Document 378816

Институт
Направление
Профиль/программа
Описание образовательной
программы
№
пп
Индекс
по УП
Наименования
дисциплин
УРАЛЭНИН
140400 Электроэнергетика и электротехника
140400.68 Электропривод и автоматизация технологических комплексов
Магистерская подготовка предусматривает изучение современных высокоэффективных электроприводов переменного тока
различных классов с цифровым управлением, углубленное изучение математической теории машин переменного тока, разработку
программных продуктов для анализа и синтеза систем управления указанными типами электроприводов, ознакомление с
энергосберегающими технологиями на основе регулируемых электроприводов, имитационное математическое моделирование и
исследование физических макетов электромеханических систем переменного тока.
Темы магистерских диссертаций формируются в рамках научных исследований и разработок кафедры, а также партнеров
кафедры, ведущих исследовательских, проектных и наладочных организаций Уральского региона. Учебный план магистерской
подготовки обеспечивает углубленную физико-математическую подготовку, знание современной теории управления, высокий
уровень образования в области автоматизированного электропривода, навыки научно-исследовательской работы.
Качественная подготовка магистров по указанному направлению обеспечивается многолетним опытом коллектива кафедры в
области разработки и исследования электроприводов переменного тока. Кафедра располагает высококвалифицированными
научно-педагогическими кадрами для осуществления магистерской подготовки по указанному направлению, при кафедре
успешно работает аспирантура и докторантура по специальности 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы».
Преподаватели кафедры постоянно участвуют с докладами на Всероссийских и международных конференциях по
автоматизированному электроприводу.
Кафедра располагает современной лабораторной базой, включающей промышленные преобразователи постоянного и переменного
тока ведущих производителей электротехнического оборудования, системы технологической автоматики, системы обмена
данными, микроконтроллерные системы, что позволяет выполнять экспериментальные исследования электроприводов различных
классов.
Аннотации к рабочим программам
М.1 Общенаучный цикл
Базовая часть
3
1
М.1.4 Философия технических
наук
2
М.1.1 Дополнительные главы
математики
М.1.3
Компьютерные, сетевые и
информационные
технологии
В курсе раскрываются основные этапы развития науки, проводится сравнительный анализ моделей науки, определяются структура
и методы научного знания. Рассматривается взаимосвязь науки и научного творчества с такими формами культуры как
философия, религия, искусство и т.д. Дается сравнительная характеристика основных методологических подходов к науке и
технике, а также основных методов научно-технического творчества. Пристальное внимание уделяется системному подходу как
общенаучному методу познания. Анализируются интегративные процессы в современной науке, освещаются перспективы
научного творчества в глобализирующемся мире.
Рассматриваются разделы высшей математики, не представленные в программе бакалавриата, в частности вычислительная
математика, математическое моделирование и др.
Дисциплина посвящена изучению использования компьютерных технологий в области проектирования, изучения и использования
систем электропривода и систем технологической автоматики. Основное внимание уделяется работе с динамическими системами,
характерными для электромеханики и систем управления. Рассматриваются также программные средства, используемые в
информационно-аналитических задачах в области электропривода и технологической автоматики.
Изучение дисциплины требует от студентов знаний по дисциплинам «Математика», «Информатика», «Теория автоматического
управления», «Теория электропривода» и «Системы управления электроприводами».
Целью изучения дисциплины является формирование у студентов знаний в области компьютерных технологий и умения их
использовать при решении исследовательских и проектных задач в области современного электропривода и систем управления.
При изучении дисциплины ставятся следующие задачи:
- освоение основных подходов к алгоритмизации задач в области электропривода и методов их решения с помощью
вычислительной техники;
- освоение студентами основных принципов анализа, оптимизации и исследования электромеханических систем с применением
вычислительной техники;
- освоение студентами компьютерных методов в задачах проектирования и исследования технических систем, получение
практических навыков использования таких методов и специализированных программных средств.
