Document 521555

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. В.А. Шпенст
_______________________
Зав. кафедрой ЭЭЭ
проф. А.Е. Козярук
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ»
Направление подготовки бакалавра
210100–электроника и наноэлектроника
Профиль промышленная электроника
Квалификация выпускника: бакалавр
Форма обучения:очная
Составитель: доцент каф. ЭС А.Л. Камышев
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
профессионального
цикла
управления
Б3
относится
основной
к
образовательной
теоретическим фундаментом подготовки бакалавров
базовым
дисциплинам
программы,
является
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
Аудиторные занятия (всего)
107
В том числе:
Семестры
6
7
90
17
-
-
-
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
Расчетно-графические работы
-
-
-
Реферат
-
-
-
Подготовка к лабораторным работам
36
36
-
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Экзамен,
экза
За
зачет
мен
чет
216
126
90
6
3,5
2,5
Общая трудоемкость
час
зач. ед.
73
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
Наименование раздела
п/п
дисциплины
1.
Содержание раздела
Задачи и содержание Цели и задачи дисциплины. Краткая история и
-
-
-
-
дисциплины. Основные перспективы развития ТАУ. Основные определения.
определения и понятия Классификация автоматических систем управления.
ТАУ.
Статика Автоматические системы регулирования (АСР).
автоматической
Основные режимы работы АСР. Установившаяся ошибка.
системы регулирования
(АСР).
2.
Динамика
Методы описания динамики
линейных АСР.
непрерывных линейных Задачи и методы исследования динамики автоматических
автоматических систем
систем регулирования. Дифференциальные уравнения
регулирования (АСР)
АСР,
их
Временные
линеаризация.
функции.
Передаточные
Частотные
функции.
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
(ОУ);
Идентификация
ОУ.
Методы
получения
управления статических и динамических характеристик объектов
системы управления. Линейные динамические модели объектов
автоматического
управления с типовыми
управления.
Автоматические системы с типовыми алгоритмами
алгоритмами
управления.
Характеристики
управления,
реализуемых
регуляторов.
Расчет
основных
с
алгоритмов
помощью
оптимальных
типовых
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
АСР при случайных воздействиях. Случайные
системы регулирования сигналы, их характеристики. Прохождение случайного
при
случайных сигнала
воздействиях
через
линейную
среднеквадратичной
систему.
ошибки.
Минимизация
Параметрическая
оптимизация. Оптимальные фильтры.
6.
Методы
анализа
нелинейных САУ
Специфические особенности нелинейных систем.
Метод
фазовых
траекторий.
Метод
сведения
о
гармонической
линеаризации.
7.
Основы
Общие
FUZZY-
управления
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
fazzy-управлении.
Примеры
принадлежности.
Синтез
систем
применения нечетких систем.
8
Оптимальные
адаптивные
управления
и
Понятие об оптимальных системах. Постановка
системы 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
№
Наименование обеспе-
№ № разделов данной дисциплины, необходимых для
п/п
чиваемых (последую-
изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1.
щих) дисциплин
1
2
Системы управления
+
+
3
4
5
6
+
7
8
+
+
…
электроприводом
2.
Управление
+
+
+
+
+
+
+
техническими
системами
3.
Математические
+
модели и расчет
систем управления
4.
Проектирование
+
+
систем автоматики
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
Наименование раздела дисциплины
Лекц. Практ. Лаб.
п/п
зан.
Семин
СРС
Все-
зан.
го
час.
1.
Задачи и содержание дисциплины.
4
-
2
-
1
7
24
-
18
-
32
74
12
-
10
-
55
77
8
-
4
-
6
18
Основные определения и понятия
ТАУ. Статика автоматической
системы регулирования (АСР).
2.
Динамика непрерывных линейных
автоматических систем
регулирования (АСР)
3.
Идентификация объектов
управления, системы
автоматического управления с
типовыми алгоритмами
4.
Дискретные системы и цифровые
регуляторы
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
4
-
-
-
2
6
управления
6. Лабораторный практикум
№
№ раздела
п/п
дисциплины
Наименование лабораторных работ
Трудоемкость
(час.)
1.
1
Исследование установившихся режимов работы
2
линейных АСР. Статическое и астатическое
регулирование.
2.
2
Исследование временных и частотных характеристик
18
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.).
3.
3
Исследование качества процесса регулирования систем 10
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.
4
4
Исследование АСР с цифровым регулятором; синтез
4
параметров регулятора, исследование влияния
интервала дискретности на устойчивость и качество
АСР с цифровым регулятором.
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 В.А Теория управления техническими системами, Екатеринбург: УРТУ, 2005 г..
2. Власов К.П. Теория автоматического управления. Учебное пособие для вузов, Харьков:
Изд-во Гуманитарный центр, 2007 г.
3. Стороженко С.В., Коржев А.А. Синтез систем автоматического управления объектами
горного и нефтегазового производства. Методические указания к курсовой работе. СПб:
РИЦ СПГГИ, 2010 г.
4 Стороженко С.В. , Большунова О.М. Теория автоматического управления. Линейные
системы. Лабораторный практикум. СПб: РИЦ НМСУ «Горный» , 2012 г.
б) дополнительная литература
1. Пупков К.А.
Методы классической
и современной теории автоматического
управления ./ ЕгуновН.Д., Баркин и др Т.1 – М: МГТУ им. Баумана, 2000 г.
2. Стальский В.В., Проскуряков Р.М. Нечеткая логика и ее применение в автоматическом
регулировании: Учебное пособие. СПб: Изд. СПГГИ, 1998 г.
3. Ротач В.Я. Теория 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 поточногрупповой системы обучения. Для текущего контроля успеваемости используются,
устный опрос и презентация итогов выполнения расчетного задания курсовой работы.
Разработчик:
Доцент кафедры ЭС,
НМСУ «Горный»
Камышев А.Л.