ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано | Утверждаю |
___________________ Руководитель ООП по направлению 210100 декан ЭФ проф. | _______________________ Зав. кафедрой ЭЭЭ проф. |
рабочая ПРОГРАММА
«ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ»
Направление подготовки бакалавра
210100–электроника и наноэлектроника
Профиль промышленная электроника
Квалификация выпускника: бакалавр
Форма обучения:очная
Составитель: доцент каф. ЭС
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цели и задачи дисциплины «Теория автоматического управления» (ТАУ) – изучение общих принципов построения и функционирования автоматических систем управления (САУ), а также усвоение основных методов анализа и синтеза САУ.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Теория автоматического управления относится к базовым дисциплинам профессионального цикла Б3 основной образовательной программы, является теоретическим фундаментом подготовки бакалавров по профилю "промышленная электроника" направления 210100.62 «Электроника и наноэлектроника».
ТАУ базируется на таких дисциплинах, как: «Высшая математика», «Физика», «Теория вероятностей», «Теоретические основы электротехники», «Теоретическая механика».
Знания, полученные при освоении ТАУ, необходимы для изучения дисциплин: «Системы управления электроприводом», «Управление техническими системами», «Математические модели и расчет систем управления», « Проектирование систем автоматики», а также при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
- основные принципы и законы функционирования автоматических систем управления (ПК-39); способы математического описания САУ (ПК-28); основные методы анализа и синтеза непрерывных и дискретных систем управления при детерминированных и случайных воздействиях (ПК-41 , ПК-6),
Уметь:
- применять методы анализа и синтеза для расчета автоматических систем управления при решении производственных и исследовательских задач в рамках своей будущей специальности (ПК-41); проводить экспериментальные исследования, наладку и моделирование автоматических систем управления (ПК-44); использовать современные средства вычислительной техники для решения задач автоматического управления (ОК-11).
Владеть:
- навыками анализа своих возможностей, готовностью приобретать новые знания, использовать различные средства и технологии обучения (ОК-6); навыками применения методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2); навыками обработки результатов экспериментов (ПК-44).
Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет __ __6_______ зачетных единиц.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
6 | 7 | ||||
Аудиторные занятия (всего) | 107 | 90 | 17 | ||
В том числе: | - | - | - | - | - |
Лекции | 71 | 54 | 17 | ||
Практические занятия (ПЗ) | - | - | - | ||
Семинары (С) | - | - | - | ||
Лабораторные работы (ЛР) | 36 | 36 | - | ||
Самостоятельная работа (всего) | 109 | 36 | 73 | ||
В том числе: | - | - | - | - | - |
Курсовая работа | 73 | 73 | |||
Расчетно-графические работы | - | - | - | ||
Реферат | - | - | - | ||
Подготовка к лабораторным работам | 36 | 36 | - | ||
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | Экзамен, зачет | экзамен | За чет | ||
Общая трудоемкость час зач. ед. | 216 | 126 | 90 | ||
6 | 3,5 | 2,5 |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1. | Задачи и содержание дисциплины. Основные определения и понятия ТАУ. Статика автоматической системы регулирования (АСР). | Цели и задачи дисциплины. Краткая история и перспективы развития ТАУ. Основные определения. Классификация автоматических систем управления. Автоматические системы регулирования (АСР). Основные режимы работы АСР. Установившаяся ошибка. |
2. | Динамика непрерывных линейных автоматических систем регулирования (АСР) | Методы описания динамики линейных АСР. Задачи и методы исследования динамики автоматических систем регулирования. Дифференциальные уравнения АСР, их линеаризация. Передаточные функции. Временные функции. Частотные характеристики. Типовые звенья АСР, их характеристики. Типовые регуляторы. Передаточные функции и дифференциальные уравнения системы. Использование структурных схем и сигнальных графов. Многомерные линейные системы. Математические модели объектов и систем в пространстве состояний. Устойчивость и качество процесса регулирования. Понятие об устойчивости. Алгебраические и частотные критерии устойчивости. Показатели качества. Точность АСР. Коэффициент ошибок. Методы получения переходного процесса. Чувствительность системы. Повышение качества АСР. Синтез АСР. Корректирующие устройства и их влияние на качество АСР. Методы повышения точности. Условия инвариантности. Комбинированное управление. Синтез АСР (частотный метод). Понятие об оптимальном синтезе. Аналитическое конструирование регуляторов. |
3. | Идентификация объектов управления (ОУ); системы автоматического управления с типовыми алгоритмами | Идентификация ОУ. Методы получения статических и динамических характеристик объектов управления. Линейные динамические модели объектов управления. Автоматические системы с типовыми алгоритмами управления. Характеристики основных алгоритмов управления, реализуемых с помощью типовых регуляторов. Расчет оптимальных параметров регуляторов. Расчет параметров регуляторов в системах с дополнительным информационным каналом. |
