Теоретические сведения о работе

СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ
Система качества АлтГТУ
Образовательный стандарт
высшего профессионального образования АлтГТУ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Б.3.В.18 ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ
230100 «Информатика и вычислительная техника»
для бакалавров заочной формы обучения
ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова»
I
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
Предисловие
1) Разработан кафедрой «Информационно-вычислительной техники и информационной безопасности» АлтГТУ.
2) Стандарт дисциплины разработан на основании ФГОС ВПО направления подготовки 230100 «Информатика и вычислительная техника», утверждённого 9 ноября
2009 г.
3) Стандарт дисциплины «Основы теории управления» по своему назначению,
структуре и содержанию полностью соответствует требованиям УМКД.
4) ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
II
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
Содержание
1 Область применения .......................................................................................................... 1
2 Нормативные ссылки .......................................................................................................... 1
3 Общие сведения о дисциплине. Паспорт дисциплины .................................................... 2
3.1 Выписка из рабочего учебного плана ООП ............................................................... 2
3.2 Цели и задачи освоения дисциплины ........................................................................ 2
3.3 Место дисциплины в структуре ООП направления ................................................... 3
3.4 Требования к результатам освоения дисциплины .................................................... 3
3.5 Объем и виды занятий по дисциплине ...................................................................... 4
4 Рабочая программа дисциплины ....................................................................................... 5
4.1 Содержание дисциплины ............................................................................................ 5
4.1.1 Тематический план дисциплины ......................................................................... 5
4.1.2 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины ............. 6
4.1.3 Формы и содержание текущей аттестации и итоговой оценки по дисциплине 7
4.1.4 Учебно-методическая карта дисциплины ........................................................... 7
4.2 Условия освоения и реализации дисциплины ........................................................... 8
4.2.1 Методические рекомендации студентам по изучению дисциплины ................. 8
4.2.2 Организация самостоятельной работы студента по дисциплине..................... 9
4.2.3 Методические рекомендации преподавателю дисциплины.............................. 9
4.2.4 Образовательные технологии ............................................................................. 9
4.2.5 Особенности преподавания дисциплины ........................................................... 9
4.2.6 Материально-техническое обеспечение дисциплины ....................................... 9
5 Лист согласования рабочей программы дисциплины .................................................... 10
6 Лист изменений к стандарту дисциплины ....................................................................... 11
Приложение А ...................................................................................................................... 12
Приложение Б ...................................................................................................................... 13
Приложение В ...................................................................................................................... 17
Приложение Г ....................................................................................................................... 20
III
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ
Система качества АлтГТУ
Образовательный стандарт высшего
профессионального образования АлтГТУ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Основы теории управления
Введён впервые
УТВЕРЖДАЮ
Начальник УМУ
______________________Н.П. Щербаков
(подпись)
(Ф. И. О)
Дата _____________________
(число, месяц, год)
1 Область применения
1.1 Стандарт дисциплины устанавливает общие требования к содержанию,
структуре, объему дисциплины «Основы теории управления» и условиям ее реализации в АлтГТУ.
1.2 Действие стандарта распространяется:
а) на студентов, обучающихся по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника» (заочной формы обучения),
б) на преподавателей и сотрудников структурных подразделений, задействованных в образовательном процессе по дисциплине.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие государственные
стандарты и стандарты АлтГТУ:
Федеральные государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования по указанным выше направлениям подготовки.
СТО АлтГТУ 12 005 - 2012 Система менеджмента качества. Образовательный
стандарт высшего профессионального образования АлтГТУ. Самостоятельная работа
студентов. Общие требования.
СТО АлтГТУ 12 570 - 2013 Система менеджмента качества. Образовательный
стандарт высшего профессионального образования АлтГТУ. Общие требования к текстовым, графическим и программным документам.
СТО АлтГТУ 12 700-2013 Образовательный стандарт высшего профессионального образования АлтГТУ. Лабораторные работы. Общие требования к содержанию,
выполнению и оформлению.
СМК ОПД 01 – 19 - 2008 Система менеджмента качества. Положение о модульно-рейтинговой системе квалиметрии учебной деятельности студентов.
СТО АлтГТУ 12 310 - 2011 Система качества. Образовательный стандарт высшего профессионального образования АлтГТУ. Образовательный стандарт учебной
дисциплины. Общие требования к структуре, содержанию и оформлению
СТО АлтГТУ 12 560 - 2011 Система менеджмента качества. Образовательный
стандарт высшего профессионального образования АлтГТУ. Текущий и промежуточный контроль студентов.
