Document 204897

2
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1Цель 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.
1.2Задача 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.
1.3Пререквизиты
«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
1
Вид итогового контроля
Экзамен
3
Виды контроля
Итоговый контроль
Рубежный контроль
Текущий контроль
%
100
100
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
Вид
контроля
8
9
10 11 12 13 14 15
Л3
Л1 Л 1 Л1 Л2 Л2 Л2 Л 3
Л3 Л4 Л4 Л4 Л5 Л5 Л5
СР3
СР 1 СР1 СР1 СР2 СР2 СР2 СР 3
СР 3 СР 4 СР4 СР4
РК-2
РК 1
Недельное
количество
контроля
1
2
3
4
5
6
7
2
2
2
2
2
2
2
3
2
2
2
2
1
1
2
Виды контроля: СР – самостоятельная работа, РК – рубежный контроль,
Л- лабораторная работа
Таблица 3
Оценка знаний студентов
Оценка
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Буквенный эквивалент
А
АВ+
В
ВС+
С
СD+
D
F
В процентах %
95-100
90-94
85-89
80-84
75-79
70-74
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
В баллах
4
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
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.
4
Таблица 4.
Распределение часов по видам занятий
Наименование темы
Количество академических часов
Лекции Лабора
СРСП
CРC
торная ауд. офисная
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
методом Ляпунова
9.Условие абсолютной устойчивости
нелинейных систем. Критерий Попова
В.М.
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 движением импульсных
систем.
Абсолютная
устойчивость
импульсных систем
15.Показатели качества регулирования
дискретных и импульсных систем
Всего часов
5
1
2
1
2
3
1
2
1
2
3
1
2
1
2
3
1
2
1
2
3
1
2
1
2
3
1
1
2
2
1
1
2
2
3
3
1
2
1
2
3
1
2
1
2
3
1
2
1
2
3
1
2
1
2
3
1
2
1
2
3
1
2
1
2
3
1
2
1
2
3
1
2
1
2
3
15
30
15
30
45
Таблица 5
3.1 Лекционные занятия и их содержание
№
План и содержание лекций
1
1.
2
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.
2. Линеаризация нелинейных характеристик путем разложения в ряд путем.
Приближенные методы описания НС. Линеаризация нелинейной характеристики
членами разложения в ряд Тейлора.
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.
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.
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).
6. Метод фазовых траекторий.
Основные положения метода фазовых
траектории. Уравнение фазовой траектории. Взаимосвязь переходных процессов
и фазовых траекторий.
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.
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.
9. Условие абсолютной устойчивости нелинейных систем. Критерий Попова
В.М. Типовая структурная схема НС. Виды устойчивости НС. Частный критерии
устойчивости и теоремы В.М. Попова. Графическая интерпретация теоремы
В.М. Попова.
10. Устойчивость процессов в нелинейных САР. Определение устойчивости
определенных процессов. Различие устойчивости равновесия и процесса в НС.
Возможность применения критерии В.М. Попова для исследования
устойчивости процессов. Условие устойчивости процессов в НС и его
графическая интерпретация.
11. Основные понятия о фазовой плоскости. Метод изображения переходных
процессов в фазовом пространстве (плоскости) Л.Л. Андронова и его
применения определение фазовой плоскости и пространства и их
математические описания. Формулировка их на понятия устойчивости НС по
6
Объем
час
3
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Ляпунову. Фазовые траектории для обыкновенных линейных систем.
12. Фазовые портреты нелинейных систем. Состояние равновесия НС.
Неоднородность топологической структуры фазовых пространств. Особые
траектории. Фазовые портреты. Сепаратрисы фазовых траектории.
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.
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.
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.
Итого:
1,0
1,0
1,0
1,0
15,0
Таблица 6
3.2 Лабораторные занятия
№
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Содержание
2
Л 1. Исследование систем с запаздыванием
Л1. Исследование систем с запаздыванием
Л1. Исследование систем с запаздыванием
Л 2. Исследование нелинейной системы
Л 2. Исследование нелинейной системы
Л 2. Исследование нелинейной системы
Л 3. Исследование особенностей переходного процесса нелинейной
автоматической системы
Л 3. Исследование особенностей переходного процесса нелинейной
автоматической системы
Л 3. Исследование особенностей переходного процесса нелинейной
автоматической системы
Л 4. Исследование нелинейной системы при помощи метода фазовых траектории
Л 4. Исследование нелинейной системы при помощи метода фазовых траектории
Л 4. Исследование нелинейной системы при помощи метода фазовых траектории
Л 5. Исследование нелинейной системы методом гармонической линеаризации
Л 5. Исследование нелинейной системы методом гармонической линеаризации
Л 5. Исследование нелинейной системы методом гармонической линеаризации
Итого:
Объем
час
3
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
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 учебное7
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.
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Тема
2
Исследование устойчивости систем с запаздыванием.
Построение переходных процессов систем с запаздыванием.
Синтез регулятора компенсатора в системе управления по возмущению.
Синтез регулятора компенсатора в комбинированной системе управления.
Идентификация статических характеристик линейных объектов МНК.
Идентификация статических характеристик нелинейных объектов МНК.
Идентификация объектов по кривым разгона.
Идентификация объектов по частотным характеристикам.
Типовые нелинейные САР и их математическое описание.
Методика замены нелинейных характеристик гармоническими
составляющими.
Гармоническая линеаризация релейных характеристик.
