Министерство образования и науки республики Казахстан
Казахский национальный технический университет
имени
Институт Информационных и телекоммуникационных технологий
Кафедра автоматизации и управления
Программа курса (syllabus)
(бакалавриат)
по дисциплине «Нелинейные системы автоматического регулирования»
для специальности 5В070200 – «Автоматизация и управление»
Форма обучения: дневная
Курс 3
Всего 3 кредита
Семестр 6
Лекций 15 часов
Практические занятия 15 часов
СРСП (ауд.) 15 часов
СРСП (офис.) 15 часов
СРС 30 часов
Всего аудиторных
часов 30 часов
Всего внеаудиторных
часов 30 часов
Трудоемкость 90 часов
Экзамен 6 семестр
Алматы, 2012
Программа дисциплины «Нелинейные системы автоматического регулирования» составлена заведующим кафедрой АиУ , доцентом кафедры АиУ , инженером кафедры АиУ на основании экспериментального учебного плана специальности 5В070200 – «Автоматизация и управление».
Рассмотрена на заседании кафедры «Автоматизация и управление».
Протокол № 10 от «14» мая 2012 г.
Заведующий кафедрой д. т.н., профессор
Одобрена научно-методическим советом института Информационных и телекоммуникационных технологий
Протокол № 10 от «16» мая 2012 г.
Председатель д. т.н., профессор
Сведения о преподавателях:
Сулейменов Батырбек Айтбаевич, заведующий кафедрой АиУ, д. т.н., профессор окончил КазНТУ имени , общий стаж – 40 лет, из них в КазНТУ имени – 30 лет.
Бейсембаев Акамбай Агыбаевич, доцент кафедры АиУ, к. т.н., окончил КазНТУ имени , общий стаж – 30 лет, из них в КазНТУ имени – 20 лет.
Офис: Кафедра «Автоматизация и управление»
Адрес: г. Алматы, ул Байтурсынова 140, каб. 400
Тел:
1. Цели и задачи дисциплины
1.1 Цель преподавания дисциплины
Цель дисциплины «Теория систем автоматического управления II» – изучить методы синтезирование автоматических систем регулирование и управление, устойчивость нелинейных систем, дать общее понятие о методах гармонической линеризации нелинейных характеристик.
1.2 Задачи изучения дисциплины
Специалист должен знать:
- синтез корректирующих устройств систем автоматического регулирование;
- синтез комбинированных систем автоматического регулирование;
- особенности нелинейных систем;
- устойчивость нелинейных систем;
- метод гармонической линеризации нелинейных характеристик;
Специалист должен уметь:
- исследовать устойчивость системы первым и вторым методам Ляпунова;
- определить периодические решение нелинейных систем и исследовать их устойчивость.
1.3 Пререквизиты дисциплины
Изложение материала опирается на дисциплины: «Теоретические основы электротехники», «Линейные системы автоматического регулирования», «Программные средства моделирования систем(Matlab)».
1.4 Постреквизиты дисциплины
Учебный материал дисциплины используется при изучении дисциплин: «Моделирование и управление в сложных системах», «Оптимальное управление объектами автоматизации», «Автоматизация и управление в технических системах», при написании дипломного проекта (работы), в дальнейшей работе по специальности при здаче научно-исследовательской работы и прохождении практики по разработке автоматизированных компьютерных систем.
2 СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ
Рейтинг каждой дисциплины, которая включена в рабочий план специальности, оценивается по 100 % шкале.
Распределение рейтинговых % по видам контроля Таблица 1
№ вариантов | Вид итогового контроля | Виды контроля | % |
1 | Экзамен | Итоговый контроль | 100 |
Рубежный контроль | 100 | ||
Текущий контроль | 100 |
Сроки сдачи результатов текущего контроля определяются календарным графиком учебного процесса по дисциплине (Таблица 2)
Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине «Нелинейные системы автоматического регулирования» Таблица 2
Недели | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
Недельное кол-во контроля | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Виды контроля | СР1 | СР2 | СР3 | КР1 | СР4 | КР2 | СР6 | РК1 | СР7 | КР3 | СР8 | КР4 | СР8 | РК2 | КР5 |
Виды контроля: РК – рубежный контроль,
КР – контрольная работа, СР – самостоятельная работа.