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
3 Общие сведения о дисциплине. Паспорт дисциплины
3.1 Выписка из рабочего учебного плана ООП
Трудоемкость
Основы теории управления
8
8
В период сессий
7
В семестре
6
Практические
занятия
Контрольные работы
5
Лабораторные
работы
Курсовые проекты
(работы)
4
Лекции
Зачеты
3
Аудиторные занятия
Экзамены
2
Р
У
П
Всего без СРС в период
сессий
Дисциплина
1
Часы учебных занятий
Всего
№ п/п
Ф
Г
О
С
Б.3.В.18
Распределение по
семестрам
8
9
10
11
12
13
14
15
16
4
144
135
16
6
10
0
119
9
Из них
СРС
1
2
3
14
17
18
III курс
IV курс
4
5
6
7
Недель в семестре
17
17
16
17
Перечень реализуемых компетенций
II курс
Кафедра
I курс
27
28
29
ИВТ и ИБ
Распределение по курсам
ОК-10;
ПК-2
8
V курс
8
9
10
17
17
9
Часов в неделю (лекции/лаб. зан./ практ. зан.) / Часов СРС в семестре
18
19
20
21
22
23
24
(6/10/0)119
17
25
26
В интерактивной форме
Продолжение таблицы
3.2 Цели и задачи освоения дисциплины
Цель дисциплины – освоение общих принципов построения систем управления, методов анализа и синтеза автоматических систем, используемых в устройствах
вычислительной техники, автоматики, телемеханики и связи.
Задачи дисциплины:
- изучить основные модели физических систем;
- изучить основные характеристики систем управления;
- изучить основные критерии устойчивости;
- изучить методики анализа и синтеза систем;
- сформировать у студентов комплекс знаний, достаточных для самостоятельного проектирования систем с помощью современной теории управления.
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
3.3 Место дисциплины в структуре ООП направления
Дисциплина «Основы теории управления» входит в профессиональный цикл в
вариативную часть рабочего учебного плана направления 230100 «Информатика и вычислительная техника», изучается в 8 семестре.
Базой для изучения настоящей дисциплины являются циклы дисциплин математического, алгоритмического и технологического профиля типового учебного плана.
3.4 Требования к результатам освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны обладать знаниями, умениями и навыками, приведенными в таблице 3.1
Таблица 3.1
Код
компетенции по
ФГОС
ВПО или
ООП
Содержание
компетенции
(или ее части)
знать
уметь
владеть
1
2
3
4
5
ОК-10
Использует
основные
законы естественнонаучных
дисциплин в
профессиональной
деятельности,
применяет
методы математического
анализа и
моделирования,
теоретического
и экспериментального исследования
В результате изучения дисциплины
обучающиеся должны:
- понятийный и
терминологический
аппарат современной теории управления.
- основные модели
физических систем
и их
характеристики;
- временные и частотные характеристики систем;
- требования к временным характеристикам при синтезе
систем;
- требования к частотным характеристикам систем;
- критерии устойчивости систем
управления.
- применять мето- владеть
дологию системного методологией
анализа систем
системного
управления;
анализа
- проводить исслесистем
дование устойчиво- управления;
сти систем управ- владеть
ления путем моденавыками
лирования;
анализа,
- организовывать
синтеза и моинформационное
делирования
обеспечение за
систем.
счет применения
современных информационных
средств;
- идентифицировать информацию,
уменьшающую запас устойчивости по
предсказуемости в
системах управления, с целью демпфирования ее негативного влияния на
управление.
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
1
2
ПК–2
Осваивать
методики
использования
программных
средств для
решения
практических
задач
3
- основные среды
моделирования
систем, их особенности;
- элементную базу
сред для моделирования систем;
4
- применять среду
моделирования
для автоматизации
исследования
систем;
- решать вопросы,
связанные с адаптацией, модернизацией или улучшением систем;
5
- типовыми
методами
принятия оптимальных
решений;
- владеть
навыками самостоятельного проектирования систем с помощью современной теории управления.
3.5 Объем и виды занятий по дисциплине
Объем и виды занятий по дисциплине представлены в Паспорте дисциплины:
Паспорт дисциплины
Кафедра «Информационно-вычислительной техники и информационной
безопасности»
Дисциплина Б.3.В.18 «Основы теории управления»
Статус дисциплины профессиональный цикл, вариативная
Направление 230100 «Информатика и вычислительная техника»
Форма обучения заочная
Объем дисциплины 144 часа
Общая трудоёмкость дисциплины 4 зачётные единицы
Учебные занятия (часы)
Семестр
Аудиторные занятия
Всего
8
144
СРС
всего
семестр
лаборат.
аудиторных лекции
работы
занятий
16
6
10
119
сессия
9
Наличие
курсовых
проектов
(КП),
курсовых
работ (КР),
расчетных
заданий
(РЗ)
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Форма
промежуточной
аттестации
(зачёт,
экзамен)
ЭКЗАМЕН
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
4 Рабочая программа дисциплины
4.1 Содержание дисциплины
4.1.1 Тематический план дисциплины
Лекции (6 часов).
Тема 1 Введение. Теория линейных стационарных систем. Базовые понятия.
