Рабочая программа

Федеральное агентство по образованию

Бийский технологический институт (филиал)

Алтайский государственный технический университет

им.

Утверждаю

Декан факультета БиДФО

«___»____________199__г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Кафедра Металлорежущие станки и инструменты

(наименование кафедры, обеспечивающей преподавание дисциплины)

Шифр и наименование

дисциплины ОПД-08 Теория автоматического управления___________

(шифр с указанием цикла подготовки (ГСЭ, ЕН, ДН, ОП, СД), наименование дисциплины)

Статус

дисциплины обязательная____________________

(обязательная, элективная, факультативная)

Специальности

(направления) 151001(120100) - Технология машиностроения_________

коды специальностей (направлений)

Форма обучения заочная _________________________

(очная, очно-заочная, заочная)

Объем дисциплины 85_____________________________

(общий объем дисциплины, час.)

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПО СЕМЕСТРАМ

Номер семестра	Учебные занятия	Число курсовых проектов (работ), расчетных заданий	Форма итоговой аттестации (зачет, экзамен)
Общий объем	В том числе
Аудиторные	Самостоятельная работа
Всего	Из них
лекций	лабораторных	практических
8	85	10	6	4	-	75	расчетное задание	экзамен

Рабочая программа составлена на основании Государственного обра­зовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 120100 - Технология машиностроения, утвержденного НМС Госкомвуза РФ 14.02.1995г. и типовой программы по дисциплине "Теория автоматического управления", утвержденной УМО AM 26.02.1996г.

___________________________________________________________________________

(наименование государственного образовательного стандарта и (или) типовой программы, утвержденной НМС Госкомвуза РФ, дата утверждения)

Разработчик к. ф.-м. н., доцент .____

(должность, подпись, Ф. И.О.)

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры _________ МРСиИ___________

___________________________________________________________________________

"__"____________ 199_г.

Заведующий кафедрой ______

(подпись, Ф. И.О.)

Одобрена советом (методической комиссией) механического факультета

"__"____________ 199_г.

Председатель _______

(подпись, Ф. И.О.)

1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ.

1.1  ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ.

Любая система должна быть управляемой. Поэтому подготовка современного специалиста в любой области техники невозможна без изучения основ управления.

Дисциплина "Теория автоматического управления" (ТАУ) являет­ся базовой теоретической дисциплиной для курсов, связанных с проблемами управления.

ТАУ базируется на дисциплинах электрического, механического и др. профилей, дающих математические модели объектов регулирова­ния, и является продолжением, углублением и развитием курса мате­матики.

Целью преподавания дисциплины является изучение принципов построения систем автоматического управления и методов исследова­ния процессов в этих системах.

1.2 ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Задачи изучения ТАУ заключаются в ознакомлении студентов с принципами работы систем автоматического управления (САУ), их ха­рактеристиками.

Студент, изучивший курс ТАУ, должен:

- знать основные принципы построения САУ; основные методы анализа процессов в САУ;

- уметь строить статические и динамические характерис­тики САУ, оценивать качество САУ.

2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Понятие автоматического управления; состав и структура автомата. Прин­ципы автоматического управления. Проблемы современной теории автомати­ческого управления. Типы и классификация систем автоматического управ­ления (САУ). Анализ непрерывных линейных САУ; способы описания (урав­нения состояния, передаточные функции, структурные схемы) и характери­стики линейных систем; управляемость и наблюдаемость системы; оценки качества регулирования и устойчивости.

Постановка задачи и основы проектирования систем управления. Особен­ности автоматического управления промышленными объектами и производ­ственными процессами. Синтез автоматических управляющих устройств и сис­тем. Анализ линейных импульсных САУ; понятие дискретного (прерывисто­го) автоматического управления; описание импульсных систем в частотной и временной области; цифровое управление, описание и характеристики цифрового регулятора. Нелинейные САУ; способы описания и анализ нелинейных систем

