Цель преподавания дисциплины
Цель изучения курса – формирование у студентов прочных знаний об общих принципах построения и законах функционирования автоматических систем управления, основных методах анализа и синтеза непрерывных и дискретных систем управления при детерминированных и случайных внешних воздействиях.
Задача изучения дисциплины
Студенты должны получить твердые навыки по составлению функциональной и алгоритмической схем конкретных систем управления, определению передаточной функции и параметров элементов системы, записи передаточных функции и уравнении динамики линейной системы, расчету статической и динамической точности управления, анализу устойчивости систем, оценке показателей качества процесса управления.
Пререквизиты
«Автоматическое управление в энергетике ІІ» опирается на материалы дисциплин: «Математика», «ТОЭ I», «ТОЭ II», «Физика», «Физика2», «Математика в задачах», изучаемых студентами в предыдущих курсах.
1.4 Постреквизиты
Знания полученные студентами при изучении дисциплины «Автоматическое управление в энергетике ІІ» необходимы для более глубокого усвоения последующих базовых и специальных дисциплин. К которым относятся: «Электроэнергетика», «Электроснабжение», «Электрические системы и сети» и др.
2 СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ
Таблица 1
Распределение рейтинговых процентов по видам контроля
№ варианта | Вид итогового контроля | Виды контроля | % |
1 | Экзамен | Итоговый контроль | 100 |
Рубежный контроль | 100 | ||
Текущий контроль | 100 |
Сроки сдачи результатов текущего контроля приведены в календарном графике учебного процесса (таблица 2).
Таблица 2
Календарный график сдачи всех видов контроля
по дисциплине «Автоматическое управление в энергетике ІІ»
Недели | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
Вид контроля | Л1 СР 1 | Л 1 СР1 | Л1 СР1 | Л2 СР2 | Л2 СР2 | Л2 СР2 | Л 3 СР 3 | Л3 СР3 РК 1 | Л 3 СР 3 | Л 4 СР 4 | Л 4 СР4 | Л 4 СР4 | Л 5 | Л 5 | Л 5 РК-2 |
Недельное количество контроля | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 3 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 |
Виды контроля: СР – самостоятельная работа, РК – рубежный контроль, |
Таблица 3
Оценка знаний студентов
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
Изучение дисциплины «Автоматическое управление в энергетике - ІІ» предполагает обязательные лекционные, лабораторные занятия, также самостоятельную работу студентов (СРС и СРСП). Такие комплексные занятия обеспечивают усвоение курса, способствуют приобретению студентами прочных знаний.
Тематический план дисциплины с указанием наименований тем и количества академических часов по всем видам занятий (по темам) приведен в таблице 4.
Таблица 4.
Распределение часов по видам занятий
Наименование темы | Количество академических часов | ||||
Лекции | Лабораторная | СРСП | CРC | ||
ауд. | офисная | ||||
1.Особенности нелинейных систем и нелинейные характеристики | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
2. Линеаризация нелинейных характеристик путем разложения в ряд путем | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
3. Линеаризация нелинейных характеристик. Метод гармонической линеаризации | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
4. Линеаризация нелинейных характеристик статистическая линеаризация | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
5. Исследование нелинейных систем. Метод гармонического баланса и статической линеаризации | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
6. Метод фазовых траекторий | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
7. Построение фазовых траектории методом изоклин предельные циклы | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
8. Устойчивость нелинейных систем методом Ляпунова | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
9.Условие абсолютной устойчивости нелинейных систем. Критерий | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
10.Устойчивость процессов в нелинейных САР. | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
11.Основные понятия о фазовой плоскости | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
12.Фазовые портреты нелинейных систем | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
13.Дискретные и импульсные АСР. Дискретные функции. Структура дискретных АСР | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
14.Управление движением импульсных систем. Абсолютная устойчивость импульсных систем | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