Вариативная часть
4
М.1.2 Иностранный язык
Курс предполагает дальнейшее совершенствование иностранного языка, как разговорного, так и технического.
Дисциплины по выбору
студента
М.1.5 Дисциплина №1
5
М.1.5.1 САПР электроприводов и
технологической
автоматики
6
М.1.5.2 Методика и методология
научного творчества
Дисциплина посвящена изучению современных систем автоматизированного проектирования электроприводов, применяемых в
проектных организациях. Рассматриваются программные пакеты анализа электрических схем, проектирования
электротехнических устройств, разработки проектной документации. Особое внимание уделяется широко распространенному
пакету проектирования электронных устройств EPLAN.
Целью преподавания дисциплины является формирование у студентов знаний и практических навыков по автоматизированному
проектированию современных электроприводов и систем автоматики.
Задачами изучения дисциплины являются усвоение основных особенностей различных стадий автоматизированного
проектирования электроприводов, умение оценивать и выбирать требуемые пакеты программного обеспечения, а также умение
выполнить проектные работы по разработке комплектных электроприводов и устройств автоматики.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- знать особенности проектирования и анализа систем электроприводов;
- уметь формулировать требования к проектировочным программным пакетам;
- показать возможности выполнения проектных работ в области комплектного электропривода;
- использовать современную вычислительную технику для проведения проектных работ.
Дисциплина предполагает изучение общих закономерностей построения технических наук, знакомство с информационным
обеспечением научных исследований инженерной направленности. Рассматривается современное состояние проблематики
исследований в области электротехники, электропривода и электроэнергетики. Дается обзор общеинженерных методов и
подходов к нестандартным задачам. В рамках практических занятий предусматривается методическая помощь по организации,
планированию и оформлению магистерской диссертации
М.2 Профессиональный цикл
Базовая часть
7
М.2.1 Системы программного
управления
При изучении дисциплины "Системы программного управления" студент должен знать материал следующих дисциплин:
«Информатика», "Электрические и электронные аппараты", «Теория автоматического управления», "Теория электропривода",
"Системы управления электроприводами", "Моделирование", "Микропроцессорные средства управления в электроприводе".
Целью преподавания дисциплины является формирование у студентов знаний принципов построения современных систем
управления оборудованием на основе ЭВМ, освоение типовых структур и управляющих алгоритмов, правил выбора аппаратных и
программных средств, а также приобретение практических навыков наладки этих систем.
Задачами изучения дисциплины являются анализ основных структур и характеристик систем программного управления, детальное
рассмотрение специфических особенностей систем числового программного управления механообработкой, а также
робототехнических комплексов, освоение методики проведения проектных работ, монтажа и наладки.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- знать основные характеристики аппаратных и программных средств управления;
8
М.2.2 Микропроцессорные
системы управления
электроприводами
9
М.2.3 Избранные главы теории
управления
10
М.2.4 Энергосберегающие
технологии на основе
регулируемых
электроприводов
- представлять особенности типовых структур систем программного управления;
- уметь формулировать требования к системам программного управления;
- уметь выбрать необходимые средства и разработать алгоритм управления;
- показать умение выполнять проектные работы в области систем программного управления оборудованием.
Лабораторная база дисциплины представлена системами числового управления станков и роботами различного назначения.
Дисциплина посвящена изучению современных систем электропривода с микропроцессорным управлением. Рассматриваются
особенности синтеза микропроцессорных систем, принципы их проектирования. Особое внимание уделяется вопросам
программирования цифровых алгоритмов регуляторов, а также вопросам связи микропроцессорной системы управления
электроприводом с системой верхнего уровня.
Целью преподавания дисциплины является формирование у студентов знаний о принципах синтеза микропроцессорных систем
управления электроприводами, особенностям их анализа, о выборе элементной базы систем и их программировании, а также о
принципах встраивания микропроцессорной системы управления электроприводом в единую систему управления
технологическим процессом.
