Рабочая программа дисциплины Основы теории управления (Наименование дисциплины)
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа дисциплины Основы конструирования систем управления (Наименование, 142.46kb.
- Рабочая программа дисциплины Основы идентификации технических объектов управления (Наименование, 109.07kb.
- Рабочая программа наименование дисциплины Математические модели в теории, 197.61kb.
- Рабочая программа дисциплины «маркетинг персонала» Рекомендуется для направления подготовки, 153.5kb.
- Программа наименование дисциплины Теория автоматического управления Рекомендуется для, 218.73kb.
- Рабочая программа дисциплины «Психофизиология профессиональной деятельности» Рекомендуется, 196.33kb.
- Рабочая программа наименование дисциплины Основы теории литературы Направление подготовки, 323.38kb.
- Рабочая программа по учебной дисциплине Основы электронной коммерции, оэк наименование, 744.36kb.
- Рабочая программа дисциплины (модуля) «основы государственного управления», 472.86kb.
- Рабочая программа дисциплины сд. 07. 02. «Основы технологического развития производства», 199.77kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В Г. ТАГАНРОГЕ
(ТТИ Южного федерального университета)
Факультет автоматики и вычислительной техники
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФАВТ ТТИ ЮФУ
______________ВИШНЯКОВ Ю.М.
"_____"__________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
Основы теории управления
(Наименование дисциплины)
Направление подготовки
230100.62 «Информатика и вычислительная техника»
Профиль подготовки
Автоматизированные информационно-управляющие системы
и комплексы
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
(очная, очно-заочная и др.)
г. Таганрог
2011
- Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины являются:
− удовлетворение потребностей личности в изучении математических основ и общих принципов анализа и синтеза систем управления техническими объектами, а так же в применении базовых знаний в области общих (дифференциальное и интегральное исчисления, ряды) и специальных (теория устойчивости, вариационное исчисление, численные методы) разделов высшей математики для исследования систем управления;
− удовлетворение потребностей заказчиков в кадрах, способных к освоению методов построения математических моделей электрических и электронных схем в виде типовых звеньев систем управления и построения систем управления на основе типовых звеньев;
− совершенствование профессиональной компоненты образования по направлению информатика и вычислительная техника путем применения методов теории автоматического управления для анализа и синтеза систем в конкретной предметной области.
Цели дисциплины соответствуют всем 3-м целям ООП по направлению 230100.62 «Информатика и вычислительная техника», а именно:
1 цель направления. Удовлетворение потребностей личности в интеллектуальном, культурном и нравственном развитии путем получения высшего образования в области информатики и вычислительной техники;
2 цель направления. Организация базовой бакалаврской подготовки, позволяющей всем выпускникам продолжить свое образование как с целью получения диплома инженера или магистра в области информатики и вычислительной техники, так и с целью дальнейшего самосовершенствования.
3 цель направления. Удовлетворение потребностей общества в квалифицированных кадрах путем подготовки специалистов по проектированию, разработке и эксплуатации автоматизированных информационно-управляющих систем и комплексов.
а также будет способствовать достижению локальной цели профиля подготовки «Автоматизированные информационно-управляющие системы и комплексы»:
1 цель профиля. Развитие у студентов теоретических знаний и практических навыков, позволяющих выпускникам понимать и применять фундаментальные и передовые знания и научные принципы, лежащие в основе современных автоматизированных информационно-управляющих систем и комплексов при формулировании и решении инженерных задач;
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина относится к модулю математической подготовки (дисциплины по выбору).
Изучение материала дисциплины «Основы теории управления» базируется на использовании следующих знаний, умений и навыков, полученных студентами при освоении предшествующих дисциплин:
− знание алгебраических структур, основ математической логики, дискретной математики, математического моделирования и теории вероятности – «Математический анализ», «Математическая логика и теория алгоритмов», «Дискретная математика», «Методы моделирования»;
− знание основных физических законов и процессов, протекающих в эле4ктрическизи электронных схемах и методов их описания − "Электрические цепи и сигналы", "Электроника".
− знание основных приемов работы с прикладными программными и информационными системами – «Информатика», «Прикладное программирование»
− умение применять математические методы оптимизации и навыки организации баз данных для информационных систем – «Методы оптимизации», «Базы данных и СУБД».