Оценка знаний студентов Таблица 3
Оценка | Буквенный эквивалент | В процентах % | В баллах |
Отлично | А | 95-100 | 4 |
А- | 90-94 | 3,67 | |
Хорошо | В+ | 85-89 | 3,33 |
В | 80-84 | 3,0 | |
В- | 75-79 | 2,67 | |
Удовлетворительно | С+ | 70-74 | 2,33 |
С | 65-69 | 2,0 | |
С- | 60-64 | 1,67 | |
D+ | 55-59 | 1,33 | |
D | 50-54 | 1,0 | |
Неудовлетворительно | F | 0-49 | 0 |
3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1 Распределение часов по видам занятий Таблица 4
№ п/п | Наименование темы | Количество академических часов | |||
Лекция | Практические/ семинарские | СРСП | СРС | ||
1 | Корректурующие устройства регулирования линейных автоматических систем. Постановка задач систем автоматического регулирования. Синтезирование желаемой ЛАЧХ систем автоматического регулирования. Синтезирование корректирующих систем автоматического регулирования. Комбинированные системы автоматического регулирования. Синтезирование комбинированных следящихся систем. | 6 | 6 | 12 | 12 |
2 | Нелинейные системы автоматического регулирования. Методом припасовывания исследовать нелинейные системы. Исследование систем в фазовом пространстве. Исследование устойчивости систем первым методом Ляпунова. Исследование устойчивости систем вторым методом Ляпунова. | 5 | 5 | 8 | 8 |
3 | Метод гармонической линеризации нелинейных характиристик. Коэффициент гармонической линеризации нелинейных характиристик. Появление автоколебаний в нелинейных системах. . методы определение устойчивости автоколебаний в нелинейных системах. | 4 | 4 | 10 | 10 |
Всего (часов) | 15 | 15 | 30 | 30 |
3.2 Содержание лекционных занятий Таблица 4а
№ п/п | Наименование темы и содержание |
1 | 2 |
1 | Корректирующие устройства линейных систем автоматического регулирования. Динамические свойства системы. Корректирующие устройства. Схема прямого соединения корректирующих устройств. Схема паралельного соединения корректирующих устройств. Схема прямого и парарельного соединения корректирующих устройств. |
2 | Постановка задачи синтеза систем автоматического регулирования. Задача синтеза системы. Статические и астатические системы. Порядок астатизма. Виды логарифмических амплитудно-частотных характеристик типовых систем. |
3 | Синтез желаемой ЛАЧХ систем автоматического регулирования. Построение желаемой ЛАЧХ. Среднечастотная асимптота ЛАЧХ разомкнутой системы. Построение среднечастотной асимптоты желаемой ЛАЧХ. Сопряжение частот. |
4 | Синтез корректирующих устройств систем автоматического регулирования. Передаточная функция разомкнутой системы с последовательным корректирующим устройством. Пассивные четырехполюсники постоянного тока. Схема пассивного четырехполюсника. Схема последовательного соединение двух элементов пассивного четырехполюсника. Схема соединение с усилением элементов пассивного четырехполюсника. |
5 | Комбинированные системы автоматического регулирования. Система комбинированного регулирования. Схема комбинированных систем автоматического регулирования. Схема комбинированных следящихся систем. |
6 | Синтез комбинированных следящих систем. Инвариантность ошибки слежения от задающего воздействия. Расчет форсирующей цепи. Комбинированная следящая система с форсирующей связью. Типовая схема комбинированных следящихся систем. |
7 | Нелинейные системы автоматического регулирования. Виды релейных характиристик. Статические и динамические нелинейности. Случай устойчивых автоколебаний. Устойчивость в малом, неустойчивость в большом. |
8 | Исследование нелинейных систем методом припасовывания. Структурная схема печи релейного управления. Релейная характиристика регулирования температуры печи. Метод припасовывания. |
9 | Исследования систем в фазовом простарантсве. Возмущенное движение. Невозмущенное движение. Вариация. Фазовая пространство. Фазовая плоскость. Фазовая траектория. |
10 | Исследование устойчивости систем первым методом Ляпунова. Характеристсическое уравнение. Корни характеристического уравнения. Зависимость фазовых траектрий от вида корней характерситического уравнения системы. |
11 | Исследование устойчивости систем вторым методом Ляпунова. Функция Ляпунова. Знакоопределенность, знакопостоянство функций Ляпунова. Свйоства функций Ляпунова. Вотрой метод Ляпунова. |
12 | Метод гармонической линеаризации нелинейных характиристик. Гармоническая линеаризация. Коэффициенты гармонической линеаризации. |
13 | Коэффициенты гармонической линеаризации релейных звеньев. Коэффициенты гармонической линеаризации типовых релейных характеристик. |
14 | Устойчивые автоколебания нелинейных систем. Анализ устойчивости автоколебаний на основе критерия Михайлова. |
15 | Методы определения устойчивости автоколебании в нелинейных системах. Методы анализа устойчивости автоколебаний в нелинейных системах. |
3.3 Содержание практических занятий Таблица 4б
№ п/п | Наименование темы и содержание | Кол-во часов |
1 | Построение графика желаемой ЛАЧХ системы | 2 |
2 | Определение параметров корректирующего устройства. | 2 |
3 | Построение желаемой ЛАЧХ комбинированной следящей системы | 2 |
4 | Синтез форсирующей цепи комбинорованной следящей системы | 2 |
5 | Задачи исследования устойчивости систем первым методом Ляпунова | 2 |
6 | Задачи исследования устойчивости системы вторым методом Ляпунова | 2 |
7 | Определение алгебраическим методом устойчивости автоколебании | 3 |
Всего | 15 |
3.4 Самостоятельная работа студента
Перечень тем для самостоятельных работ под руководством преподавателя (СРСП):
1. Определение запасов устойчивости астатической системы автоматического регулирования третьего порядка (объем – 3 часа).