15.Показатели качества регулирования дискретных и импульсных систем | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
Всего часов | 15 | 30 | 15 | 30 | 45 |
Таблица 5
3.1 Лекционные занятия и их содержание
№ | План и содержание лекций | Объем час |
1 | 2 | 3 |
1. | Особенности нелинейных систем и нелинейные характеристики. Основные понятия и особенности нелинейных систем (НС). Качество переходных процессов. Автоколебания. Влияние начальных условии и величины внешних воздействии на устойчивость. Основные нелинейные характеристики. | 1,0 |
2. | Линеаризация нелинейных характеристик путем разложения в ряд путем. Приближенные методы описания НС. Линеаризация нелинейной характеристики членами разложения в ряд Тейлора. | 1,0 |
3. | Линеаризация нелинейных характеристик. Метод гармонической линеаризации. Воздействие гармонических воздействии на систему, на нелинейные звенья с различными статическими характеристиками. Идеал гармонической линеаризации. Ряд Фурье и его гармоники. Гармонические коэффициенты усиления нелинейного звена и метод их вычислений. | 1,0 |
4. | Линеаризация нелинейных характеристик статистическая линеаризация. Замена нелинейной характеристики эквивалентными в вероятностном смысле линейными зависимостями. Статистически коэффициент усиления по математическому ожиданию, по центрированной функции совместная статистическая и гармоническая линеаризация. | 1,0 |
5. | Исследование нелинейных систем. Метод гармонического баланса и статической линеаризации. Основные понятия метода гармонического баланса и его область применения. Определение устойчивости автоколебаний. Метод статистической линеаризации (основные положения, пути решения, область применения). | 1,0 |
6. | Метод фазовых траекторий. Основные положения метода фазовых траектории. Уравнение фазовой траектории. Взаимосвязь переходных процессов и фазовых траекторий. | 1,0 |
7. | Построение фазовых траектории методом изоклин предельные циклы. Сущность метода построения фазовых траектории методом изоклин. Предельные НС. Алгоритм построения переходного процесса по известной фазовой траектории. | 1,0 |
8. | Устойчивость нелинейных система методы Ляпунова. Сущность прямого (второго) метода Ляпунова. Понятие о знако определенных, знако постоянных и знако переменных функциях. Функция Ляпунова и ей производная по времени. Теорема Лопунова об устойчивости НС. | 1,0 |
9. | Условие абсолютной устойчивости нелинейных систем. Критерий Попова структурная схема НС. Виды устойчивости НС. Частный критерии устойчивости и теоремы . Графическая интерпретация теоремы . | 1,0 |
10. | Устойчивость процессов в нелинейных САР. Определение устойчивости определенных процессов. Различие устойчивости равновесия и процесса в НС. Возможность применения критерии для исследования устойчивости процессов. Условие устойчивости процессов в НС и его графическая интерпретация. | 1,0 |
11. | Основные понятия о фазовой плоскости. Метод изображения переходных процессов в фазовом пространстве (плоскости) и его применения определение фазовой плоскости и пространства и их математические описания. Формулировка их на понятия устойчивости НС по Ляпунову. Фазовые траектории для обыкновенных линейных систем. | 1,0 |
12. | Фазовые портреты нелинейных систем. Состояние равновесия НС. Неоднородность топологической структуры фазовых пространств. Особые траектории. Фазовые портреты. Сепаратрисы фазовых траектории. | 1,0 |
13. | Дискретные и импульсные АСР. Дискретные функции. Структура дискретных АСР. Основные понятия и определения. Разновидности дискретных систем. Типы импульсной модуляции. Крутиз на характеристики импульсного элемента. Дискретные функции (решетчатая, смещенная решетчатая функции). Основные свойства дискретного преобразования Лапласа. | 1,0 |
14. | Управление движением импульсных систем. Абсолютная устойчивость импульсных систем. Разомкнутые импульсные системы и их уравнение движения, структурная схема, виды импульсной модуляции. Передаточные функции различных импульсных систем. Замкнутые импульсные системы. Устойчивость импульсных систем. Алгебраические критерии, аналог критерия Михайлова, Найквиста. | 1,0 |
15. | Показатели качества регулирования дискретных и импульсных систем. Основные показатели качества регулирования. Косвенные оценки качества полирования степень устойчивости, колебательности, суммарные оценки. Метод определения степени устойчивости и колебательности. | 1,0 |
