МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Утверждаю:
Декан ФМТ __________
« » 2014г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Направление подготовки: 140100 «Энергетическое машиностроение»
Профиль подготовки: Двигатели внутреннего сгорания
Квалификация (степень) выпускника - бакалавр
Форма обучения - очная
г. Пенза - 2014
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Рабочая программа дисциплины
1. Область применения
Настоящая рабочая программа устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчётности.
Предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, и студентов специальностей 140501 «Двигатели внутреннего сгорания».
2. Нормативные ссылки
Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Направление подготовки инженера «Энергомашиностроение».
Учебный план ПГУ по направлению 140500 «Энергомашиностроение» специальности 140501 «Двигатели внутреннего сгорания», утверждённый 8.06.2006г.
Семестровый учебный план на текущий учебный год.
И 151.30.03 - 2000
Рабочие программы учебных дисциплин.
Порядок разработки и требования к содержанию.
3. Нормативная трудоёмкость изучения дисциплины
Трудоёмкость дисциплины в часах, исходя из 17 недельного семестра (дробью: в числителе - всего в семестре, в знаменателе - в среднем в неделю).
Общая_________________ - 72/2
Обязательная аудиторная
лекции - 11/1
лабораторные занятия - 11/1
практические занятия - 11/1
Самостоятельная работа студента - 39/1 аудиторная / внеаудиторная в том числе курсовая работа (проект) -
Контроль
текущий на занятиях
защита курсовой работы (проекта) -
зачёт - 8 семестр
экзамен -
4. Цель и задачи дисциплины
4.1. Дисциплина входит в вариативную часть дисциплин по выбору.
Программа составлена с учетом квалификационной характеристики и учебного плана специальности, фонда времени и графика выполнения внеаудиторных самостоятельных работ по дисциплине.
Задачи курса "Автоматическое регулирование и управление ДВС":
-изучение основных понятий теории управления техническими системами;
-изучение основ управления и автоматизации двигателей;
-изучение двигателя как регулируемого объекта;
-изучение основных дифференциальных уравнений математической модели двигателя.
Вопросы, рассматриваемые в курсе, должны служить основой для расчета и исследования двигателя как объекта регулирования как на статических так и переходных режимах. Целью дисциплины является привитие студентам умения и навыков, необходимых для выработки требований к системам регулирования и управления, анализа эффективности систем регулирования, оценки качества работ систем и их устойчивости.
Материал дисциплины опирается на знания студентов, предварительно полученные при изучении математики, теории рабочих процессов ДВС, динамики ДВС, информатики и основ микропроцессорной техники
В процессе преподавания дисциплины должны быть использованы технические средства обучения, ЭВМ, а также комплекс учебно-лабораторных установок, обеспечивающих экспериментальную проверку достоверности изучаемых законов и процессов.
Текущий контроль качества освоения материала осуществляется путем индивидуального собеседования преподавателя со студентами на практических занятиях.
4.2. В результате изучения дисциплины студент должен:
Коды компетенции | Наименование компетенции | Структурные элементы компетенции (в результате освоения дисциплины обучающийся должен знать, уметь, владеть) |
1 | 2 | 3 |
ПК-12 | способность проводить анализ работы объектов профессиональной деятельности | знать: основные принципы построения систем автоматического регулирования, методы и критерии анализа устойчивости режимов работы двигателя. уметь: сформулировать основную задачу исследования, связанную с оценкой качества переходных процессов в системе двигатель-автомобиль владеть: методами построения характеристик управляемости двигателем. |
ПК-14 | способность осуществлять сервисно-эксплуатационные работы на объектах профессиональной деятельности | знать: основы управления и автоматизации двигателей, изучение двигателя как регулируемого объекта; уметь: осуществлять техническое обслуживание и настройку различных элементов систем автоматического управление и регулирование двигателей внутреннего сгорания владеть: навыками подбора параметров автоматических регуляторов входящих в различные системы двигателей внутреннего сгорания |
СК-8 | владеет знаниями в области электротехники, электроники, микропроцессорной техники и систем автоматического регулирования и управления объектами профессиональной деятельности | знать: - устройство, принцип действия, области применения, правила технического обслуживания и ремонта, методы модернизации электрооборудования двигателей. уметь - проводить необходимые расчеты и выбор элементов и агрегатов электрооборудования двигателей. владеть – навыками эксплуатации, испытаний и экспериментальных исследований агрегатов электрооборудования двигателей. |
5. Место дисциплины в учебном процессе
Дисциплина относится к циклу специальных дисциплин и блоку дисциплин, обеспечивающих конструкторско-технологическую подготовку. Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
- конструкция двигателей внутреннего сгорания.
Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин: расчёт и конструирование двигателей, теория рабочих процессов и моделирование процессов в ДВС, динамика двигателей.
6. Сводные данные об основных разделах дисциплины
№ п/ п | Наименование раздела | Количество часов занятий | Уровни изучения | ||||
Аудиторных | Самос-тоятель ных | ||||||
Лекционных | Практи ческих | Лабора торных | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
1. | Введение | 1 | 1 | ||||
2. | Основные понятия и термины. | 5 | 1 | 4 | |||
3. | Двигатель как объект регулирования. | 9 | 1 | 2 | 6 | ||
4. | Автоматические регуляторы частоты вращения коленчатого вала двигателя. | 15 | 2 | 2 | 3 | 8 | |
5. | Статика автоматического регулирования. | 9 | 1 | 2 | 2 | 4 | |
6. | Анализ динамических характеристик САР | 5 | 1 | 4 | |||
7. | Динамические характеристик двигателя внутреннего сгорания. | 11 | 2 | 2 | 2 | 5 | |
8 | Динамические свойства АР прямого действия | 5 | 1 | 4 | |||
9 | Динамические свойства системы автоматического регулирования. | 9 | 1 | 2 | 2 | 4 | |
10 | Критерии устойчивости САР ЧВ ЛВС | 8 | 1 | 1 | 2 | 4 | |
72 | 11 | 11 | 11 | 39 |
7 Лекции
7.1 Введение
7.1.1. Введение (1 час)
Предмет изучения в курсе "Автоматическое регулирование и управление ДВС". Краткий исторический обзор развития дисциплины. Роль русских и советских ученых в развитии дисциплины.
7.1.2. Основные понятия и термины. (3 часа)
Регулируемый объект и регулятор. Принципы регулирования Ползунова-Уатга, Понселе, Сименс. Функциональные схемы САР: двигателя без наддува, с наддувом, систем тепловой стабилизации, воздухоснабжения. Входные и выходные координаты. Отрицательная обратная связь в САР. Классификация САР.
7.1.3. Двигатель как объект регулирования. (6 часов)
Система дорога-автомобиль-двигатель. Уравнение статического равновесия системы двигатель-потребитель. Скоростная характеристика потребителя - автотранспортного средства Mc=f(n). Основные характеристики двигателей внутреннего сгорания. Поле эксплуатационных режимов. Причины необходимости использования автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля. Оценка устойчивости режима работы двигателя. Фактор устойчивости двигателя. Основные математические принципы исследования систем автоматического регулирования: метод малых отклонений. Способы увеличения значения фактора устойчивости. Регуляторная характеристика двигателя по частоте вращения. Построение регуляторной характеристики (аналитический и графоаналитический методы). Виды регуляторных характеристик. Формирование предельной регуляторной характеристики вводом реверсивно-корректирующих устройств. Характеристика управляемости двигателем. Влияние формы регуляторной характеристики и характеристики управляемости на поведение двигателя и транспортного средства при различных случаях маневрирования.
7.1.4. Автоматические регуляторы частоты вращения коленчатого вала двигателя. (6 часов)
Основные элементы различных систем автоматического регулирования в ДВС. Датчики, задающие устройства, компараторы, исполнительные механизмы.
Автоматические регуляторы теплового состояния двигателя.
Автоматические регуляторы частоты вращения коленчатого вала двигателя: механические - предельный, двухрежимный, всережимные, трехрежимные. Электронные регуляторы частоты вращения. Начальные понятия о комплексных электронных системах автоматического управления дизелем.
Автоматические регуляторы непрямого действия.
7.1.5. Статика автоматического регулирования. (2 часа)
Принцип действия чувствительного элемента АР частоты вращения прямого действия. Силы, действующие на чувствительный элемент тахометра. Восстанавливающая сила. Поддерживающая сила. Фактор устойчивости тахометра прямого действия. Параметры, характеризующие качество работы АР: степень неравномерности, степень нечувствительности. Взаимосвязь значений основных параметров. Принцип и последовательность расчета механических автоматических регуляторов прямого действия частоты вращения.
7.1.6. Анализ динамических характеристик САР. (3 часа)
Задачи рассмотрения переходных процессов в системах автоматического регулирования. Основные характеристики переходных процессов. Линеаризация основных дифференциальных уравнений. Способы исследования переходных процессов. Единичные функции. Типовые возмущающие воздействия. Качество переходных процессов.