2. Определение запасов устойчивости статической системы автоматического регулирования третьего порядка (объем – 3 часа).
3. Определение запасов устойчивости астатической системы автоматической регулирования третьего порядка по логарифмическим амплитудной и фазовой частотным характеристикам (объем – 3 часа).
4. Определение запасов устойчивости статической системы автоматического регулирования третьего порядка по логарифмическим амплитудной и фазовой частотным характеристикам (объем – 3 часа).
5. Определение передаточных функции и параметров пассивных четырехполюсных элементов (объем - 3 часа).
6. Построение графика желаемой ЛАЧХ системы автоматического регулирования третьего порядка (объем - 3 часа).
7. Определение параметров корректирующего устройства системы автоматического регулирования третьего порядка (объем - 3 часа).
8. Определение желаемой ЛАЧХ комбинированной следящей системы третьего порядка (объем - 3 часа).
9. Синтез форсирующей цепи комбинированной следящей системы третьего порядка (объем - 3 часа).
10. Определение предельного запаздывания системы с запаздыванием (объем - 3 часа).
11. Исследование переходных процессов в релейных системах методом припасовывания (объем - 3 часа).
12. Построение фазовых портретов нелинейных систем (объем - 3 часа).
13. Исследование методом точечного преобразования динамических процессов в нелинейных системах (объем - 3 часа)
14. Исследование методом гармонической линеаризации систем автоматического регулирования (объем - 3 часа).
15 Определение устойчивости автоколебании в нелинейных системах (объем - 3 часа).
Перечень тем для самостоятельных работ (СРС):
1. Определение запасов устойчивости астатической системы автоматического регулирования третьего порядка по амплитудно-фазово-частотной характеристике (объем - 3 часа).
2. Определение запасов устойчивости статической системы автоматического регулирования третьего порядка по амплитудно-фазово-частотной характеристике (объем - 3 часа).
3. Определение запасов устойчивости астатической системы автоматического регулирования третьего порядка по логарифмической амплитудной и логарифмической фазовой частотным характеристикам (объем - 3 часа).
4. Определение запасов устойчивости статической системы автоматического регулирования третьего порядка по логарифмической амплитудной и логарифмической фазовой частотным характеристикам (объем - 3 часа).
5. Определение параметров и передаточной функции пассивного четырехполюсного элемента. (объем - 3 часа).
6. Построение графика желаемой ЛАЧХ системы автоматического регулирования третьего порядка (объем - 3 часа).
7. Определение параметров корректирующего устройства системы автоматического регулирования третьего порядка (объем - 3 часа).
8. Построение желаемой ЛАЧХ следящей системы третьего порядка (объем - 3 часа).
9. Синтез форсирующей цепи комбинированной следящей системы третьего порядка (объем - 3 часа).
10. Определение предельного запаздывания системы с запаздыванием (объем - 3 часа).
11. Исследование методом припасовывания переходных процессов в релейных системах регулирования температуры печи (объем-3часа).
12. Построение фазовых портретов динамических процессов электромеханической следящей системы (объем - 3 часа).
13. Исследование методом точечного преобразования динамических процессов в релейной системе (объем - 3 часа).
14. Определение коэффицентов гармонической линеаризации релейных систем автоматического регулирования (объем - 3 часа).
15. Определение устойчивости автоколебаний в релейной системе (объем -3 часа).