Задачами изучения дисциплины являются усвоение основных особенностей синтеза микропроцессорных систем, умение
формулировать требования к электроприводам, способность проводить анализ микропроцессорных систем и предлагать
рациональные алгоритмы управления электроприводами, а также умение выполнить проектные работы по разработке
электроприводов с микропроцессорным управлением.
Рассматриваются современные разделы теории автоматического управления, не вошедшие в программу дисциплины «Теория
автоматического управления». Это вопросы, связанные с анализом и синтезом сложных, многосвязных, нелинейных,
нестационарных систем управления. Рассматриваются методы анализа и синтеза робастных и адаптивных систем управления.
Значительная часть дисциплины посвящена изучению современных программных средств для разработки и исследования таких
систем. При изучении дисциплины используется зарубежная и отечественная литература, ряд разделов построен на оригинальных
исследованиях и разработках сотрудников кафедры.
Вариативная часть
Современный уровень развития силовой электроники, микропроцессорных средств управления и контроля, позволил по-новому
взглянуть на многие области применения асинхронных электроприводов. В частности, появление на рынке надежных,
качественных и сравнительно недорогих полупроводниковых преобразователей частоты
в сочетании со средствами
автоматизации создает предпосылки для широкого использования этих технических достижений для решения задач энерго- и
ресурсосбережения. Теоретические и экспериментальные исследования позволяют наметить следующие основные направления
снижения энергопотребления асинхронными электроприводами.
Первое связано со снижением потерь в электроприводе при выполнении им технологических операций по заданным тахограммам
и с определенным режимом нагружения. В качестве примера можно привести электроприводы, работающие в пуско-тормозных
режимах (краны, лифты, вспомогательные позиционные механизмы прокатных станов и т.д.) или длительных режимах с медленно
изменяющейся нагрузкой (насосы, вентиляторы, компрессоры, транспортеры и т.д.). В таких электроприводах за счет снижения
потерь электропривода в установившихся и переходных режимах возможна значительная экономия электроэнергии. Другим
примером могут служить кинематически связанные электроприводы (рольганги, многодвигательные приводы тележек и т.д.), где
равномерное деление нагрузок между двигателями позволяет минимизировать потери в них.
Второе направление связано с изменением технологического процесса на основе перехода к более совершенным способам
регулирования электропривода и параметров этого технологического процесса. При этом происходит снижение потребления
энергии электроприводом. В качестве примеров можно привести электроприводы турбомеханизмов, поршневых насосов и
компрессоров, транспортеров, систем регулирования соотношения топливо-воздух и т.п.. Здесь решающее значение имеет переход
от нерегулируемого электропривода к регулируемому и повышение уровня автоматизации за счет включения в контур
регулирования ряда технологических параметров (давления, расхода, температуры и т.д.). В этом случае появляется возможность
регулировать ранее не регулировавшиеся технологические параметры или изменяется способ их регулирования.
При этом, как правило, эффект не ограничивается экономией электроэнергии в электроприводе, во многих случаях возможна
11
М.2.5 Энергоэффективные
режимы регулируемых
электроприводов
12
М.2.6 Современные методы и
средства управления
экономия ресурсов (воды, твердого и жидкого топлива и т.д.).
Для обоих этих направлений характерным является то, что снижается потребление энергии именно в электроприводе, в первом
случае за счет снижения потерь, во втором – за счет использования менее энергозатратного со стороны электропривода
управления технологическим процессом.
При выполнении конкретных проектов, выявляется, как правило, не один, а несколько возможных путей энергосбережения.
Поэтому для получения максимального эффекта необходим комплексный подход к решению задачи энергосбережения в
электроприводе, что и является предметом изучения в данной дисциплине.
Вопросы энергоэффективности являются приоритетными практически для всех стран мира. Для России они особенно актуальны,
поскольку структура ее экономики характеризуется высокой долей энергоемких производств. В этой связи в нашей стране принят
ряд законодательных актов, направленных на повышение эффективности использования энергетических ресурсов.