Лекция 1 (2 часа, [1-5]). Цели курса, терминологии предмета. Линейная стационарная система. Преобразование Лапласа, Фурье: определения, свойства, применение. Передаточная функция. Соединения линейных стационарных систем.
Тема 2 Временные динамические и частотные функции линейных систем.
Лекция 2 (1 час, [1-5]). Переходная и весовая функции линейной стационарной
системы. Амплитудно-фазовые частотные характеристики (АФЧХ). Логарифмические
частотные характеристики (ЛЧХ). Годографы.
Тема 3 Элементарные динамические звенья.
Лекция 3 (1 час, [1-5]). Типовые звенья: безынерционное, апериодическое, колебательное, идеальное интегрирующее, идеальное дифференцирующее, форсирующее, двойное форсирующее. Определения, временные и частотные характеристики,
примеры.
Тема 4 Устойчивость линейных стационарных автоматических систем.
Лекция 4 (2 часа, [1-5]). Методы оценки устойчивости. Критерии устойчивости
Рауса-Гурвица, Михайлова, Найквиста.
Лабораторные работы (10 часов).
Лабораторная работа № 1. (2 часа, [1-13]). Знакомство с различными средами
моделирования технических систем и изучение их возможностей.
Лабораторная работа № 2. (4 часа, [1-13]). Создание моделей непрерывных
линейных стационарных систем.
Лабораторная работа № 3. (2 часа, [1-13]). Получение и анализ временных и
частотных характеристик непрерывных линейных стационарных систем.
Лабораторная работа № 4. (2 часа, [1-13]). Исследование устойчивости непрерывных линейных стационарных систем.
Самостоятельная работа студентов (119 час.+9 час.)
Номер и содержание задания
1
1. Подготовка к лекциям
2. Подготовка к выполнению лабораторных
работ, оформление отчёта
3. Подготовка к выполнению контрольной
работы, оформление отчета
4. Работа с литературными источниками,
час.
5. Подготовка к экзамену (во время сессии)
Объем,
час
2
18
22
Рекомендуемая
литература
3
[1 - 13, лекции]
[1 - 5, 10 - 13, лекции]
9
[лекции, 1 –13]
70
[1 – 13]
9
[лекции, 1-13]
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
Контрольная работа [1-13].
Задание заключается в разработке и создании модели системы автоматического
управления (по предложенному варианту, предоставляемому студенту), на основе
изученных элементарных динамических звеньев, а также ее исследованию.
В процессе выполнения задания студент должен показать:
1. Знания и умения построения и исследования модели реальной системы
автоматического управления.
2. Навыки синтеза новых систем автоматического управления.
4.1.2 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Шишмарев В. Ю. Основы автоматического управления: учебное пособие/
В.Ю. Шишмарев. - М.: Академия, 2008. - 347 с., ил. - 21 экз.
2. Коновалов Б. И. Теория автоматического управления [электронный ресурс]. СПб.: Лань, 2010. – 219 с. - Доступ из ЭБС «Лань».
3. Батурин В. К. Общая теория управления [электронный ресурс]/ В.К. Батурин. –
М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2012.- 488 с. Доступ из ЭБС «Университетская библиотека
online».
4. Коробко В. И. Теория управления [электронный ресурс]/ В.И. Коробко. – М.:
ЮНИТИ-ДАНА, 2012.- 384 с. Доступ из ЭБС «Университетская библиотека online».
5. Зеликов В. А. Управление техническими системами [электронный ресурс]. –
Воронеж: ВГЛТА, 2010.- 55 с. Доступ из ЭБС «Университетская библиотека online».
Дополнительная литература
6. Первозванский А. А. Курс теории автоматического управления : учеб. пособие
/ А. А. Первозванский. - 2010. Изд. 2-е, стер. - СПб. [и др.] : Доступ из ЭБС «Лань».
7. Левшин Г. Е. Управление техническими системами : учеб. пособие : [по специальностям направления 150200 "Машиностроит. технологии и оборудование"] / Г. Е.
Левшин; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2009. (100)
8. Александров А. Г. Методы построения систем автоматического управления /
А. Г. Александров ; Ин-т проблем упр. РАН. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008.
9. Усынин Ю. С. Теория автоматического управления : [учеб. пособие для вузов
по специальности 140604—"Электропривод и автоматика пром. установок и технол.
комплексов" направления 140600—"Электротехника, электромеханика и электротехнологии"] / Ю. С. Усынин. - Челябинск : ЮУрГУ, 2010.
Программное обеспечение и Интернет-ресурсы
10. http://www.toroid.ru – ООО «Тороит» в г. Истра Московской области.
11. http://lib-bkm.ru – Библиотека машиностроителя.
12. http://www.bookshunt.ru – Электронная библиотека.
Учебно-методические материалы и пособия для студентов, используемые
при изучении дисциплины
13.