Итого: | 15,0 |
Таблица 6
3.2 Лабораторные занятия
№ | Содержание | Объем час |
1 | 2 | 3 |
1. | Л 1. Исследование систем с запаздыванием | 2,0 |
2. | Л1. Исследование систем с запаздыванием | 2,0 |
3. | Л1. Исследование систем с запаздыванием | 2,0 |
4. | Л 2. Исследование нелинейной системы | 2,0 |
5. | Л 2. Исследование нелинейной системы | 2,0 |
6. | Л 2. Исследование нелинейной системы | 2,0 |
7. | Л 3. Исследование особенностей переходного процесса нелинейной автоматической системы | 2,0 |
8. | Л 3. Исследование особенностей переходного процесса нелинейной автоматической системы | 2,0 |
9. | Л 3. Исследование особенностей переходного процесса нелинейной автоматической системы | 2,0 |
10. | Л 4. Исследование нелинейной системы при помощи метода фазовых траектории | 2,0 |
11. | Л 4. Исследование нелинейной системы при помощи метода фазовых траектории | 2,0 |
12. | Л 4. Исследование нелинейной системы при помощи метода фазовых траектории | 2,0 |
13. | Л 5. Исследование нелинейной системы методом гармонической линеаризации | 2,0 |
14. | Л 5. Исследование нелинейной системы методом гармонической линеаризации | 2,0 |
15. | Л 5. Исследование нелинейной системы методом гармонической линеаризации | 2,0 |
Итого: | 30 |
3.3 Самостоятельная работа студентов
Одной из основных целей кредитной системы обучения является обеспечение более высокого качественного уровня самостоятельной работы студентов. Что, в свою очередь, требует повышения качества учебное- методического обеспечения дисциплины. Самостоятельная работа студентов проводимая под руководством преподавателя (СРСП) составляет 50% всей работы.
Общее количество часов самостоятельной работы студентов составляет 60 часов в семестре (15 недель), из них СРСП - 30 часов.
В таблице 7 приведены планы - содержание самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя (в аудиторное и внеаудиторное время) и самостоятельной работы студентов без преподавателя (СРС).
Таблица 7
Планы СРСП (аудиторные)
№ нед. | Тема | Объем час |
1 | 2 | 3 |
1. | Исследование устойчивости систем с запаздыванием. | 1,0 |
2. | Построение переходных процессов систем с запаздыванием. | 1,0 |
3. | Синтез регулятора компенсатора в системе управления по возмущению. | 1,0 |
4. | Синтез регулятора компенсатора в комбинированной системе управления. | 1,0 |
5. | Идентификация статических характеристик линейных объектов МНК. | 1,0 |
6. | Идентификация статических характеристик нелинейных объектов МНК. | 1,0 |
7. | Идентификация объектов по кривым разгона. | 1,0 |
8. | Идентификация объектов по частотным характеристикам. | 1,0 |
9. | Типовые нелинейные САР и их математическое описание. | 1,0 |
10. | Методика замены нелинейных характеристик гармоническими составляющими. | 1,0 |
11. | Гармоническая линеаризация релейных характеристик. | 1,0 |
12. | Гармоническая линеаризация сложных объектов неописанных известной функцией. | 1,0 |
13. | Разрешение основного дифференциального уравнения относительной старшей производной. | 1,0 |
14. | Взаимосвязь фазовых траекторий объектов с переходным процессом. | 1,0 |
15. | Определение фазовой траектории релейной системы (на математической модели). | 1,0 |
Итого | 15,0 |
Планы СРСП (офисные)
№ нед. | Тема | Объем час |
1 | 2 | 3 |
1. | Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные). | 2,0 |
2. | Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные). | 2,0 |
3. | Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные). | 2,0 |
4. | Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные). | 2,0 |
5. | Прикладные методы идентификации статических и динамических характеристик объектов управления. | 2,0 |
6. | Прикладные методы идентификации статических и динамических характеристик объектов управления. | 2,0 |
7. | Прикладные методы идентификации статических и динамических характеристик объектов управления. | 2,0 |
8. | Прикладные методы идентификации статических и динамических характеристик объектов управления. | 2,0 |
9. | Методы гармонической линеаризации нелинейных систем. | 2,0 |
10. | Методы гармонической линеаризации нелинейных систем. | 2,0 |
11. | Методы гармонической линеаризации нелинейных систем. | 2,0 |
12. | Методы гармонической линеаризации нелинейных систем. | 2,0 |
13. | Метод фазовых траектории в нелинейных САР. | 2,0 |
14. | Метод фазовых траектории в нелинейных САР. | 2,0 |
15. | Метод фазовых траектории в нелинейных САР. | 2,0 |
Итого | 30,0 |