4 | Дискретные системы и цифровые регуляторы | Математическое описание дискретных систем. Понятие об АСР c цифровым регулятором. Разностные уравнения. Основы Z – преобразования. Анализ АСР с цифровым регулятором. Типовые алгоритмы функционирования цифровых регуляторов. |
5. | Автоматические системы регулирования при случайных воздействиях | АСР при случайных воздействиях. Случайные сигналы, их характеристики. Прохождение случайного сигнала через линейную систему. Минимизация среднеквадратичной ошибки. Параметрическая оптимизация. Оптимальные фильтры. |
6. | Методы анализа нелинейных САУ | Специфические особенности нелинейных систем. Метод фазовых траекторий. Метод гармонической линеаризации. |
7. | Основы FUZZY-управления | Общие сведения о fazzy-управлении. Математические основы построения нечетких систем. Понятие о системах fazzy - управления. Элементы теории множеств. Понятие о нечетких множествах. Описание технологического процесса как объекта системы fazzy-управлении Функции принадлежности, степень принадлежности, линеаризация функций принадлежности. Синтез систем fazzy-управлении. Примеры применения нечетких систем. |
8 | Оптимальные и адаптивные системы управления | Понятие об оптимальных системах. Постановка задачи оптимизации. Критерии оптимальности и ограничения. Разновидности задач оптимизации. Методы оптимизации. Основные понятия. Адаптивные системы управления. Понятие об адаптивных системах управления и методах их реализации. |
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин | № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | … |
1. | Системы управления электроприводом | + | + | + | + | + | ||
2. | Управление техническими системами | + | + | + | + | + | ||
3. | Математические модели и расчет систем управления | + | + | + | ||||
4. | Проектирование систем автоматики | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Все-го час. |
1. | Задачи и содержание дисциплины. Основные определения и понятия ТАУ. Статика автоматической системы регулирования (АСР). | 4 | - | 2 | - | 1 | 7 |
2. | Динамика непрерывных линейных автоматических систем регулирования (АСР) | 24 | - | 18 | - | 32 | 74 |
3. | Идентификация объектов управления, системы автоматического управления с типовыми алгоритмами | 12 | - | 10 | - | 55 | 77 |
4. | Дискретные системы и цифровые регуляторы | 8 | - | 4 | - | 6 | 18 |
5. | АСР при случайных воздействиях | 7 | - | - | - | 4 | 11 |
6. | Методы анализа нелинейных САУ | 6 | - | 2 | - | 3 | 11 |
7. | Основы FUZZY-управления | 6 | - | - | - | 6 | 12 |
8. | Оптимальные и адаптивные системы управления | 4 | - | - | - | 2 | 6 |
6. Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудо-емкость (час.) |
1. | 1 | Исследование установившихся режимов работы линейных АСР. Статическое и астатическое регулирование. | 2 |
2. | 2 | Исследование временных и частотных характеристик типовых звеньев АСР (6 час); исследование устойчивости линейной АСР (4 час); исследование качества процесса регулирования линейной АСР (4 час); стабилизация линейной АСР путем введения последовательной коррекции (4час.). | 18 |
3. | 3 | Исследование качества процесса регулирования систем с типовыми алгоритмами управления; повышение точности и улучшение устойчивости линейной АСР; синтез оптимальных параметров АСР с типовым алгоритмом управления; исследование комбинированной САУ; синтез параметров ПИ – регулятора частотным методом на ЭВМ. | 10 |
4 | 4 | Исследование АСР с цифровым регулятором; синтез параметров регулятора, исследование влияния интервала дискретности на устойчивость и качество АСР с цифровым регулятором. | 4 |
5 | 6 | Исследование нелинейной АСР методом фазовой плоскости | 2 |
7. Практические занятия (семинары)
Не предусмотрены
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) Синтез многоконтурных
линейных АСР, использующих типовые алгоритмы управления (по вариантам).
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Лукас управления техническими системами, Екатеринбург: УРТУ, 2005 г..
2. Власов автоматического управления. Учебное пособие для вузов, Харьков: Изд-во Гуманитарный центр, 2007 г.
3. , Коржев систем автоматического управления объектами горного и нефтегазового производства. Методические указания к курсовой работе. СПб: РИЦ СПГГИ, 2010 г.
4 , Теория автоматического управления. Линейные системы. Лабораторный практикум. СПб: РИЦ НМСУ «Горный» , 2012 г.
б) дополнительная литература
Методы классической и современной теории автоматического управления ./ , Баркин и др Т.1 – М: МГТУ им. Баумана, 2000 г.2. , Нечеткая логика и ее применение в автоматическом регулировании: Учебное пособие. СПб: Изд. СПГГИ, 1998 г.
3. Ротач автоматического управления теплоэнергетическими процессами: Учебник для вузов., М.: Энергоатомиздат, 1985 г.
в) программное обеспечение__Лабораторные работы и расчеты по курсовой работе выполняются с использованием ППП «MATLAB», «SIMULINK»и «СС-2005», предназначенного для изучения широкого круга задач ТАУ.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
Не предусмотрены.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
_Лабораторные работы выполняются в компьютерном классе кафедры электротехники, электроэнергетики и электромеханики
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Примерная программа предусматривает возможность обучения в рамках поточно-групповой системы обучения. Для текущего контроля успеваемости используются, устный опрос и презентация итогов выполнения расчетного задания курсовой работы.
Разработчик:
Доцент кафедры ЭС,
НМСУ «Горный»