Гребеньков А. А. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Основы теории управления» для бакалавров заочной формы обучения
направления «Информатика и вычислительная техника»/А. А. Гребеньков.– Барнаул:
АлтГТУ, 2014. Режим доступа: http//new.elib.altstu.ru.
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
4.1.3 Формы и содержание текущей и промежуточной аттестации по дисциплине
Текущая аттестация студентов осуществляется по итогам:
- выполнения лабораторных работ;
- выполнения контрольной работы.
Вес каждой лабораторной работы – 0,1; вес контрольной работы – 0,2.
Экзамен во время сессии имеет вес 0,4.
Содержание текущей и промежуточной аттестации раскрывается в комплекте
контролирующих материалов. Контролирующие материалы по дисциплине содержатся
в приложении В.
При изучении дисциплины «Основы теории управления» используется
рейтинговая система оценки учебной работы студента, соответствующая «Положению
о модульно-рейтинговой системе квалиметрии учебной деятельности студентов» СМК
ОПД 01-19-2008. Памятка дисциплины приведена в приложении Б.
4.1.4 Учебно-методическая карта дисциплины
Учебно-методическая карта дисциплины
«Основы теории управления»
для направления _230100 «Информатика и вычислительная техника»
на 8 семестр
График аудиторных занятий, СРС, текущих и промежуточной аттестаций
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16 17
сессия
Номер недели
Наименование вида
работ
1 Аудиторные занятия 16 час.
Лекции
Лабораторные
работы
Подготовка к лекциям
Подготовка к выполнению лабораторных работ, оформление отчёта
Подготовка к выполнению контрольной работы, оформление отчёта
Работа с литературными
4
источниками, час
Подготовка к экзамену
6
10
2 Самостоятельная работа студентов
3
3
3
128 час.
3
3
3
10 12
4
4
4
1
1
4
4
5
4
1
1
4
4
4
4
1
1
1
1
1
4
4
4
4
5
9
3 Формы текущей аттестации
Защита лабораторных
работ (ЗР)
0,1
0,1
0,1
0,1
Защита контрольной
работы (ЗКР)
0,2
4 Формы промежуточной аттестации
Экзамен
0,4
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
4.2 Условия освоения и реализации дисциплины
4.2.1 Методические рекомендации студентам по изучению дисциплины
Форма итоговой аттестации – экзамен.
Для оптимальной организации процесса изучения данной дисциплины необходимо:
– перед каждым лекционным занятием повторять пройденный материал;
– перед каждой лабораторной работой знакомиться с темой, целью и заданием,
изучать примеры выполнения;
– выполнять, сдавать и защищать лабораторные работы и контрольную работу
согласно графика контроля.
График контроля
8 семестр
Вид контрольВремя
Вес в итогоВид занятия
ного испытания проведения
вом рейтинге
Лабораторная работа 1
сессия
0,1
защита
Лабораторная работа 2
сессия
0,1
Лабораторная работа 3
сессия
0,1
Лабораторная работа 4
сессия
0,1
Контрольная работа
защита
0,2
экзамен
сессия
0,4
Примечание:
1. Выполненная лабораторная работа - 30 баллов.
2. Выполненная контрольная работа – 30 баллов.
3. Лабораторная (контрольная) работа считается выполненной, если студентом показано преподавателю правильно выполненное задание, соответствующая его индивидуальному варианту, а так же
оформлен отчет.
4. Выполненные лабораторные работы защищаются в соответствии с графиком контроля.
5. Защита лабораторной работы в семестре после срока, указанного в графике контроля оценивается на 20 % ниже.
6. Защита лабораторных работ после окончания семестра не принимается.
7. Студент допускается к экзамену, если семестровый рейтинг больше или равен 25 баллов.
8. Если студент не явился на экзамен, то его итоговая оценка равна нулю.
В АлтГТУ принята 100-бальная шкала оценок. Именно эти оценки учитываются
при подсчете рейтингов, назначении стипендии и в других случаях. Традиционная шкала будет использоваться только в зачетных книжках. Соотношение оценок устанавливается следующим образом: 75 баллов и выше -"отлично"; 50-74 балла - "хорошо"; 25 49 баллов - "удовлетворительно"; менее 25 баллов - "неудовлетворительно".
Успеваемость студента оценивается с помощью текущего рейтинга и вычисляется по формуле:
RT 
R p
p
i
i
i
где Ri - оценка за i-ю контрольную точку, pi - вес этой контрольной точки. Суммирование проводится по всем контрольным точкам с начала семестра до момента вычисления рейтинга. R сем  RТ
сем
Семестровый рейтинг вычисляется по формуле: R  0,9  RТ  Б П
Где RT – текущий рейтинг на конец семестра, БП – дополнительные баллы за
посещаемость занятий, определенные по следующей схеме:
П ≤ 50% - БП – 0
50% < П ≤ 60% - БП – 2
60% < П ≤ 70% - БП – 4
70% < П ≤ 80% - БП – 6
80% < П ≤ 90% - БП – 8
90% < П ≤ 100% - БП – 10
Итоговый рейтинг, учитывающий экзамен: R итог  R сем  0,5  R зач  0,5
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
4.2.2 Организация самостоятельной работы студента по дисциплине
Организация самостоятельной работы студента по дисциплине «Основы теории
управления» осуществляется в рамках автоматизированной системы преподавания с
использованием компьютеров кафедры, домашних компьютеров, глобальной,
городской сети. Взаимодействие с преподавателем в течение семестра также может
осуществляться через личный кабинет преподавателя официального сайта АлтГТУ.