Важную роль в деятельности современного общества – от сферы промышленного производства до сферы быта играет
электромеханическое преобразование энергии, осуществляемое электроприводом. Известно, что электропривод является
крупнейшим потребителем электрической энергии. На него приходится более 65% вырабатываемой электроэнергии.
Регулируемые электроприводы составляют сегодня около 10 %. Основная тенденция в мировой практике – переход от
нерегулируемого электропривода к регулируемому там, где традиционно применялся нерегулируемый электропривод.
Специалисты считают, что регулируемый электропривод необходим в 50% всех случаев использования электропривода. Отсюда
следует актуальность задачи повышения энергетической эффективности регулируемого электропривода.
В процессе исторического развития регулируемый электропривод достиг высокого совершенства. Он позволяет формировать
необходимые механические характеристики и переходные процессы, удовлетворяющие самым разнообразным технологическим
задачам. Однако в настоящее время все большую актуальность приобретают вопросы энергетики, включающие повышение
коэффициента полезного действия, регулирование реактивной мощности, обеспечение электромагнитной совместимости с
нагрузкой и сетью. Эти вопросы также решаются благодаря успехам в области электромашиностроения и полупроводниковой
техники. Тем не менее, анализ проблемы показывает, что как в традиционных, так и в современных электроприводах существуют
пока еще недоиспользованные резервы повышения энергетической эффективности электромеханического преобразования
энергии. Это связано с тем, что по ряду практических соображений в них реализуются в большинстве случаев режимы работы
двигателей с постоянством магнитного потока. Регулирование потока используется главным образом в двухзонных системах, т. е.
в функции скорости. Наиболее полно возможности повышения эффективности электромеханического преобразования энергии
можно обеспечить путем оптимизации режимов работы двигателей при регулировании потока как в функции скорости, так и
электромагнитного момента. Разумеется, при этом следует сохранять электромеханические статические и динамические
характеристики электропривода, необходимые для решения основной технологической задачи. Задачу оптимизации
электропривода следует рассматривать как наилучшее решение технологической задачи. При такой постановке возникает ряд
проблем, таких как разработка концепции, задач оптимизации, математических моделей, алгоритмов управления, реализующих
энергоэффективные режимы регулируемых электроприводов. Решению этих проблем и посвящена данная дисциплина.
Дисциплина посвящена изучению современных методов управления в области промышленной автоматики и электропривода.
Основная часть курса посвящена вопросам изучения новых неклассических систем управления, хорошо зарекомендовавших себя в
современной мировой практике. Особое внимание уделяется вопросам адаптации данных методов для задач электропривода.
Данная дисциплина является логическим продолжением курса бакалавриата «Теория автоматического управления».
Современная теория автоматического управления является стремительно развивающейся, многогранной и многоплановой
дисциплиной. Многие приложения теории основаны на парадигме единства информационных процессов в технических и
биологических системах. Методы генетической оптимизации, нейронного управления и другие подобные методы построены на
принципах воспроизведения процессов управления живой природы в технике. Такой подход позволяет решать весьма сложные
задачи промышленной автоматизации и управления там, где классические методы автоматического теории управления
малоэффективны.
Изучение дисциплины требует от студентов знаний по дисциплинам «Математика», «Теория автоматического управления» и
«Системы управления электроприводами».
13
М.2.7 Модели механической части
электроприводов
М.2.8 Вопросы электромагнитной
совместимости
Целью изучения дисциплины является формирование у студентов знаний в области современной теории автоматического
управления и умения их использовать при решении исследовательских и проектных задач в области современного электропривода
и систем управления.
При изучении дисциплины ставятся следующие задачи:
- освоение основных принципов построения неклассических систем управления;
- освоение студентами типовых решений по применению современных методов управления в области электропривода и
промышленной автоматики;
- развитие у студентов навыков решения нестандартных задач автоматизации и управления.