2.1. Лекции

№ темы	Наименование и содержание темы	Объем, час.
1	2	3
1	Общая характеристика объектов и систем автоматическо­го управления. Основные понятия: кибернетика, техническая кибер­нетика, автоматика, автоматические системы. Основные понятия САУ: рабочая операция, механизация, операция управления, объект управ­ления, координаты процесса. Сущность проблемы автоматического уп­равления. Управляющая и управляемая системы. Цель управления. [1, 2, 4] Общий вид уравнений математической модели САУ. Алго­ритмы управления. Основные принципы управления. Функциональные схемы, иллюстрирующие принципы управления. Основные виды автома­тического управления. [1, 2, 6]	2
2	Устойчивость САУ. Постановка задачи устойчивости. Теорема Ляпунова. Корневой критерий устойчивости. Алгебраические критерии устойчивости: критерий Раус­са, критерий Гурвица. Частотные критерии устойчивости. Принцип аргумента. Критерий Михайлова. Критерий Найквиста. [1, 2, 6, 8] Качество систем автоматического управления. Прямые показатели качества. Косвенные методы оценки качества САУ. [1, 2, 6]	2
3	Элементы и устройства систем автоматического регулирования и управления [2, 6, 7, 8]. Синтез систем автоматического управления [1, 2, 6, 9] . Методы анализа дискретных САУ [5, 9, 12].	2

2.2 Лабораторные работы

№ п/п	Содержание лабораторных работ	Объем, в час.
1	2	3
1	Исследование соединений типовых звеньев [1, 2, 6].	2
2	Устойчивость линейных САУ (корневой критерий, ал­гебраические и частотные критерии)[6, 8].	2

2.3  Самостоятельная работа студентов

№ п/п	Наименование работы	Объем, в час.
1	Детальное изучение разделов курса по учебной литературе	50
2	Подготовка к лабораторным занятиям	10
4	Расчетное задание	15

3.  УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

3.1. Основная и вспомогательная литература

1. Теория автоматического управления: Учебник для машиностроительных специальностей вузов/ , , и др.; Под ред. . – 2-е изд., испр., - М.: Высш. шк., 1999 – 268 с.: ил.

2. Теория автоматического управления. Под ред. ­нова. Часть 1: Теория линейных систем автоматического управления. - М.: Высшая школа, 1986. - 367 с.

3. Теория автоматического управления. Под ред. ­нова. Часть 2: Теория нелинейных и специальных систем автомати­ческого управления. - М.: Высшая школа, 1986. - 504 с.

4. Математические основы теории автоматического управле­ния. Под. ред. . Часть 2. - М.: Высшая школа, 1977.- 453 с.

5. Бессекерский автоматические системы. М.: Наука, 1978. - 575с.

6. Егоров теории автоматического регулирования: Учебное пособие для вузов. М.: Энергия, 1967. – 648 с.

3.2.  Дополнительная литература.

7. , , Яковлев ­вы теории и элементы систем автоматического регулирования. - М.: Машиностроение, 1985. - 535 с.

8. Солодовников автоматического регулирова­ния. Книга 1. Математическое описание, анализ устойчивости и ка­чества систем автоматического регулирования. - М.: Машинострое­ние, 1967. - 768 с.

9. Солодовников автоматического регулирова­ния. Книга 2. Анализ и синтез линейных непрерывных и дискретных систем автоматического регулирования. - М.: Машиностроение, 1967.- 679с.

10. Справочник по математике. - М.: На­ука, 1974. - 831 с.

11. , Гулин методы. - М.: Наука, 1989. - 430 с.

12. Линейная алгебра и ее применение. - М.: Мир, 1980, - 454 с.

13. Михайлов электромеханического привода металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1989. - 223 с.

14. Шмаков в теорию автоматического управления системами и процессами. Учебное пособие для студентов высших технических учебных заведений. Барнаул: 1999, -115 с.

3.3.  Перечень пособий, методических указаний и материалов,

используемых в учебном процессе

15. , , Яковлев теории и элементы систем автоматического регулирования. – М.: Машиностроение, 1985. – 535 с.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА

Дисциплины «Теория автоматического управления» на 6 семестр.

График аудиторных занятий и самостоятельной работы

Наименование вида работ	Недели семестра
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	18	19
Лекции																Х	Х
Лабораторные работы
Контроль текущей успеваемости																Х	Х
Расчетное задание	Х													Х			Х

Х-Х Сроки проведения лекций, лабораторных и практических (семинарских) занятий, контрольных работ, выдачи и выполнения расчетных заданий и курсовых проектов (работ).