4.2.3 Методические рекомендации преподавателю дисциплины
Лекции по курсу «Основы теории управления» читаются преподавателем в
аудитории предоставленной бюро расписаний. Экзамен проводится в письменной
форме во время сессии. Вопросы к экзамену выдаются студентам на второй неделе
семестра.
Лабораторные работы проводятся в компьютерном классе кафедры. Защита лабораторных работ проводятся на лабораторных занятиях по графику контроля (см. п.
4.1.4). Методические указания по выполнению лабораторных работ представлены в
Приложении Г.
Для успешного освоения дисциплины каждому студенту в начале семестра
предоставляется памятка по дисциплине (в электронном виде, приложение Б).
4.2.4 Образовательные технологии
Образовательные технологии, используемые при изучении дисциплины «Основы
теории управления», предусматривают применение инновационных методов обучения
в интерактивной форме 8 часов:
- модульно-рейтинговая система квалиметрии учебной деятельности студентов;
- информационные методы обучения:
лекция-дискуссия (2 часа), лекциявизуализация (2 часа);
- использование мультимедийного и компьютерного оборудования при чтении
лекций, контроле СРС, выполнении лабораторных работ: работа в малых группах
(2 часа);
- тренинги с целью получения навыков и умений в области проектирования
современных информационных систем посредством выполнения последовательности
заданий, направленных на достижение цели проекта (2 часа).
4.2.5 Особенности преподавания дисциплины
Преподавание дисциплины осуществляется в рамках автоматизированной
системы преподавания с использованием компьютеров кафедры, домашних
компьютеров, глобальной, городской сети. Взаимодействие с преподавателем в
течении семестра также может осуществляться через личный кабинет преподавателя
официального сайта АлтГТУ.
4.2.6 Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лекции по курсу «Основы теории управления» проводятся в мультимедийных
аудиториях вуза. Для чтения лекций используется комплект презентационных материалов. Презентационный материал представляет собой файлы, являющийся элементом
электронной базы материалов кафедры.
Лабораторные работы выполняются в компьютерном классе кафедры.
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
5 Лист согласования рабочей программы дисциплины
Наименование
дисциплин, изучение
которых опирается на
данную дисциплину
Кафедраразработчик
дисциплины
1
2
Предложения
по корректировке
рабочей программы,
вносимые согласующей
кафедрой
3
Подпись
заведующего
согласующей
кафедры
4
Разработчик:
к.ф.-м.н., доцент кафедры ИВТ и ИБ __________
подпись
И.о. зав. кафедрой ИВТ и ИБ
__________
подпись
Руководитель ООП
__________
подпись
Декан факультета ВЗФ
__________
подпись
Начальник ОМКО АлтГТУ
__________
подпись
/ А. А. Гребеньков
инициалы и фамилия
/ А. Г. Якунин
инициалы и фамилия
/ А. Г. Якунин
инициалы и фамилия
/ А. В. Михайлов
инициалы и фамилия
/ С. А. Фёдоровых
инициалы и фамилия
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
6 Лист изменений к стандарту дисциплины
ИЗМЕНЕНИЕ (ДОПОЛНЕНИЕ) № _____
Утверждено и введено в действие
__________________________________________________________________
(наименование документа)
№ ___________
(дата (цифрой), месяц (прописью), год)
Дата введения
от ________________________________
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
Приложение А
Карта компетенций дисциплины
Основы теории управления
1 Наименование компетенций дисциплины
Код
компетенции
ОК-10
ПК-2
Формулировка компетенции (или ее части)
Использует основные законы естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования
Осваивать методики использования программных средств для
решения практических задач.
2 Компонентный состав дисциплины
8-й семестр
Модуль
дисциплины
(раздел,
тема)
Модуль 1
(Тема 1,
Тема 2,
Тема 3,
Тема 4.)
Технологии Средства ОбъРезультаты
формирои
ем
освоения дисциплины
вания ком- технологии
в
петенций
оценки
ЗЕТ
Знает:
Защита
- понятийный и терминологический аппарат совре- Лекции
отчетов
менной теории управления.
по лабо- основные модели физических систем и их характеЛаборараторным
ристики;
- временные и частотные характеристики систем;
торные
работам
- требования к временным характеристикам при син- работы
тезе систем;
- требования к частотным характеристикам систем;
- критерии устойчивости систем управления;
- основные среды моделирования систем, их особенности;
- элементную базу сред для моделирования систем.