3.5 График проведения занятий Таблица 5
№ п/п | Дата | Время | Наименование тем |
Лекции | |||
1 | Корректирующие устройства линейных систем автоматического регулирования. | ||
2 | Постановка задачи синтеза систем автоматического регулирования. | ||
3 | Синтез желаемой ЛАЧХ систем автоматического регулирования. | ||
4 | Синтез корректирующих устройств систем автоматического регулирования. | ||
5 | Комбинированные системы автоматического регулирования. | ||
6 | Синтез комбинированных следящих систем. | ||
7 | Нелинейные системы автоматического регулирования. | ||
8 | Исследование нелинейных систем методом припасовывания. | ||
9 | Исследования систем в фазовом простарантсве. | ||
10 | Исследование устойчивости систем первым методом Ляпунова. | ||
11 | Исследование устойчивости систем вторым методом Ляпунова. | ||
12 | Метод гармонической линеаризации нелинейных характиристик. | ||
13 | Коэффициенты гармонической линеаризации релейных звеньев. | ||
14 | Устойчивые автоколебания нелинейных систем. | ||
15 | Методы определения устойчивости автоколебании в нелинейных системах. | ||
Практические занятия | |||
1 | Построение графика желаемой ЛАЧХ системы | ||
2 | Определение параметров корректирующего устройства. | ||
3 | Построение желаемой ЛАЧХ комбинированной следящей системы | ||
4 | Синтез форсирующей цепи комбинорованной следящей системы | ||
5 | Задачи исследования устойчивости систем первым методом Ляпунова | ||
6 | Задачи исследования устойчивости системы вторым методом Ляпунова | ||
7 | Определение алгебраическим методом устойчивости автоколебании |
4 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Основная литература
1. , . Теория систем автоматического управления. С-П., Профессия., 2004г. – 752с.
2. Ротач автоматического управления: учебник для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 400 с.
3. Теория автоматического управления. Часть 1. / - М.: Высшая школа, 1986. – 277с.
4. Ерофеев автоматического управления. - Спб.: Политехника, 2003.-304с.
5. Попов линейных систем автоматического регулирования и управления. - М.: Наука, 1989. – 256 с.
6. Иващенко регулирование. - М.: Машиностроение, 1978. – 606 с.
7. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления. /Под ред. . – М.: Наука, 1978. – 512с.
8. , Цыплаков по теории автоматического регулирования. – М.: Машиностроение, 1977. – 592 с.
9. Первозванский теории автоматического управления. - М.: Наука, 1986. – 616 с.
10. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. В 3-х книгах. Под ред. М.: Машиностроение, 1969.
11. Моделирование процессов и систем в Matlab. Учебный курс. – СПб.: Питер, 2005. – 512с.
Дополнительная литература
1. , Энрайт методы автоматического управления. – СПб: БХВ – Петербург, 2004.-628с.
2. , Бортаковский управления в примерах и задачах: Учебное пособие.-М.: Высшая школа, 2003.-584с.
3. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение. 1989.
4. , , Яковлев автоматического управления. Часть 1. Линейные системы автоматического управления. – Киев: Выща школа. 1992.
5. , , Яковлев автоматического управления. Часть 2. Нелинейные, импульсные и стохастические системы автоматического управления. – Киев: Выща школа. 1992.
6. , , Яковлев управления. - СПб: Издательство ГЭТУ. 1999.
7. , , Цапко и синтез систем управления. Теория, методы. Примеры решения типовых задач с использованием персонального компьютера. - СПб., Гданьск, Сургут, Томск. 1997.
8. Теория автоматического управления./ Под ред. . – М.: Высшая школа. 2000.
9. , . Теория линейных систем автоматического регулирования. Методические указания к выполнению лабораторных работ. 4.1. - Алматы, КазНТУ, 2005г. – 36с.
10. , . Теория линейных систем автоматического регулирования. Методические указания к выполнению лабораторных работ. 4.2. - Алматы, КазНТУ, 2005г. – 32с.
СОДЕРЖАНИЕ
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ 3
1.1 Цель преподавания дисциплины 3
1.2 Задачи изучения дисциплины 3
1.3 Пререквизиты дисциплины 3
1.4 Постреквизиты дисциплины 3
2 СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ 3
3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4
3.1 Распределение часов по видам занятий 4
3.2 Содержание лекционных занятий 5
3.3 Содержание практических занятий 6
3.4 Самостоятельная работа студента 6
3.5 График проведения занятий 8
4 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ 9