Планы СРС
№ нед. | Тема | Объем час |
1. | Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные). Анализ устойчивости системы с запаздыванием с использованием критерия Найквиста. | 3,0 |
2. | Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные). Передаточная функция разомкнутой системы. | 3,0 |
3. | Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные). Построение АФЧХ системы с запаздыванием. | 3,0 |
4. | Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные). Анализ нелинейной системы методом фазовых траектории. | 3,0 |
5. | Прикладные методы идентификации статических и динамических характеристик объектов управления. (Статические характеристики) | 3,0 |
6. | Прикладные методы идентификации статических и динамических характеристик объектов управления. (Динамические характеристики) | 3,0 |
7. | Прикладные методы идентификации статических и динамических характеристик объектов управления. (Решение количественных примеров по определении статических линейных характеристики) | 3,0 |
8. | Прикладные методы идентификации статических и динамических характеристик объектов управления. (Решение количественных примеров по определении статических нелинейных характеристики) | 3,0 |
9. | Методы гармонической линеаризации нелинейных систем. (Определение возможности возникновения автоколебаний в системе с насыщением). | 3,0 |
10. | Методы гармонической линеаризации нелинейных систем. (Определение возможности возникновения автоколебаний в системе с люфтом). | 3,0 |
11. | Методы гармонической линеаризации нелинейных систем. (Определение комплексного коэффициента усиления релейного звена). | 3,0 |
12. | Методы гармонической линеаризации нелинейных систем. (Повышение точности метода гармонической линеаризации). | 3,0 |
13. | Метод фазовых траектории в нелинейных САР. (Построение фазовых траекторий системы с насыщением). | 3,0 |
14. | Метод фазовых траектории в нелинейных САР. (Построение фазовых траекторий релейной системы). | 3,0 |
15. | Метод фазовых траектории в нелинейных САР. (Получение кривой переходного процесса по фазовой траектории системы). | 3,0 |
Итого | 45 |
Таблица 8
График проведения занятий
№ | Дата | Время | Наименование тем |
1 | 2 | 3 | 4 |
Лекции | |||
1. | Особенности нелинейных систем и нелинейные характеристики | ||
2. | Линеаризация нелинейных характеристик путем разложения в ряд путем | ||
3. | Линеаризация нелинейных характеристик. Метод гармонической линеаризации | ||
4. | Линеаризация нелинейных характеристик статистическая линеаризация | ||
5. | Исследование нелинейных систем. Метод гармонического баланса и статической линеаризации | ||
6. | Метод фазовых траекторий | ||
7. | Построение фазовых траектории методом изоклин предельные циклы | ||
8. | Устойчивость нелинейных систем методы Ляпунова | ||
9. | Условие абсолютной устойчивости нелинейных систем. Критерий | ||
10. | Устойчивость процессов в нелинейных САР. | ||
11. | Основные понятия о фазовой плоскости | ||
12. | Фазовые портреты нелинейных систем | ||
13. | Дискретные и импульсные АСР. Дискретные функции. Структура дискретных АСР | ||
14. | Управление движения импульсных систем абсолютная устойчивость импульсных систем | ||
15. | Показатели качества регулирования дискретных и импульсных систем | ||
Лабораторные занятия | |||
1. | Исследование систем с запаздыванием | ||
2. | Исследование нелинейной системы. | ||
3. | Исследование особенностей переходного процесса нелинейной автоматической системы. | ||
4. | Исследование нелинейной системы при помощи метода фазовых траектории. | ||
5. | Исследование нелинейной системы методом гармонической линеаризации |
4 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4.1 Список основной литературы
1. Воронов теории автоматического управления. Ч 2 - М.: Энергия. 1966. – С. 372.
2. Юревич автоматического управления. «Энергия», Л.,1969. – С. 375.
3. Адамбаев автоматического управления. Методы идентификации промышленных объектов управления. – Алматы, КазНТУ. 2004.-С. 180.
4.2 Список дополнительной литературы
1. Лукас автоматического управления. – М.: Недра, 1990. – С. 416.
2. , Чуич автоматического управления. – М.: Выс. шк. 1967.- С. 419.
3. Расчет автоматических систем/Под ред. . – М.: Выс. шк. 1973. – С. 336.
5 СОДЕРЖАНИЕ
1. Цели и задачи дисциплины …………………………….……………………….3
2. Система оценки знаний …………………………………………………………3
3. Содержание дисциплины ……………………………………………………….4
4. Список литературы ………………………………….…………………………..11