Умеет:
- применять методологию системного анализа систем управления;
- проводить исследование устойчивости систем
управления путем моделирования;
- организовывать информационное обеспечение за
счет применения современных информационных
средств;
- идентифицировать информацию, уменьшающую
запас устойчивости по предсказуемости в системах
управления, с целью демпфирования ее негативного
влияния на управление;
- применять среду моделирования для автоматизации исследования систем;
- решать вопросы, связанные с адаптацией, модернизацией или улучшением систем.
Владеет:
- методологией системного анализа систем управления;
- навыками анализа, синтеза и моделирования систем;
- типовыми методами принятия оптимальных решений;
- навыками самостоятельного проектирования систем с помощью современной теории управления.
Защита
Контроль- контрольная работа ной
работы
4
Самостоя- Экзамен
тельная
работа
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
Приложение Г
Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине «Основы теории управления»
Порядок выполнения лабораторных работ
1. Познакомиться с темой и целью лабораторной работы.
2. Изучить необходимые к выполнению лабораторной работы теоретические
сведения, рекомендации и пример выполнения.
3. Познакомиться с общим заданием к лабораторной работе и индивидуальным
вариантом задания.
4. Выполнить задание лабораторной работы в соответствии с рекомендациями и
примером выполнения.
5. Продемонстрировать преподавателю результаты выполненной лабораторной
работы.
6. Оформить отчет.
7. Защитить лабораторную работу.
Оборудование, технические средства, инструмент
Лабораторные работы выполняются в компьютерном классе, оснащенном персональными компьютерами. На компьютерах должны быть установлены: операционная
система Microsoft Windows 7 или выше, Microsoft Office, MATLAB с установленной графической средой имитационного моделирования – Simulink. Допускается использование аналогов из свободного программного обеспечения: ОС – Linux, пакет прикладных
математических программ Scilab, с установленным модулем Xcos. При наличии соответствующей лицензии возможно также применение программного пакета Maple поздних версий.
Требования к оформлению отчета
Отчет по лабораторной работе оформляется в виде принтерных распечаток на
сброшюрованных листах формата А4. Он должен содержать:
 титульный лист;
 цель работы;
 задание к лабораторной работе (общее задание и индивидуальный вариант
задания);
 описание процесса выполнения лабораторной работы с полученными результатами.
Требования к защите лабораторных работ
После оформления отчета, лабораторную работу защищают, т. е. поясняют процесс выполнения лабораторной работы и полученные результаты, отвечают на контрольные вопросы.
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
Лабораторная работа № 1. Знакомство с различными средами моделирования технических систем и изучение их возможностей.
Цель работы: Изучение основных возможностей и получение первоначальных
навыков работы с графической средой имитационного моделирования – Simulink.
Теоретические сведения о работе
Matlab - это высокопроизводительный язык для технических расчетов. Он включает в себя вычисления, визуализацию и программирование в удобной среде, где задачи и решения выражаются в форме, близкой к математической. Типичное использование MATLAB - это:
 математические вычисления,
 создание алгоритмов,
 моделирование,
 анализ данных, исследования и визуализация,
 научная и инженерная графика,
 разработка приложений, включая создание графического интерфейса.
Программа Simulink является приложением к пакету MATLAB. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в
соответствии с которым, пользователь на экране из библиотеки стандартных блоков
создает модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, пользователю не нужно досконально изучать язык программирования и численные методы математики, а достаточно общих знаний, требующихся при работе на компьютере и, естественно, знаний той предметной области, в
которой он работает.
Simulink является достаточно самостоятельным инструментом MATLAB и при
работе с ним совсем не требуется знать сам MATLAB и остальные его приложения. С
другой стороны доступ к функциям MATLAB и другим его инструментам остается открытым и их можно использовать в Simulink. Часть входящих в состав пакетов имеет
инструменты, встраиваемые в Simulink (например, LTI-Viewer приложения Control
System Toolbox – пакета для разработки систем управления). Имеются также дополнительные библиотеки блоков для разных областей применения (например, Power
System Blockset – моделирование электротехнических устройств, Digital Signal
Processing Blockset – набор блоков для разработки цифровых устройств и т.д).
При работе с Simulink пользователь имеет возможность модернизировать библиотечные блоки, создавать свои собственные, а также составлять новые библиотеки
блоков.
При моделировании пользователь может выбирать метод решения дифференциальных уравнений, а также способ изменения модельного времени (с фиксированным или переменным шагом). В ходе моделирования имеется возможность следить за
процессами, происходящими в системе. Для этого используются специальные устройства наблюдения, входящие в состав библиотеки Simulink. Результаты моделирования
могут быть представлены в виде графиков или таблиц.
Рекомендации и пример выполнения приведены в раздаточном материале
Задание
1) Запустить пакет MATLAB.
