ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Ф2 И ВКГТУ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА 701.01-01-1-

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА
Система менеджмента качества
Ф2 И ВКГТУ
701.01-01-12012
Силлабус
(программа обучения по дисциплине)
Қазақстан Республикасының
Білім және ғылым
министрлігі
Стр. 1 из 10
Министерство
образования и науки
Республики Казахстан
Д. Серікбаев атындағы
ШҚМТУ
ВКГТУ им. Д. Серикбаева
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФИТЭ
__________Г. Х.Мухамедиев
___________________2012 г.
БЕЙСЫЗЫҚТЫ АВТОМАТТЫ РЕТТЕУ ЖҮЙЕСІНІҢ ТЕОРИЯСЫ
Силлабус
ТЕОРИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ
Силлабус
Специальность:
Форма обучения:
Курс:
Семестр:
Кол-во кредитов:
Кол-во часов:
Лекции
Практические занятия:
Лабораторные работы:
СРМП:
СРМ:
Курсовой проект (работа):
Экзамен:
5В070200 "Автоматизация и управление"
очная, КСО
3
6
3
135
15
30
–
45
45
–
6 семестр
Өскемен
Усть-Каменогорск
2012
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА
Система менеджмента качества
Ф2 И ВКГТУ
701.01-01-12012
Силлабус
(программа обучения по дисциплине)
Стр. 2 из 10
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
А.Е. Бакланов
Протокол №____ от __________________2012г.
Одобрено учебно-методическим советом
технологий и энергетики
факультета Информационных
Председатель
Н.Г. Огаркова
Протокол №____ от__________________2012г.
Разработал
Г. К. Шадрин
Должность
доцент
Нормоконтролер
Т.В. Тютюнькова
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА
Система менеджмента качества
Силлабус
(программа обучения по дисциплине)
Ф2 И ВКГТУ
701.01-01-12012
Стр. 3 из 10
СВЕДЕНИЯ О ПРЕПОДАВАТЕЛЕ И КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Кафедра «Приборостроение и автоматизация технологических процессов»,
факультет Информационных технологий и энергетики, ауд. Г3-518
Преподаватель, ведущий занятия: Шадрин Геннадий Константинович, кандидат
технических наук, доцент.
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;
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА
Система менеджмента качества
Силлабус
(программа обучения по дисциплине)
Ф2 И ВКГТУ
701.01-01-12012
Стр. 4 из 10
– 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
Лекционные занятия
Тема 1. Введение. Основные этапы создания систем
управления. Особенности создания нелинейных систем
Тема 2 Методы описания систем управления. Функции,
функционалы и операторы. Виды операторов
динамических систем. Представление процессов в
фазовом пространстве.
Тема 3 Релейные системы. Метод фазовой плоскости.
Тема 4 Коррекция релейных систем. Скользящие режимы.
Тема 5 Метод точечных отображений.
Тема 6 Метод гармонической линеаризации. Исходные
положения и идея метода.
Тема 7 Алгебраический способ определения
автоколебаний.
Тема 8 Частотный способ определения автоколебаний.
Трудоем
кость, ч.
Рекомендуемая
литература
1
1, 2, 3, 4, 9, 13
2
1, 2, 4, 5, 6, 7,
9,11,14
1
1
1
1
2, 3, 4, 10
3, 4, 10, 12
4, 10, 13
2, 3, 4, 8, 10
1
2, 6, 10, 11, 13
1
2, 6, 10, 11, 13
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА
Система менеджмента качества
Силлабус
(программа обучения по дисциплине)
Ф2 И ВКГТУ
701.01-01-12012
Стр. 5 из 10
1
2
Тема 9 Устойчивость нелинейных систем. Методы
1
Ляпунова. Знакопостоянные и знакопеременные функции.
Положительно определенные квадратичные формы.
Критерий Сильвестра.
Тема 10 Функции Ляпунова. Второй (прямой) метод
1
Ляпунова. Методы построения функций Ляпунова.
Тема 11 Абсолютная устойчивость. Система сравнения.
1
Частотный метод исследования абсолютной устойчивости.