В дисциплине изучаются следующие разделы:
- Методы оптимизации на основе генетических алгоритмов;
- Методы регулирования на основе нечеткой логики;
- Искусственные нейронные сети;
- Прогнозирующее управление.
С повышением требований к качеству управления современными электроприводами, к обеспечению точности движений
исполнительных органов механизмов, возрастают и требования к точности воспроизведения процессов, происходящих в
механической части привода. Это требует создания уточненных моделей механической части и учета особенностей протекающих
в ней процессов при разработке алгоритмов управления электроприводами.
В качестве примера можно привести группу механизмов в различных отраслях промышленности (например, в горнодобывающей
и нефтегазовой), одной из особенностей которых является наличие механических звеньев значительной пространственной
протяженности, что вызывает необходимость рассмотрения таких объектов как звеньев с распределенными по длине параметрами.
К таким механизмам, например, относятся колонны буровых труб в буровых установках, штанговые глубинно-насосные
установки, длинные конвейеры и многие другие.
Современная практика проектирования и исследования электроприводов для различных промышленных агрегатов требует
решения задачи разработки математических моделей электроприводов различных механизмов отраслевого назначения,
учитывающих особенности их работы, и использование их в проектной практике с целью оптимизации проектных решений, то
есть, создания моделей этих агрегатов, как единых электротехнических комплексов. Отсюда вытекает необходимость создания
соответствующих программ-имитаторов и включение их в комплект технической документации, что повышает
конкурентоспособность выпускаемой продукции и должно стать нормой для производителей современного оборудования во всех
отраслях. Это позволит проектировщикам достаточно обоснованно рекомендовать оборудование заказчикам и обеспечит
последних инструментом, дающим возможность квалифицированно решать текущие задачи эксплуатации (настройки защит,
блокировок, регуляторов, оптимизация техпроцесса, энергопотребления и т.д.). Создание профессиональных программ,
ориентированных на определенные виды электрооборудования (преобразовательных устройств, систем электропривода и т.д.), а
также электромеханических комплексов на их основе для различных отраслей, позволяющих решать множество сложных
инженерных задач, начиная от выбора оборудования до проблем диагностики его состояния, является задачей данной
дисциплины.
Электромагнитная совместимость приобретает все большее значение для современных регулируемых электроприводов и систем
управления технологическими комплексами. Технический прогресс приводит все к большей и большей концентрации
электрических и электронных компонентов на все меньшей площади. Одновременно увеличиваются тактовые частоты устройств
обработки информации и приводной электроники. Вследствие этого все больше увеличивается опасность взаимного воздействия и
связанного с этим нарушения функционирования.
Основные вопросы, изучаемые в данной дисциплине:
• Механизмы помех – как возникают проблемы электромагнитной совместимости
• Проектирование с учетом электромагнитной совместимости – что нужно учитывать уже при проектировании электроприводов и
систем автоматического управления
• Электромагнитная совместимость на практике – исполнение и принцип действия различных мер по повышению
электромагнитной совместимости.
Дисциплины по выбору
студента
М.2.9 Дисциплина №1
14
М.2.9.2 Автоматизация типовых
технологических процессов
15
М.2.9.1
Специальные
электроприводы
В дисциплине изучаются математические методы синтеза алгоритмов управления систем технологической автоматики, методы
реализации алгоритмов управления с использованием микропроцессорной техники, методы оптимизации систем автоматического
управления, а также методы оценки надежности проектируемых систем и способы повышения надежности.
Цели дисциплины заключаются в следующем:
- изучить принципы построения современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ
ТП);
- изучить методы синтеза алгоритмов функционирования АСУ ТП;
- изучить методы проектирования АСУ ТП с использованием современной элементной базы, включая программируемые
контроллеры;
- изучить методы расчета и повышения надежности АСУ ТП.