7.1.7. Динамические характеристик двигателя внутреннего сгорания. (3 часа)
Динамические характеристик двигателя внутреннего сгорания, работающего на потребителя: приведенный момент инерции двигателя и потребителя, уравнение динамического равновесия двигателя и потребителя. Уравнение движения двигателя. Основные параметры, характеризующие динамические свойства собственно двигателя без наддува. Переходные процессы двигателя при различных типах воздействия. Амплитудно-фазовые частотные характеристики двигателя
7.1.8. Динамические свойства АР прямого действия. (3 часа)
Уравнение движения чувствительного элемента АР частоты вращения. Переходные процессы при различных видах возмущающих координат. Основные параметры, влияющие на качество регулирования. Параметры, влияющие на качество переходных процессов. Амплитудно-фазовые частотные характеристики автоматического регулятора прямого действия.
7.1.9. Динамические свойства системы автоматического регулирования. (3 часа)
Задачи исследования динамических свойств САР. Методы исследования. Формулирование математической модели САР. Нормирование дифференциальных уравнений. Математическая модель разомкнутой САР.
7.1.10. Критерии устойчивости САР ЧВ ЛВС. (4 часа)
Понятие о косвенной оценке устойчивости режимов работы САР. Основные предпосылки и способы применения критериев устойчивости Рауса-Гурвица, Вышнеградского, Михайлова, Найквиста.
7.2.Форма проведения занятий.
Лекционные занятия.
7.3.Материально-техническое обеспечение.
Иллюстрационным материалом являются плакаты, проекционная техника, стенды, макеты.
8 . Лабораторные занятия
№ | Наименование темы дисциплины | Содержание темы дисциплины | Результат обучения, формируемые компетенции |
1 | 2 | 3 | 4 |
1 | Динамические свойства АР прямого действия | Изучение принципа действия и конструкции регуляторов прямого действия. | ПК-12, ПК-14 |
2 | Динамические свойства системы автоматического регулирования. | Изучение принципа действия и конструкции всережимных регуляторов с переменной и постоянной предварительной натяжкой пружины | ПК-12, ПК-14 |
3 | Статика автоматического регулирования | Определение статической регуляторной характеристики регулятора двигателя на стенде | ПК-12, ПК-14 СК-8 |
4 | Автоматические регуляторы частоты вращения коленчатого вала двигателя | Изучение принципа действия и конструкции регуляторов непрямого действия | ПК-12, ПК-14 |
5 | Динамические характеристик двигателя внутреннего сгорания. | Определение частотных характеристик САР дизеля на стенде | ПК-12, ПК-14 СК-8 |
9 . Содержание практических занятий
№ | Наименование темы дисциплины | Содержание темы дисциплины | Результат обучения, формируемые компетенции |
1 | 2 | 3 | 4 |
1 | Автоматические регуляторы частоты вращения коленчатого вала двигателя. | Изучение конструкции автоматических регуляторов частоты вращения прямого действия автотракторных дизелей | ПК-12, ПК-14 |
2 | Двигатель как объект регулирования | Расчетное исследование статических характеристик элементов систем автоматического регулирования дизеля без наддува. | ПК-12, ПК-14 |
3 | Критерии устойчивости САР | Изучение опытного стенда для проведения испытаний топливной аппаратуры дизелей. | ПК-12, ПК-14 СК-8 |
4 | Статика автоматического регулирования | Снятие статической характеристики топливного насоса высокого давления, оборудованного всережимным регулятором частоты вращения | ПК-12, ПК-14 СК-8 |
5 | Динамические характеристик двигателя внутреннего сгорания. | Расчетное исследование динамических характеристик САР частоты вращения и ее элементов | ПК-12, ПК-14 |
10. Другие виды аудиторных занятий – нет
11. Курсовой проект (курсовая работа) – нет
12. Другие виды самостоятельной работы - нет
13. Рекомендуемая литература
№ п/п | Автор, название учебника, издательство, год выпуска | Наличие в библиотеке университета |
Основная | ||
1. | Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов. , , и др. под ред. , . М. Машиностроение. 1980-288 с. | Есть |
2. | 1. Крутов регулирование двигателей внутреннего сгорания / . – М. : Машиностроение, 1989. – 615 с. | Есть |
3. | Горелик автоматики и автоматизация судовых энергетических установок : учеб. пособие / . – Хабаровск : Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2001. – 203 с. | Есть |
Дополнительная | ||
1. | Ланчуковский системы управления судовых дизельных и газотурбинных установок / , . – М. : Транспорт, 1990. – 335 с. | Есть |
14. Сведения о переутверждении программы на очередной учебный год и регистрация изменений
Учебный год | Учебная группа | Решение кафедры (№ протокола, дата) | Решение выпускающей кафедры (№ протокола, дата) | Лектор | Номер изменения |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Вопросы зачета по дисциплине «Автоматическое регулирование и управление ДВС»
1. Регулируемый объект и регулятор. Принципы регулирования.