Критерий Попова.
Тема 12 Нелинейные системы с коррекцией. Логические
1
системы и системы с переменной структурой.
Тема 13 Импульсные системы управления. Общие
1
положения. Преимущества дискретных систем. Виды
модуляции.
Тема 14 Разностные уравнения дискретных систем. Z1
преобразование дискретных систем. Передаточные
функции и частотные характеристики дискретных систем.
Семинарские (практические) занятия
Тема 1 Представление объектов управления и фазовые
5
траектории
3
1, 2, 3, 4, 5, 9, 13
Тема 2 Компьютерное моделирование динамических
систем с помощью программы VisSim
1, 2, 4, 5, 6, 7,
9,11,14
5
1, 2, 3, 4, 9, 13
3, 4, 5, 7, 8, 16
4, 8, 14, 15, 16, 19
4, 8, 14, 15, 16, 19
1, 2, 3, 4, 9, 13
Тема 3 Исследование релейных систем
5
2, 3, 4, 10
Тема 4 Расчет и исследование нелинейных систем
5
2, 3, 4, 8, 10
методом гармонической линеаризации
Тема 5 Исследование устойчивости системы вторым
5
1, 2, 3, 4, 5, 9, 13
методом Ляпунова
Тема 6 Исследование абсолютной устойчивости
5
1, 2, 3, 4, 9, 13
нелинейной системы
Лабораторные занятия
Лабораторные занятия по данной дисциплине не
предусмотрены
Самостоятельная работа студента под руководством преподавателя
Тема 1 Основные этапы создания нелинейных систем
7
1, 2, 3, 4, 9, 13
управления. Представление динамических свойств
объектов управления
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.
Тема 4 Вычисление коэффициентов гармонической
линеаризации основных нелинейных элементов.
Тема 5 Применение теорем второго (прямого) метода
Ляпунова для исследование устойчивости систем. Выбор
функции Ляпунова.
5
2, 3, 4, 10
9
2, 3, 4, 8, 10
9
1, 2, 3, 4, 5, 9, 13
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА
Ф2 И ВКГТУ
701.01-01-12012
Силлабус
(программа обучения по дисциплине)
Система менеджмента качества
1
Тема 6 Применение частотного метода Попова для
исследования абсолютной устойчивости нелинейной
системы.
2
Стр. 6 из 10
3
1, 2, 3, 4, 9, 13
8
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
Принципы
построения
нелинейных
систем
Анализ
поведения
нелинейных
систем
различными
методами
Виды и особенности
нелинейных систем.
Методы описания
систем управления.
Вычисление
коэффициентов гармонической
линеаризации,
исследование
автоколебаний,
вынужденных
колебаний.
Исследование Задачи исследования
устойчивости устойчивости и
линейных и
характера переходных
нелинейных
процессов
систем
различными методами
Рекоменду
емая
литература
2,3,4,5
Продолжи
тельность
выполнения
2 недели
Форма
контро
ля
Устный
опрос
Срок
сдачи
2,3,4,5
2 недели
Устный
опрос
10 неде
ля
2,3,4,5
2 недели
Устный
опрос
14 неде
ля
6 неде
ля
2.4 График выполнения и сдачи заданий по дисциплине
Академический период обучения, неделя
Вид контроля
Посещаемость
1
*
2
*
3
*
4
*
Конспекты лекций
Устный опрос
Коллоквиум
Защита заданий
Реферат
Рубежное тестирование
Всего
5 6
* *
7
*
8
*
9
*
10
*
11
*
12
*
5
13
*
14
*
5
3
3
4
3
3
4
10
10
10
10
10
10
5
13 5
15
*
5
50
13 5 14 50
13
13
10
14
50
50
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА
Система менеджмента качества
Силлабус
(программа обучения по дисциплине)
Ф2 И ВКГТУ
701.01-01-12012
Стр. 7 из 10
* 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. А. А. Воронова.
М.: Высшая школа, 1986.
2 Теория автоматического регулирования.- Часть вторая. Под ред. А. А. Воронова.
М.: Высшая школа, 1986. – 504с.
