Қазақстан Республикасының Министерство

Білім және ғылым образования и науки

министрлігі Республики Казахстан

Д. Серікбаев атындағы ВКГТУ им. Д. Серикбаева

ШҚМТУ

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФИТЭ

__________

___________________2012 г.

БЕЙСЫЗЫҚТЫ АВТОМАТТЫ РЕТТЕУ ЖҮЙЕСІНІҢ ТЕОРИЯСЫ

Силлабус

ТЕОРИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Силлабус

Специальность: 5В070200 "Автоматизация и управление"

Форма обучения: очная, КСО

Курс: 3

Семестр: 6

Кол-во кредитов: 3

Кол-во часов: 135

Лекции 15

Практические занятия: 30

Лабораторные работы: –

СРМП: 45

СРМ: 45

Курсовой проект (работа): –

Экзамен: 6 семестр

Өскемен

Усть-Каменогорск

2012

Силлабус разработан на кафедре «Приборостроение и автоматизация технологических процессов» на основании Государственного общеобязательного стандарта образования ГОСО РК 7.09.036-2008 для студентов специальности 5В070200 – Автоматизация и управление

Обсуждено на заседании кафедры ПиАТП

Зав. кафедрой

Протокол №____ от __________________2012г.

Одобрено учебно-методическим советом факультета Информационных технологий и энергетики

Председатель

Протокол №____ от__________________2012г.

Разработал

Должность доцент

Нормоконтролер

СВЕДЕНИЯ О ПРЕПОДАВАТЕЛЕ И КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Кафедра «Приборостроение и автоматизация технологических процессов», факультет Информационных технологий и энергетики, ауд. Г3-518

Преподаватель, ведущий занятия: , кандидат технических наук, доцент.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Телефон рабочий: 540-586.

Аудиторные часы и время для консультаций: по расписанию занятий и графику работы преподавателя.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

1.1 Описание изучаемой дисциплины

Рассматриваются основные понятия, вопросы анализа устойчивости и качества управления нелинейных систем. Изучаются виды и особенности описания нелинейных систем. Рассматриваются основные методы анализа нелинейных систем: метод фазового пространства, точечных отображений и метод гармонической линеаризации. Стабилизация релейных систем. Методы анализа устойчивости: первый и второй методы Ляпунова, а также методы исследования абсолютной устойчивости. Рассмотрены дискретные системы управления.

1.2 Цели и задачи изучения дисциплины

Формирование у студентов знаний по построению и использованию нелинейных систем автоматического регулирования и управления техническими системами в различных отраслях промышленности, подготовка к самостоятельному решению теоретических и прикладных задач в области применения таких систем.

1.3 Результаты изучения дисциплины

Знания:

Обучающиеся должны знать:

– принципы построения нелинейных систем;

– виды и особенности описания нелинейных элементов;

– метод фазового пространства;

– метод гармонической линеаризации;

– стабилизация релейных систем;

– первого и второго методов Ляпунова исследования устойчивости систем управления;

– методы исследования абсолютной устойчивости;

– основы построения дискретных систем управления.

Навыки:

– исследования поведения нелинейных систем методом фазовой плоскости;

– построения и анализа нелинейных систем управления на основе метода гармонической линеаризации;

– анализа устойчивости систем на основе применения второго метода Ляпунова;

– исследования абсолютной устойчивости систем частотным методом Попова;

– анализа поведения дискретных систем управления.

Компетенции:

Основными компетенциями являются:

– особенности построения и использования нелинейных элементов и систем;

– анализ поведения нелинейных систем различными методами;

– исследование устойчивости линейных и нелинейных систем;

– перспективы и тенденции развития теории нелинейного управления;

– использование последних достижений методов и средств нелинейного управления при решении практических задач.

1.4 Пререквизиты

Пререквизиты: дисциплина "Теория нелинейных систем автоматического управления" базируется на знаниях, полученных при изучении курсов: высшая математика (теория функций, ряды, дифференциальные уравнения, операционное исчисление, линейная алгебра, функции комплексного переменного, теория вероятностей); физика (кинематика и динамика твердого тела, теплотехника, электричество и магнетизм); технология программирования, теория автоматического управления, микропроцессорные комплексы в системах управления, моделирование и идентификация объектов управления.

1.5 Постреквизиты

Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины "Теория нелинейных систем автоматического управления" могут быть использованы бакалаврами при изучении последующих дисциплин, а также при решении теоретических и прикладных задач автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности.

2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1 Тематический план

Наименование темы, ее содержание

Трудоемкость, ч.

Рекомендуемая литература

Лекционные занятия

Тема 1. Введение. Основные этапы создания систем управления. Особенности создания нелинейных систем

1

1, 2, 3, 4, 9, 13

Тема 2 Методы описания систем управления. Функции, функционалы и операторы. Виды операторов динамических систем. Представление процессов в фазовом пространстве.

2

1, 2, 4, 5, 6, 7, 9,11,14

Тема 3 Релейные системы. Метод фазовой плоскости.

1

2, 3, 4, 10

Тема 4 Коррекция релейных систем. Скользящие режимы.

