Тема 9. Методы оценки качества регулирования линейных систем.

Тема 10. Синтез корректирующих устройств по логарифмическим амплитудно-частотным характеристикам.

Перечень лабораторных занятий

Тема 1. Исследование временных характеристик фильтра.

Тема 2. Исследование частотных характеристик фильтра.

Тема 3. Исследование устойчивости по критерию Михайлова.

Тема 4. Выбор параметров регулятора методом D-разбиения.

Тема 5. Коррекция системы методом корневого годографа.

Тема 6. Исследование прямых оценок качества регулирования.

Тема 7. Оценка запасов устойчивости системы регулирования.

Тематический план дисциплины		Форма Ф СО ПГУ 7.18.2/07
	Тематический план дисциплины
	Очная форма обучения на базе ОСО
	№	Наименование тем	Количество часов
	пп		лек.	прак.	лаб	СРС
	1	Автомат. системы и задачи теории управления и регулирования	3	3	3	6
	2	Модели, основы анализа и общие свойства стационарных непре­рывных линейных систем	3	3	3	10
	3	Критерии и области устойчивости обыкновенных непрерывных стационарных систем	3	3	3	10
	4	Переходные процессы и качество непрерывных стационарных сис­тем управления	3	3	3	10
	5	Системы с запаздыванием и распределенными параметрами	3	3	3	10
	6	Обеспечение устойчивости, повышение качества регулирования и синтез линейных САУ	3	3	3	10
		Курсовая работа	-	-	-	25
	ИТОГО по дисциплине	18	18	18	81

Содержание теоретического курса

Тема 1. Автоматические системы и задачи теории управления и регули­рования

Управление и регулирование в технике, объекты и системы автоматиче­ского управления (САУ). Принципы построения САУ. Функциональное описа­ние САУ и их элементов. Классификация САУ по назначению и принципам ра­боты. Системы стабилизации, программного управления и следящие системы.

Статические и динамические модели САУ и их звеньев. Дальнейшая классификация САУ по их свойствам и математическому описанию: обыкно­венные системы и системы с распределенными параметрами, непрерывные и дискретные, детерминированные и стохастические, одномерные и многомер­ные, линейные и нелинейные, оптимальные и адаптивные системы.

Тема 2. Модели, основы анализа и общие свойства стационарных непре­рывных линейных систем

Стационарные линейные системы, модели временной области, линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами в нормальной форме Коши.

Модели комплексной области. Передаточные функции. Матрица переда­точных функций как матрица линейного преобразования «вход-выход» в изо­бражениях. Матрица передаточных функций системы, заданной в нормальной форме Коши. Присоединенная матрица и характеристический полином сис­темы.

Структурные схемы и графы стационарных систем. Одномерные и мно­гомерные звенья. Структурные схемы. Одноконтурные, многоконтурные и многосвязные системы. Структурные графы. Правила преобразования струк­турных схем и графов. Векторно-матричное описание многомерных и много­связных систем.

Анализ процессов в стационарных линейных системах. Задача исследо­вания процесса по его изображению. Устойчивость стационарных систем. Ди­намические характеристики стационарных САУ. Весовые (импульсные пере­ходные) и единичные переходные функции. Реакция на гармонические воздей­ствия. Частотные характеристики. Минимально-фазовые звенья. Типовые ди­намические звенья.

Тема 3. Критерии и области устойчивости обыкновенных непрерывных стационарных систем

Условия устойчивости линейных САУ. Алгебраические критерии устой­чивости. Принцип аргумента и частотные критерии устойчивости. Критерии Михайлова и Найквиста. Запасы устойчивости. Критический коэффициент усиления. Метод логарифмических амплитудно-фазовых частотных характе­ристик.

Области устойчивости в пространстве параметров. Д-разбиение по од­ному и двум параметрам. Основная кривая и особые прямые. Выделение об­ласти устойчивости.

Тема 4. Переходные процессы и качество непрерывных стационарных систем управления

Переходный процесс в одноконтурной САУ. Прямые оценки качества САУ. Время нарастания и регулирования процессов, колебательность и перере­гулирование. Косвенные критерии. Частотные и алгебраические методы ис­следования переходного процесса. Численные методы расчета переходного процесса.

Точность и показатели точности одноконтурных систем управления. Пере­ходная и установившаяся ошибки. Статические и астатические системы. Формулы разложения установившейся ошибки, коэффициенты ошибок.

Интегральные критерии качества. Линейные и квадратические инте­гральные функционалы как критерии качества переходного процесса. Методы их вычисления.

Частотные критерии оценки качества системы. Полоса пропускания, показа­тель колебательности и резонансная частота. Построение частотных характеристик замкнутой системы. Частотные характеристики и свойства переходного процесса. Свойство масштабов временной и частотной области. Оценка показателя колеба­тельности.

Приближенные методы построения кривой переходного процесса по частот­ным характеристикам замкнутой САУ.

Тема 5. Системы с запаздыванием и распределенными параметрами

Системы с запаздыванием, модели временной и комплексной области, ме­тоды анализа. Характеристический квазиполином, распределение его нулей и асим­птотические свойства системы. Методы анализа устойчивости. Критическое запаз­дывание. Методы анализа переходных процессов и качества систем с запаздыва­нием. Методы компенсации влияния запаздывания.

Системы с распределенными параметрами. Модели временной области, диф­ференциальные уравнения в частных производных, краевые и начальные условия. Длинная электрическая линия как звено системы. Другие примеры. Передаточные функции систем с распределенными параметрами. Особенности исследования ус­тойчивости и точности систем с распределенными параметрами.

Тема 6. Обеспечение устойчивости, повышение качества регулирования и синтез линейных САУ