Номер недели	Номер темы	Наименование вопросов, изучаемых на лекции	Занятия (номера)	Самостоятельная работа студентов	Формы контроля
лаб	содержание	часы
1	2	3	4	5	6	7
1	1		Выдача РЗ
18	2	Общая характеристика объектов и систем автоматическо­го управления. Основные понятия: кибернетика, техническая кибер­нетика, автоматика, автоматические системы. Основные понятия САУ: рабочая операция, механизация, операция управления, объект управ­ления, координаты процесса. Сущность проблемы автоматического уп­равления. Управляющая и управляемая системы. Цель управления. [1, 2, 4] Общий вид уравнений математической модели САУ. Алго­ритмы управления. Основные принципы управления. Функциональные схемы, иллюстрирующие принципы управления. Основные виды автома­тического управления. [1, 2, 6]		подготовка к лекции	1
18	2	Устойчивость САУ. Постановка задачи устойчивости. Теорема Ляпунова. Корневой критерий устойчивости. Алгебраические критерии устойчивости: критерий Раус­са, критерий Гурвица. Частотные критерии устойчивости. Принцип аргумента. Критерий Михайлова. Критерий Найквиста. [1, 2, 6, 8] Качество систем автоматического управления. Прямые показатели качества. Косвенные методы оценки качества САУ. [1, 2, 6]	Исследование соединений типовых звеньев [1, 2, 6].	Подготовка к лаб. работе	3
				2	З
19	2	Элементы и устройства систем автоматического регулирования и управления [2, 6, 7, 8]. Синтез систем автоматического управления [1, 2, 6, 9] . Методы анализа дискретных САУ [5, 9, 12].	Устойчивость линейных САУ (корневой критерий, ал­гебраические и частотные критерии)[6, 8].	Подготовка к защите лаб.	1	Защита лаб. И РЗ

Вопросы для итоговой оценки знаний студентов по дисциплине

«Теория автоматического управления»

Математическая форма для логической функции "ТО ЖЕ"

Статическая характеристика элемента или системы устанавливает связь между входным и выходным параметрами (величинами) в установившемся режиме.

Корни полинома числителя передаточной функции называются полюсами.

Динамическая характеристика связывает аналитически входной и выходной параметры в переходном режиме, т. е. в процессе перехода из одного состояния равновесия в другое состояние равновесия.

Передаточной функцией элемента или системы называется отношение Лапласова изображения соответствующей входной величины к Лапласову изображению выходной.

Передаточная функция представляет собой дробно- рациональную функцию независимого переменного р, ее знаменатель является левой частью характеристического уравнения, а числитель - правой.

Корни полинома знаменателя передаточной функции называются нулями.

Монотонный, колебательный периодический, апериодический - основные виды переходных процессов.

Можно ли безинерционное звено назвать усилительным или безъемкостным.

Передаточная функция системы при параллельном согласном соединении звеньев равна произведению передаточных функций звеньев, входящих в систему.

Безинерционное, инерционное, колебательное, интегрирующее, дифференцирующее, интегро-дифференцирующее, запаздывающее - основные типовые звенья систем регулирования.

Передаточная функция системы при последовательном соединении звеньев равна сумме передаточных функций звеньев, входящих в систему.

Можно ли использовать на практике алгебраические и частотные критерии устойчивости.

Обратная связь - это параллельное согласное соединение элементов.

Рычажное сочленение, механический редуктор являются примером безинерционного звена.

Передаточная функция представляет собой дробно-рациональную функцию независимого переменного р, ее знаменатель является правой частью характеристического уравнения, а числитель - левой.

Существуют последовательное, параллельное (согласное и встречное) соединение отдельных звеньев.

Статическая характеристика элемента или системы устанавливает связь между входным и выходным параметрами (величинами) в переходном режиме.

Под устойчивостью автоматических систем понимается свойство системы возвращаться к состоянию установившегося равновесия после устранения возмущения, нарушешего указанное равновесие.

Устройство, входящее в схему регулятора, у которого статические характеристики в рабочем диапазоне линейны, называется нелинейным элементом (звеном).

Системы автоматики, в которых наряду с обычными линейными элементами содержится элемент (звено) с существенно нелинейной статической характеристикой, называются нелинейными.

Виды обратной связи, которые не применяются в системах автоматики: главная и дополнительная обратные связи.

Корни полинома числителя передаточной функции называются нулями.

Параметрические измерительные устройства отличаются от генераторных тем, что работают без применения посторонних источников питания и сами генерируют выходной сигнал.

Корни полинома знаменателя передаточной функции называются полюсами.

Исполнительные (силовые) элементы предназначены для того, чтобы реагировать на отклонения регулируемого параметра в объекте регулирования от заданного значения.