1

3, 4, 10, 12

Тема 5 Метод точечных отображений.

1

4, 10, 13

Тема 6 Метод гармонической линеаризации. Исходные положения и идея метода.

1

2, 3, 4, 8, 10

Тема 7 Алгебраический способ определения автоколебаний.

1

2, 6, 10, 11, 13

Тема 8 Частотный способ определения автоколебаний.

1

2, 6, 10, 11, 13

1

2

3

Тема 9 Устойчивость нелинейных систем. Методы Ляпунова. Знакопостоянные и знакопеременные функции. Положительно определенные квадратичные формы. Критерий Сильвестра.

1

1, 2, 3, 4, 5, 9, 13

Тема 10 Функции Ляпунова. Второй (прямой) метод Ляпунова. Методы построения функций Ляпунова.

1

1, 2, 3, 4, 9, 13

Тема 11 Абсолютная устойчивость. Система сравнения. Частотный метод исследования абсолютной устойчивости. Критерий Попова.

1

3, 4, 5, 7, 8, 16

Тема 12 Нелинейные системы с коррекцией. Логические системы и системы с переменной структурой.

1

Тема 13 Импульсные системы управления. Общие положения. Преимущества дискретных систем. Виды модуляции.

1

4, 8, 14, 15, 16, 19

Тема 14 Разностные уравнения дискретных систем. Z - преобразование дискретных систем. Передаточные функции и частотные характеристики дискретных систем.

1

4, 8, 14, 15, 16, 19

Семинарские (практические) занятия

Тема 1 Представление объектов управления и фазовые траектории

5

1, 2, 3, 4, 9, 13

Тема 2 Компьютерное моделирование динамических систем с помощью программы VisSim

5

1, 2, 4, 5, 6, 7, 9,11,14

Тема 3 Исследование релейных систем

5

2, 3, 4, 10

Тема 4 Расчет и исследование нелинейных систем методом гармонической линеаризации

5

2, 3, 4, 8, 10

Тема 5 Исследование устойчивости системы вторым методом Ляпунова

5

1, 2, 3, 4, 5, 9, 13

Тема 6 Исследование абсолютной устойчивости нелинейной системы

5

1, 2, 3, 4, 9, 13

Лабораторные занятия

Лабораторные занятия по данной дисциплине не предусмотрены

Самостоятельная работа студента под руководством преподавателя

Тема 1 Основные этапы создания нелинейных систем управления. Представление динамических свойств объектов управления

7

1, 2, 3, 4, 9, 13

Тема 2 Знакомство с моделирующей программой VisSim Компьютерное моделирование динамических систем.

7

1, 2, 4, 5, 6, 7, 9,11,14

Тема 3 Коррекция релейных систем. Исследование скользящих режимов в релейной системе.

5

2, 3, 4, 10

Тема 4 Вычисление коэффициентов гармонической линеаризации основных нелинейных элементов.

9

2, 3, 4, 8, 10

Тема 5 Применение теорем второго (прямого) метода Ляпунова для исследование устойчивости систем. Выбор функции Ляпунова.

9

1, 2, 3, 4, 5, 9, 13

1

2

3

Тема 6 Применение частотного метода Попова для исследования абсолютной устойчивости нелинейной системы.

8

1, 2, 3, 4, 9, 13

2.2 Содержание и требования по выполнению курсового проекта (работы)

Выполнение курсового проекта (работы) по данной дисциплине не предусмотрено.

2.3 Задания для самостоятельной работы (СРС)

Тема

Цель и содержание задания

Рекоменду

емая литература

Продолжи

тельность выполнения

Форма контро

ля

Срок сдачи

Принципы построения нелинейных систем

Виды и особенности нелинейных систем. Методы описания систем управления.

2,3,4,5

2 недели

Устный опрос

6 неде

ля

Анализ поведения нелинейных систем различными методами

Вычисление коэффициен-

тов гармонической линеаризации, исследование автоколебаний, вынужденных колебаний.

2,3,4,5

2 недели

Устный опрос

10 неде

ля

Исследование устойчивости линейных и нелинейных систем

Задачи исследования устойчивости и характера переходных процессов различными методами

2,3,4,5

2 недели

Устный опрос

14 неде

ля

2.4 График выполнения и сдачи заданий по дисциплине

Вид контроля

Академический период обучения, неделя

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Посещаемость

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

Конспекты лекций

5

5

Устный опрос

3

3

4

3

3

4

Коллоквиум

Защита заданий

10

10

10

10

10

10

Реферат

5

5

Рубежное тестирование

50

50

Всего

13

5

13

5

14

50

13

13

10

14

50

* за каждое пропущенное занятие вычитается один балл, два опоздания приравниваются к одному пропуску занятий.

2  СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

3.1  Основная литература

1 Теория автоматического регулирования.- Часть первая. Под ред. . М.: Высшая школа, 1986.

2 Теория автоматического регулирования.- Часть вторая. Под ред. . М.: Высшая школа, 1986. – 504с.

3 Мирошник автоматического управления. Нелинейные и оптимальные системы. – СПб.: Питер, 2006. – 272 с.

4 Ким автоматического управления. Т.2. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы: Учебное пособие. – М.: Физматлит, 2004. – 464 с.