3 Мирошник Б.Р. Теория автоматического управления. Нелинейные и оптимальные
системы. – СПб.: Питер, 2006. – 272 с.
4 Ким Д.П. Теория 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. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.
Баумана. 2004. – 656 с.
6 Ротач В.Я. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. – М.:
Издательский дом МЭИ, 2008. – 396 с.
7 Избранные главы теории автоматического управления. / Б.Р. Андриевский, А.Л.
Фрадков – СПб.: Наука, 2000. – 475 с.
8 Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А.А. Красовского. –
М.: Наука, 1987. – 712 с.
9 Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. – СПб.:
"Профессия", 2003. – 747 с.
10 Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и
управления.- М.: Наука, 1988. – 256 с.
11 Куропаткин П.В. Теория автоматического управления. – М.: Высшая школа, 1973. –
526 с.
12 Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. – М.: Лаборатория
Базовых Знаний, 2001. – 616 с.
13 Теория автоматического управления: Учебник для вузов/ С.Е. Душин, Н.С.Зотов,
Д.Х. Имаев и др. – М.: Высшая школа, 2003. – 567 с.
14 Первозванский А.А. Курс теории автоматического управления.- М.: Наука, 1986. –
616 с.
3.2 Дополнительная литература
15 Дорф Р, Бишоп Р. Современные системы управления /Пер. с англ. – М.:
Лаборатория Базовых Знаний, 2002. – 832 с.
16 Изерман Р. Цифровые системы управления /Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 541 с.
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА
Система менеджмента качества
Силлабус
(программа обучения по дисциплине)
Ф2 И ВКГТУ
701.01-01-12012
Стр. 8 из 10
17 Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы. – СПб.:
Питер, 2005. – 336 с.
18 Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. – М.: 2003. – 278 с.
19 Острем К., Виттенмарк Б. Системы управления с ЭВМ /Пер. с англ. – М.: Мир,
1987. – 480 с.
7 Иванов В.А. и др. Математические основы теории автоматического регулирования.
– М.: Высшая школа, 1971. – 808 с.
20 Андреев Ю.Н. Управление 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*:
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА
Система менеджмента качества
Ф2 И ВКГТУ
701.01-01-12012
Силлабус
(программа обучения по дисциплине)
Стр. 9 из 10
5
5
-
Всего
30
30
Рубежное
тестирование
-
Эссе
10
10
Коллоквиум
5
5
Реферат
*
*
Выполнение
заданий
Рейтинг 1
Рейтинг 2
Устный опрос
Аттестационный
период
Конспекты лекций
Посещаемость
Вид контроля, удельный вес, %
50
50
100
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:
И  0,6
Р1  Р2
 0,4Э ,
2
(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
А
А–
В+
В
В–
С+
С
С–
D+
D
F
Цифровой
эквивалент
баллов
Процентное
содержание, %
4,0
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
95–100
90–94
85–89
80–84
75–79
70–74
65–69
60–64
55–59
50–54
0–49
Оценка
по традиционной
системе
отлично
хорошо
удовлетворительно
неудовлетворительно
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА
Система менеджмента качества
Силлабус
(программа обучения по дисциплине)
Ф2 И ВКГТУ
701.01-01-12012
Стр. 10 из 10
4.3 Материалы для итогового контроля
Темы блоков тестовой базы
№ блока
1.
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Темы
Общие определения
Основы управления систем
Анализ и синтез нелинейных систем
Методы описания систем управления
Изображение процессов в фазовом пространстве
Виды и особенности нелинейных систем
Метод фазовой плоскости. Метод точечных отображений
Метод гармонической линеаризации
Устойчивость нелинейных систем по Ляпунову. Первый метод Ляпунова
Знакопостоянные и знакопеременные функции. Второй метод Ляпунова
Абсолютная устойчивость
Дискретные системы
Задача на преобразование представления систем
Представление систем в пространстве состояний
Структурные представления систем
Задача на соединения нелинейных звеньев
Задача на метод гармонической линеаризации
Задача на применение функций Ляпунова
Задача на критерий Сильвестра
Задача на критерий абсолютной устойчивости Попова