То или иное устройство, входящее в схему регулятора, у которого статические характеристики в рабочем диапазоне существенно нелинейны называется нелинейным элементом (звеном).

Для создания на выходе регулятора требуемого выходного сигнала, например, силы, момента, тока, напряжения, мощности и т. п. предназначен измерительный элемент.

Виды обратной связи применяемой в системах автоматики: отрицательная и положительная обратная связь; главная и дополнительная обратные связи.

Интегрирующее звено еще называют упругим.

Возмущающее воздействие в виде ФЛЮКТУАЦИЙ - это сигнал представляющий собой случайную функцию от времени.

Интегро-дифференцирующее звено еще называют астатическим или нейтральным.

Под чувствительностью измерительного устройства понимается отношение приращения измеряемой величины.

Назначение регулирующего элемента в САР сводится к изменению величины вспомогательной энергии, поступающей к последующему элементу системы в соответствии с величиной сигнала на входе.

Назначение усилительного элемента в САР сводится к изменению величины вспомогательной энергии, поступающей к последующему элементу системы в соответствии с величиной сигнала, на входе.

Усилительный элемент предназначен в САР для непосредственного воздействия на объект регулирования, обычно путем изменения количества, либо качества подводимой к объекту регулируемой среды

Регулирующий элемент предназначен для непосредственного воздействия на объект регулирования, обычно путем изменения количества, либо качества подводимой к объекту регулируемой среды

ЛФЧХ - логарифмическая амплитудная частотная характеристика.

АФЧХ - амплитудно-фазовая частотная характеристика.

Максимум перерегулирования - отношение суммы значения при максимальном отклонении регулируемой величины и ее установившегося значения к последнему, выраженная в процентах.

ЛФЧХ - логарифмическая фазовая частотная характеристика.

АФЧХ представляет собой кривую, построенную на комплексной плоскости, при изменении частоты от нуля до плюс бесконечности.

При монотонном переходном процессе первая производная меняет знак.

Функцию, которая скачком в момент t =0, достигает некоторого максимального А=max или минимального А=min значения, называется ступенчатой или толчкообразной.

Логарифмический декремент затухания системы характеризует быстроту затухания колебательного процесса при переходе системы из одного состояния равновесия в другое.

При колебательном периодическом переходном процессе первая производная меняет знак без периодичности.

Функцию, которая скачком в момент t =0 достигает некоторого постоянного значения А= const, называют ступенчатой или толчкообразной.

При монотонном переходном процессе первая производная меняет знак теоретически бесконечное число раз.

Переходной функцией(временной характеристикой)элемента называют функцию полученную обратным преобразованием Лапласа, при подаче на вход элемента ступенчатой единичной функции.

В результате колебательного периодического переходного процесса первая производная не меняет знак.

В результате колебательного периодического переходного процесса первая производная меняет знак теоретически бесконечное число раз.

Корни полинома числителя передаточной функции называются полюсами.

В результате апериодического переходного процесса первая производная меняет знак без периодичности и переходная функция имеет ограниченное число экстремумов.

Корни полинома знаменателя передаточной функции называются нулями.

Чтобы получить выражение для частотной характеристики элемента, зная выражение для передаточной функции этого элемента, необходимо выполнить подстановку р = jw.

В декартовых координатах комплексная частотная функция представляется как отношение вещественной R(w) и мнимой jI(w) частей.

В декартовых координатах комплексная частотная функция представляется как геометрическая сумма вещественной R(w) и мнимой jI(w) частей: k(jw)= R(w)+jI(w).

АФЧХ - логарифмическая амплитудно-фазовая частотная характеристика.

Комплексная частотная функция в полярных координатах представляется в показательной форме с модулем А(w) и фазой Q(w): k(jw)=A(w)/exp(jQ(w)).

Величина модуля комплексной частотной функции А(w) определяет изменение амплитуды входного сигнала относительно амплитуды выходного.

Величина фазы комплексной частотной функции определяет изменение фазы колебаний на входе, по отношению к колебаниям на выходе, происходящим с частотой w.

Характеристика Ln A(w), построенная в логарифмическом масштабе частот по оси абсцисс и в обычном по оси ординат, называется ЛАЧХ.

Характеристика, построенная в логарифмическом масштабе частот (ось абсцисс) и в обычном масштабе для фазы (ось ординат) называется ЛФЧХ.

Частотный интервал, соответствующий удвоению частот называется декадой.