2. Функциональные схемы САР: двигателя без наддува, с наддувом, систем тепловой стабилизации, воздухоснабжения.
3. Входные и выходные координаты. Отрицательная обратная связь в САР. Классификация САР.
4. Система дорога-автомобиль-двигатель. Уравнение статического равновесия системы двигатель-потребитель.
5. Скоростная характеристика потребителя - автотранспортного средства Mc=f(n).
6. Основные характеристики двигателей внутреннего сгорания. Поле эксплуатационных режимов.
7. Причины необходимости использования автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля. Оценка устойчивости режима работы двигателя. Фактор устойчивости двигателя.
8. Регуляторная характеристика двигателя по частоте вращения. Построение регуляторной характеристики (аналитический и графоаналитический методы).
9. Виды регуляторных характеристик. Формирование предельной регуляторной характеристики вводом реверсивно-корректирующих устройств.
10. Характеристика управляемости двигателем. Влияние формы регуляторной характеристики и характеристики управляемости на поведение двигателя и транспортного средства при различных случаях маневрирования.
11. Основные математические принципы исследования систем автоматического регулирования: метод малых отклонений.
12. Основные элементы различных систем автоматического регулирования в ДВС. Датчики, задающие устройства, компараторы, исполнительные механизмы.
13. Автоматические регуляторы теплового состояния двигателя.
14. Автоматические регуляторы частоты вращения коленчатого вала двигателя: механические - предельный, двухрежимный, всережимные, трехрежимные.
15. Электронные регуляторы частоты вращения.
16. Начальные понятия о комплексных электронных системах автоматического управления дизелем.
17. Принцип действия чувствительного элемента АР частоты вращения прямого действия.
18. Силы, действующие на чувствительный элемент тахометра. Восстанавливающая сила. Поддерживающая сила. Фактор устойчивости тахометра прямого действия.
19. Параметры, характеризующие качество работы АР: степень неравномерности, степень нечувствительности. Взаимосвязь значений основных параметров.
20. Принцип и последовательность расчета механических автоматических регуляторов прямого действия частоты вращения.
21. Задачи рассмотрения переходных процессов в системах автоматического регулирования. Основные характеристики переходных процессов.
22. Линеаризация основных дифференциальных уравнений. Способы исследования переходных процессов.
23. Единичные функции. Типовые возмущающие воздействия. Качество переходных процессов.
24. Динамические характеристик двигателя внутреннего сгорания, работающего на потребителя: приведенный момент инерции двигателя и потребителя, уравнение динамического равновесия двигателя и потребителя.
25. Уравнение движения двигателя. Основные параметры, характеризующие динамические свойства собственно двигателя без наддува.
26. Переходные процессы двигателя при различных типах воздействия. Амплитудно-фазовые частотные характеристики двигателя
27. Основные параметры, влияющие на качество регулирования. Параметры, влияющие на качество переходных процессов.
28. Амплитудно-фазовые частотные характеристики автоматического регулятора прямого действия.
29. Понятие о косвенной оценке устойчивости режимов работы САР.
30. Основные предпосылки и способы применения критериев устойчивости
Рабочая программа дисциплины (модуля) «Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания» составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций ПрООП по направлению подготовки140100 «Энергитическое машиностроение».
Программу составил:
1. Доцент кафедры «Транспортные машины» ________________ А. П. ЖУК
(Ф. И.О., должность, подпись)
Настоящая программа не может быть воспроизведена ни в какой форме без предварительно-го письменного разрешения кафедры-разработчика программы.
Программа одобрена на заседании кафедры «Транспортные машины»
Протокол № ___ от «____» ______________ 2014 года
Зав. кафедрой «Транспортные машины»_________________ Ю. А. ДЬЯЧКОВ
Программа одобрена методической комиссией ФМТ
Протокол № ___ от «____» ______________ 2014 года
Председатель методической комиссии ФМТ
Доцент кафедры «Транспортные машины» __________ О. Н. ЛОГИНОВ