5 Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 5-и томах / Под ред. , . – М.: Издательство МГТУ им. . 2004. – 656 с.

6 Ротач автоматического управления: Учебник для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 396 с.

7 Избранные главы теории автоматического управления. / , – СПб.: Наука, 2000. – 475 с.

8 Справочник по теории автоматического управления / Под ред. . – М.: Наука, 1987. – 712 с.

9 , Попов систем автоматического управления. – СПб.: "Профессия", 2003. – 747 с.

10 Попов нелинейных систем автоматического регулирования и управления.- М.: Наука, 1988. – 256 с.

11 Куропаткин автоматического управления. – М.: Высшая школа, 1973. – 526 с.

12 истемы управления с обратной связью. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. – 616 с.

13 Теория автоматического управления: Учебник для вузов/ , , и др. – М.: Высшая школа, 2003. – 567 с.

14 Первозванский теории автоматического управления.- М.: Наука, 1986. – 616 с.

3.2  Дополнительная литература

15 Дорф Р, овременные системы управления /Пер. с англ. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. – 832 с.

16 ифровые системы управления /Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 541 с.

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

18 Александров и адаптивные системы. – М.: 2003. – 278 с.

19 истемы управления с ЭВМ /Пер. с англ. – М.: Мир, 1987. – 480 с.

7 и др. Математические основы теории автоматического регулирования. – М.: Высшая школа, 1971. – 808 с.

20 Андреев конечномерными линейными объектами. – М.: Наука, 1976. – 424 с.

4 ОЦЕНКА ЗНАНИЙ

4.1 Требования преподавателя

Требования преподавателя:

- посещение лекционных и практических занятий по расписанию является обязательным;

- присутствие студентов на занятиях проверяется в начале занятий. В случае опоздания студент должен бесшумно войти в аудиторию и включиться в работу, а в перерыве объяснить преподавателю причину опоздания;

- два опоздания на занятия приравниваются к одному пропуску занятия;

- оцениваемые в баллах работы следует сдавать в установленные сроки. За несвоевременную сдачу работ количество баллов снижается. Студенты, не сдавшие все задания, к экзамену не допускаются;

- повторное прохождение студентом рубежного контроля, в случае получения неудовлетворительной оценки, не допускается;

- студенты, получившие средний рейтинг Рср = (Р1 + Р2)/2 менее 50%, к экзамену не допускаются;

- в течение занятий мобильные телефоны должны быть отключены;

- студент обязан приходить на занятия в деловой одежде.

4.2 Критерии оценки

Оценка всех видов заданий осуществляется по 100-балльной системе.

Текущий контроль проводится на каждой неделе и включает контроль посещения лекций, практических занятий и выполнение самостоятельной работы.

Рубежный контроль знаний проводится на 7 и 15 неделях семестра в форме тестирования. Рейтинг складывается, исходя из следующих видов контроля*:

Аттестационный период

Вид контроля, удельный вес, %

Посещаемость

Конспекты лекций

Устный опрос

Коллоквиум

Выполнение заданий

Реферат

Эссе

Рубежное тестирование

Всего

Рейтинг 1

*

5

10

-

30

5

-

50

100

Рейтинг 2

*

5

10

-

30

5

-

50

100

* за каждое пропущенное занятие вычитается один балл, два опоздания приравниваются к одному пропуску занятий.

Экзамен по дисциплине проходит во время экзаменационной сессии в форме тестирования.

Итоговая оценка знаний студента по дисциплине включает:

- 40% результата, полученного на экзамене;

- 60% результатов текущей успеваемости.

Формула подсчета итоговой оценки:

, (1)

где Р1, Р2 – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно;

Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.

Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:

Оценка

по буквенной системе

Цифровой эквивалент баллов

Процентное содержание, %

Оценка

по традиционной

системе

А

4,0

95–100

отлично

А–

3,67

90–94

В+

3,33

85–89

хорошо

В

3,0

80–84

В–

2,67

75–79

С+

2,33

70–74

удовлетворительно

С

2,0

65–69

С–

1,67

60–64

D+

1,33

55–59

D

1,0

50–54

F

0

0–49

неудовлетворительно

4.3 Материалы для итогового контроля

Темы блоков тестовой базы

№ блока

Темы

1.

Общие определения

2

Основы управления систем

3

Анализ и синтез нелинейных систем

4

Методы описания систем управления

5

Изображение процессов в фазовом пространстве

6

Виды и особенности нелинейных систем

7

Метод фазовой плоскости. Метод точечных отображений

8

Метод гармонической линеаризации

9

Устойчивость нелинейных систем по Ляпунову. Первый метод Ляпунова

10

Знакопостоянные и знакопеременные функции. Второй метод Ляпунова

11

Абсолютная устойчивость

12

Дискретные системы

13

Задача на преобразование представления систем

14

Представление систем в пространстве состояний

15

Структурные представления систем

16

Задача на соединения нелинейных звеньев

17

Задача на метод гармонической линеаризации

18

Задача на применение функций Ляпунова

19

Задача на критерий Сильвестра

20

Задача на критерий абсолютной устойчивости Попова