При построении логарифмических характеристик частоты по оси абсцисс откладываются в октавах и декадах.

Интервал, соответствующий изменению частоты в 10 раз называется октавой.

Звено, у которого связь между входом и выходом определяется алгебраическим уравнением вида: y = kx, называется безинерционным.

Звено, у которого связь между входом и выходом определяется дифференциальным уравнением вида: Ty' + y = kx, называется колебательным.

Звено, у которого выходная величина пропорциональна интегралу по времени от величины, подаваемой на вход, называется интегрирующим.

Интегрирующее звено при всех положительных частотах создает отставание на -180 градусов выходной величины по сравнению с входной.

Звено, у которого связь между входной и выходной величинами определяется уравнением вида: T1y'' + T2y' = kx и при этом разность квадратов Т2 и 2Т1 меньше нуля, называется колебательным.

Интегрирующее звено при всех положительных частотах создает опережение на -90 градусов выходной величины по сравнению с входной.

Амплитуда выходной величины в интегрирующем звене тем меньше, чем больше частота.

Амплитуда выходной величины в интегрирующем звене тем больше, чем больше частота.

Различают идеальное и реальное дифференцирующие звенья.

Амплитуда выходной величины в идеальном дифференцирующем звене тем больше, чем меньше частота.

y = kx' - уравнение, характеризующее идеальное дифференцирующее звено.

СКНФ - это форма записи логической функции по таблице истинности и называется совершенной дизъюнктивной нормальной формой.

y = kx' - уравнение характеризующее идеальное дифференцирующее звено. Выходная величина в таком звене пропорциональна скорости изменения входной величины.

Переместительный закон алгебры логики: (a + b) +c = a + (b + c); (ab)c = a(bc).

Идеальное дифференцирующее звено на выходе создает опережение на 90 градусов при всех частотах.

Сочетательный закон алгебры логики: a + b = b + a ; ab = ba.

Техническое задание на автоматизацию того или иного объекта содержит: назначение объекта; кинематическую схему; требуемые режимы работы; исходное состояние описание автоматического цикла.

С переменными, которые могут принимать два логических состояния: "логический 0 " и "логическая 1 " алгебра логики не оперирует.

Автоматизированный объект может работать в наладочном, полуавтоматическом и автоматическом основных режимах.

СДНФ - это форма записи логической функции по таблице истинности и называется совершенной конъюнктивной нормальной формой.

Логические состояния алгебры логики называются логическими уровнями.

Закон поглощения алгебры логики: a+b = b+a ; ab = ba.

Логическое отрицание называется инверсией.

Логическое повторение, логическое отрицание, логическое сложение и логическое умножение - действия над переменными используемые в алгебре логики.

Логическое отрицание (инверсия) записывается с помощью черты под переменной.

Логическое отрицание ( инверсия ) записывается с помощью черты над переменной.

Математическая форма для логической функции "НЕ" : y = x.

Математическая форма для логической функции "ТО ЖЕ" : y = x.

Конъюнкция в алгебре логики - это логическое сложение.

CДНФ - это форма записи логической функции по таблице истинности и называется совершенной дизъюнктивной нормальной формой.

Дизъюнкция в алгебре логики - это логическое произведение.

В алгебре логики карта Карно используется для минимизации выражения логической функции.

Корни полинома числителя передаточной функции называются нулями.

График учебного процесса студентов 3 курса

Механического факультета групп ТМ-81,82 в 6 семестре 2000/2001 уч. года

Теоретические занятия 17 недель

Наименование дисциплины

Виды и объем аудиторных занятий по учебному плану, ч

Виды и объем самостоятельной работы, ч

Л

ЛР

П

Н

К-П

Всего за семестр

Подготовка к очередным занятиям

Подготовка к текущему контролю

Выполнение индивидуальных заданий

Всего за семестр

Л

ЛР

П

Н

К

КР

КО

К-П

К-Р

Р

РЗ

Теория автоматического управления

6

4

10

50

10

15

75

ВСЕГО аудиторных занятий 10.

ВСЕГО самостоятельной работы - 75 ч

Наименование дисциплины

Календарный график сдачи индивидуальных работ и текущего контроля по неделям семестра

Заканчивается ли дисциплина в данном семестре

Форма проверки знаний

Примечание

18

19

Да, нет

Зачет

Экз.

Теория автоматического управления

КО

РЗ

Да

Экз