2) Запустить программу Simulink.
3) Выяснить назначение основных интерфейсных элементов
среды. В отчет
включить изображения и описания этих элементов.
4) Изучить основные разделы библиотеки Simulink, найти элементарные звенья
непрерывных систем, источники, приемники и измерители сигналов. Описания и изображения этих элементов включить в отчет.
5) Построить 2-3 примера простейших систем, состоящих из элементарных звеньев.
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
6)
Убедиться, что созданные самостоятельно системы функционируют коррект-
но.
Исследовать поведение систем при последовательном и параллельном включении звеньев, а также при наличии обратной связи. Убедиться с помощью моделирования в справедливости соответствующих законов соединения элементов систем.
8) Сформировать отчет по лабораторной работе, отражающий все этапы освоения интерфейса среды моделирования технических систем.
9) Привести перечень использованной литературы.
7)
Лабораторная работа № 2. Создание моделей непрерывных линейных стационарных систем.
Цель работы: Научиться создавать модели реальных технических систем в
среде Simulink.
Теоретические сведения о работе
Simulink подходит для решения как дискретных, так и непрерывных задач. Проще говоря, в Simulink можно построить и модель банковского отделения, и модель турбины, и модель химической
реакции, и даже модель экосистемы. Simulink пользуется большой популярностью в инженерных и
научных кругах благодаря большой библиотеке стандартных компонентов: самых разнообразных
математических функций, атмосферных, гравитационных, биологических и инженерных моделей,
автоматических блоков управления, электрических и электронных устройств и многих-многих других
блоков.
Модели в Simulink строятся с помощью визуальных средств — вы размещаете на рабочем столе
разнообразные объекты и соединяете их связями разных типов. Объектами могут быть ранее
упомянутые компоненты, а также очереди, генераторы событий (например, пришел новый клиент или
заболел сотрудник), обработчики событий, разнообразные счетчики и датчики.
Однако в этой визуальности заключена и сложность работы с системой, потому что в итоге
модель состоит из огромного числа объектов и связей между ними, в которых не так-то просто
разобраться. А, например, добавление одного нового объекта требует передвижения уже размещенных в
модели блоков, а также разрывания существующих и создания новых связей. К счастью, эта проблема
отчасти решается с помощью декомпозиции большой модели на атомарные подсистемы.
Одним из ключевых преимуществ системы является возможность программировать логику
работы компонентов модели. Так, можно запрограммировать особый порядок движения объектов в
очереди или правила реакции на события в зависимости от времени дня или других условий. Это
позволяет приблизить работу модели к реальной жизни. На самом деле, для создания правдоподобных
моделей приходится перепрограммировать практически все объекты.
Отдельно следует отметить аналитические возможности Simulink, с помощью которых можно
рассчитать параметры модели, которые приближают ее к реальной жизни, а также выяснить при каких
значениях входных параметров (например, число операторов, максимальная длительность обработки
заказа, площадь склада) модель обеспечивает наилучшие показатели (такие как, объем прибыли,
длительность простоев, затраты на оплату переработок).
В результате, сложность работы с Simulink с лихвой окупается его мощью, гибкостью и широкими
возможностями программирования.
Simulink является фундаментом концепции модельно-ориентированного проектирования. С
помощью инструментов, предлагаемых данной средой, у инженеров многих специальностей (механика,
электроника, электрические машины, системы управления и т. д.) появляется возможность проводить
отладку и раннее тестирование разрабатываемых систем и мехатронных изделий в единой среде
моделирования, переходя к дорогостоящим прототипам только после успешного моделирования.
Рекомендации и пример выполнения приведены в раздаточном материале.
Задание
1) Получить у преподавателя индивидуальные задания (непрерывные линейные
стационарные системы) для моделирования.
2) Выполнить анализ полученных систем. Выделить входные, выходные сигналы. Построить математическую модель систем. Получить передаточную функцию.
3) Представить системы, как совокупность соединенных специальным способом
звеньев.
4) Построить модели в среде Simulink.
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
Убедиться в корректности построенных моделей. (На специально подобранных контрольных примерах, либо обосновать адекватность моделей исходя из какихлибо физических особенностей конкретных систем).
6) Сформировать отчет по лабораторной работе, отражающий все выполненные
этапы работы.
5)
Лабораторная работа № 3. Получение и анализ временных и частотных характеристик непрерывных линейных стационарных систем.
Цель работы: Освоить методику получения временных и частотных характеристик систем в среде моделирования.
Теоретические сведения о работе
Для описания работы системы автоматического управления используются кроме
дифференциальных уравнений и передаточной функции W(s), временные и частотные характеристики.
Временной характеристикой называется закон изменения выходной величины
y(t) от времени при изменении внешнего воздействия x(t) по определенному закону и
при условии, что до приложения внешнего воздействия система находилась в покое. В
случае, если это воздействие является единичной ступенчатой функцией x(t) = 1(t), которая при моделировании задается блоком Step, то такая характеристика называется
переходной функцией звена y(t) = h(t).