Задачи изучения дисциплины:
- владеть математическим аппаратом, необходимым для проектирования дискретных систем;
- научить синтезировать логические алгоритмы;
- владеть методами поиска экстремума;
- уметь проектировать дискретные и оптимальные системы управления на базе современной полупроводниковой и
микропроцессорной техники;
- уметь рассчитывать надежность АСУ ТП и необходимый резерв для обеспечения требуемых показателей надежности.
Дисциплина посвящена изучению электроприводов, которые используются в основном производстве на машиностроительных
заводах. Рассматриваются требования и особенности станочных приводов. Изучаются типовые системы управления станочными
электроприводами.
Цели преподавания дисциплины заключаются в следующем:
- ознакомить студентов с видами обработки металлов резанием и требованиями, которые предъявляются к станочным приводам;
- познакомить с разновидностями электродвигателей для приводов подачи и приводов главного движения;
- изложить методы расчета типовых замкнутых систем управления электроприводами
металлорежущих станков;
- изложить принципы работы узлов систем управления, разработанных для станочных электроприводов;
- ознакомить с серийными комплектными электроприводами, которые предназначены для привода станков.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- освоить методы выбора электродвигателей для приводов станков;
- изучить принципы работы современных электроприводов постоянного и переменного тока с широким диапазоном
регулирования скорости;
- научится проектировать станочные электроприводы главного движения и приводы подачи с широким диапазоном
регулирования скорости.
М.2.10 Дисциплина №2
16
М.2.10.1 Полупроводниковые
преобразователи
Дисциплина посвящена изучению силовых полупроводниковых преобразователей, предназначенных для
управления
электрическими машинами. Последовательно рассматриваются общие принципы построения, типовые структуры и системы
управления для силовых преобразователей. Особое внимание уделяется вопросам синтеза микропроцессорных управляющих
устройства для преобразовательной техники. Данная дисциплина является логическим продолжением курса бакалавриата
«Силовая электроника».
Преобразовательная техника является одним из наиболее наукоемких, перспективных и быстро развивающихся направлений
современной электротехники. Умение ориентироваться в данной области является одной из необходимых составляющих
17
18
М.2.10.2 Электромеханические
системы переменного тока
М.3 Практика и научноисследовательская работа
подготовки специалиста в области электропривода.
Изучение дисциплины требует от студентов знаний по дисциплинам «Силовая электроника», «Теория автоматического
управления», «Теория электропривода» и «Системы управления электроприводами».
Целью изучения дисциплины является формирование у студентов знаний в области современной преобразовательной техники и
умения их использовать при решении исследовательских и проектных задач в области современного электропривода и систем
управления.
При изучении дисциплины ставятся следующие задачи:
- освоение основных принципов построения современных полупроводниковых преобразователей;
- освоение студентами типовых схем преобразователей, их характеристик и областей применения;
- освоение студентами методов диагностики преобразовательной техники, определения характерных неисправностей.
В дисциплине изучаются следующие разделы:
- Мостовые автономные инверторы напряжения;
- Многоуровневые преобразователи;
- Высоковольтные каскадные преобразователи;
- Матричные преобразователи;
Векторное управление полупроводниковыми преобразователями.
Дисциплина предусматривает изучение систем управления регулируемых электроприводов переменного тока. Излагаются
математические модели силовой части электроприводов как объектов управления, принципы построения систем управления,
вопросы синтеза регуляторов, статические и динамические характеристики систем управления с подчиненным регулированием
координат.
В процессе обучения в магистратуре студенты проходят учебную и производственную практику. Места прохождения практики
определяются темой магистерской диссертации и это могут быть ведущие проектные, научно-исследовательские, наладочные
организации, промышленные предприятия Уральского региона или лаборатории кафедры электропривода и автоматизации
промышленных установок.
На практике изучаются конкретные технологические процессы и промышленное оборудование, собирается материал для
магистерской диссертации.
Директор института
Ю.М. Бродов