Гармоническая линеаризация сложных объектов неописанных известной
функцией.
Разрешение основного дифференциального уравнения относительной
старшей производной.
Взаимосвязь фазовых траекторий объектов с переходным процессом.
Определение фазовой траектории релейной системы (на математической
модели).
Итого
Объем
час
3
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
15,0
Планы СРСП (офисные)
№
нед.
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Тема
2
Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные).
Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные).
Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные).
Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные).
Прикладные методы идентификации статических и динамических
характеристик объектов управления.
Прикладные методы идентификации статических и динамических
характеристик объектов управления.
Прикладные методы идентификации статических и динамических
характеристик объектов управления.
8
Объем
час
3
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Прикладные методы идентификации статических и динамических
характеристик объектов управления.
Методы гармонической линеаризации нелинейных систем.
Методы гармонической линеаризации нелинейных систем.
Методы гармонической линеаризации нелинейных систем.
Методы гармонической линеаризации нелинейных систем.
Метод фазовых траектории в нелинейных САР.
Метод фазовых траектории в нелинейных САР.
Метод фазовых траектории в нелинейных САР.
Итого
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
30,0
Планы СРС
№
Тема
Объем
нед.
час
1. Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные).
3,0
Анализ устойчивости системы с запаздыванием с использованием критерия
Найквиста.
2. Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные).
3,0
Передаточная функция разомкнутой системы.
3. Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные).
3,0
Построение АФЧХ системы с запаздыванием.
4. Особые системы (с запаздыванием, по возмущению и комбинированные).
3,0
Анализ нелинейной системы методом фазовых траектории.
5. Прикладные методы идентификации статических и динамических
3,0
характеристик объектов управления. (Статические характеристики)
6. Прикладные методы идентификации статических и динамических
3,0
характеристик объектов управления. (Динамические характеристики)
7. Прикладные методы идентификации статических и динамических
3,0
характеристик объектов управления. (Решение количественных примеров по
определении статических линейных характеристики)
8. Прикладные методы идентификации статических и динамических
3,0
характеристик объектов управления. (Решение количественных примеров по
определении статических нелинейных характеристики)
9. Методы гармонической линеаризации нелинейных систем. (Определение
3,0
возможности возникновения автоколебаний в системе с насыщением).
10. Методы гармонической линеаризации нелинейных систем. (Определение
3,0
возможности возникновения автоколебаний в системе с люфтом).
11. Методы гармонической линеаризации нелинейных систем. (Определение
3,0
комплексного коэффициента усиления релейного звена).
12. Методы гармонической линеаризации нелинейных систем. (Повышение
3,0
точности метода гармонической линеаризации).
13. Метод фазовых траектории в нелинейных САР. (Построение фазовых
3,0
траекторий системы с насыщением).
14. Метод фазовых траектории в нелинейных САР. (Построение фазовых
3,0
траекторий релейной системы).
15. Метод фазовых траектории в нелинейных САР. (Получение кривой
3,0
переходного процесса по фазовой траектории системы).
Итого
45
9
Таблица 8
График проведения занятий
№
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
1.
2.
3.
4.
5.
Дата
2
Время
3
Наименование тем
4
Лекции
Особенности нелинейных систем и нелинейные характеристики
Линеаризация нелинейных характеристик путем разложения в ряд
путем
Линеаризация нелинейных характеристик. Метод гармонической
линеаризации
Линеаризация
нелинейных
характеристик
статистическая
линеаризация
Исследование нелинейных систем. Метод гармонического баланса и
статической линеаризации
Метод фазовых траекторий
Построение фазовых траектории методом изоклин предельные
циклы
Устойчивость нелинейных систем методы Ляпунова
Условие абсолютной устойчивости нелинейных систем. Критерий
Попова В.М.
Устойчивость процессов в нелинейных САР.
Основные понятия о фазовой плоскости
Фазовые портреты нелинейных систем
Дискретные и импульсные АСР. Дискретные функции. Структура
дискретных АСР
Управление
движения
импульсных
систем
абсолютная
устойчивость импульсных систем
Показатели качества регулирования дискретных и импульсных
систем
Лабораторные занятия
Исследование систем с запаздыванием
Исследование нелинейной системы.
Исследование особенностей переходного процесса нелинейной
автоматической системы.
Исследование нелинейной системы при помощи метода фазовых
траектории.
Исследование нелинейной системы методом гармонической
линеаризации
10
4 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4.1 Список основной литературы
1. Воронов А.А. Основы теории автоматического управления. Ч 2 - М.:
Энергия. 1966. – С. 372.
2. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. «Энергия», Л.,1969. – С.
375.
3. Адамбаев М.Д. Теория автоматического управления. Методы идентификации
промышленных объектов управления. – Алматы, КазНТУ. 2004.-С. 180.
4.2 Список дополнительной литературы
1. Лукас В. А. Теория автоматического управления. – М.: Недра, 1990. – С. 416.
2. Васильев В.Г., Чуич В.Г. Системы автоматического управления. – М.: Выс.
шк. 1967.- С. 419.
3. Расчет автоматических систем/Под ред. А.В. Фатеева. – М.: Выс. шк. 1973. –
С. 336.
11
5 СОДЕРЖАНИЕ
1. Цели и задачи дисциплины …………………………….……………………….3
2. Система оценки знаний …………………………………………………………3
3. Содержание дисциплины ……………………………………………………….4
4. Список литературы ………………………………….…………………………..11
12