Функцией веса (импульсной функцией) звена x(t) = w(t) называется его реакция
на единичную импульсную функцию (дельта-функцию) x(t) = (t), которая представляет
собой производную от единичной ступенчатой функции.
Замечание. При моделировании функция веса может быть найдена путем подачи на вход звена единичной ступенчатой функцией (блок Step) и установки на выходе
звена дифференциатора (блок Derivative категория Continuous).
Временными характеристиками удобно пользоваться при определении характера переходного процесса в системе автоматического управления.
В реальных системах очень часто входной сигнал изменяется по гармоническому закону заданной амплитуды и частоты. При этом возникает необходимость нахождения параметров колебаний на выходе системы при известных на входе. Решение
этой задачи с помощью временных характеристик представляет определенные трудности. Частотный метод позволяет получить реакцию звена или системы на любой периодический сигнал.
Рекомендации и пример выполнения приведены в раздаточном материале.
Задание
Запустить программный комплекс по моделированию автоматических систем
MATLAB+Simulink.
2) Открыть модели систем, созданные в предыдущей лабораторной работе.
3) Изучить назначение и содержимое окон Command Window, Simulink Library
Browser, модельного окна.
4) Изучить назначение основных категорий блоков и их состав.
5) Изучить, как осуществляется выбор, размещение блоков, связь между ними.
6) Сформировать блок-схемы, позволяющие определить переходную и весовую
функции систем.
7) Запустить блок-схему на моделирование и исследовать, как влияет изменения параметров звеньев на вид временных характеристик.
8) Изучить, как производится определение частотных характеристик систем.
9) Определить АФЧХ, ЛАЧХ и ЛФЧХ для всех систем и исследовать, как влияют
изменения параметров данных систем на вид этих частотных характеристик.
10)
Сформировать отчет по лабораторной работе, отражающий все выполненные этапы работы.
1)
СТО АлтГТУ 13.62.3.3838-2014
Лабораторная работа № 4. Исследование устойчивости непрерывных линейных стационарных систем.
Цель работы: Освоить применение различных критериев устойчивости линейных стационарных систем.
Теоретические сведения о работе
Устойчивость системы автоматического управления, способность системы автоматического управления (САУ) нормально функционировать и противостоять различным неизбежным возмущениям (воздействиям). Состояние САУ называется устойчивым, если отклонение от него остаётся сколь угодно малым при любых достаточно малых изменениях входных сигналов. Устойчивость САУ разного типа определяется различными методами.
Для устойчивости линейной стационарной системы, описываемой обыкновенными дифференциальными уравнениями, необходимо и достаточно, чтобы все корни соответствующего характеристического уравнения имели отрицательные действительные части (тогда САУ асимптотически устойчива). Существуют различные критерии
(условия), позволяющие судить о знаках корней характеристического уравнения, не
решая это уравнение – непосредственно по его коэффициентам. При исследовании
устойчивости САУ, описываемых дифференциальными уравнениями невысокого порядка (до 4-го), пользуются критериями Рауса и Гурвица. Однако этими критериями
пользоваться во многих случаях (например, в случае САУ, описываемых уравнениями
высокого порядка) практически невозможно из-за необходимости проведения громоздких расчётов; кроме того, само нахождение характеристических уравнений сложных
САУ сопряжено с трудоёмкими математическими выкладками. Между тем частотные
характеристики любых сколь угодно сложных СЛУ легко находятся посредством простых графических и алгебраических операций. Поэтому при исследовании и проектировании линейных стационарных САУ обычно применяют частотные критерии Найквиста и Михайлова. Особенно прост и удобен в практическом применении критерий Найквиста. Совокупность значений параметров САУ, при которых система устойчива,
называется областью устойчивости. Близость САУ к границе области устойчивости
оценивается запасами устойчивости по фазе и по амплитуде, которые определяют по
амплитудно-фазовым характеристикам разомкнутой САУ.
Рекомендации и пример выполнения приведены в раздаточном материале
Задание
1) Исследовать
устойчивость систем из предыдущих лабораторных работ с помощью критерия Рауса Гурвица. В случае получения определителей высокого порядка,
рекомендуется применение математических пакетов для автоматизации расчетов.
2) Исследовать системы с помощью критерия Михайлова.
3) Преобразовать структурную схему систем так, чтобы при сохранении общей
передаточной функции, системы стали замкнутыми и соответственно появилась возможность применения критерия Найквиста.
4) Исследовать системы с помощью критерия Найквиста.
5) Проанализировать полученные результаты. Сделать выводы относительно
того, в каких случаях целесообразно применение каждого из использованных критериев.
6) Сформировать отчет по лабораторной работе, отражающий все выполненные
этапы работы.
7) Привести перечень использованной литературы.