Необходимо также умение читать и переводить технические тексты по элементам систем управления на иностранном (желательно, на английском) языке.
Дисциплина " Основы теории управления" является одной из основ для специальных дисциплин, использующих системные представления, имеющих целью изучение вопросов анализа и синтеза систем управления техническими объектами и разработки алгоритмов управления такими объектами в конкретной предметной области, также для производственной практики и подготовки выпускной квалификационной работы, в которых необходимо продемонстрировать умения и навыки, связанные с моделями.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины «Основы теории управления» обучающийся должен:
Знать: задачи и математические модели теории управления. методы описания систем управления в функциональном пространстве и пространстве состояний, структурные методы теории управления, типовые звенья и основные свойства систем управления, понятие о методах синтеза и коррекции систем управления;
Уметь: работать с компьютером как средством управления информацией; осваивать программные средства и методики использования программных средств для решения практических задач;
Владеть: навыками анализа и синтеза моделей систем управления в своей предметной области.
Все это будет способствовать достижению следующих компетенций:
владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);
способен осваивать методики использования программных средств для решения практических задач (ПК-2).
4. Структура и содержание дисциплины Основы теории управления.
Общая трудоемкость дисциплины составляет _4__ зачетных единицы _144__ час.
| Вид учебной работы | Всего часов |
| Общая трудоемкость дисциплины | 144/4 ЗЕТ |
| Аудиторные занятия | 68 |
| - лекции | 34 |
| - практические занятия | 18 |
| - лабораторные работы | 16 |
| - другие виды аудиторных занятий | - |
| Самостоятельная работа | 27 |
| Курсовой проект (работа) | - |
| Контроль самостоятельной работы | 17 |
| Аттестация | 32 Экзамен |
| № п/п | Раздел Дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам) | |||
| Лек-ции | Практ. зан. | Лаб. раб. | СРС | |||||
| 1 | Введение. Основные понятия системотехники. Понятие управления. Классификация систем управления. Задачи и математические модели теории управления. | 6 | 1-2 | 4 | | | | Консультация |
| 2 | Описание моделей систем управления в функциональном пространстве: дифференциальные уравнения, передаточные функции, временные и частотные характеристики. | 6 | 3-4 | 4 | 2 | | | Консультация |
| 3 | Описание моделей систем управления в пространстве состояний: дифференциальные уравнения в форме Коши, передаточные функции, временные характеристики. Линейные модели и их формы: модели «вход-выход», модели с раскрытой структурой | 6 | 5-6 | 4 | 2 | 4 | | Защита практ. занятий |
| 4 | Линейные модели и их формы: структурные и сигнальные графы. Структурные методы теории управления: преобразования в моделях «вход-выход». | 6 | 7-8 | 4 | 2 | 4 | | Защита лаб. работ |
| 5 | Структурные методы теории управления: преобразования в моделях в пространстве состояний. Типовые звенья систем управления: состав, средства описания. Элементарные звенья. | 6 | 9-10 | 4 | 2 | | | Прием домашнего задания Защита практ. занятий Промежуточный рейтинг |
| 6 | Типовые звенья систем управления: звенья первого и второго порядка. | 6 | 11-12 | 4 | 2 | 4 | | Защита лаб. работ |
| 7 | Основные свойства систем управления: устойчивость, алгебраические и частотные критерии устойчивости | 6 | 13-14 | 4 | 2 | 4 | | Защита практ. занятий |
| 8 | Основные свойства систем управления: инвариантность, чувствительность, качество управления, управляемость и наблюдаемость систем | 6 | 15-16 | 4 | . 2 | | | Защита лаб. работ |
| 9 | Синтез систем управления: понятие и задачи синтеза, обеспечение заданных характеристик систем. Коррекция систем: содержание задачи, коррекция методом логарифмических амплитудных частотных характеристик. | 6 | 17 | 4 | 2 | | 2 | Защита практ. занятий Итоговый рейтинг Экзамен |
5. Образовательные технологии
Основная образовательная технология − стандартная, включающая лекции, лабораторные работы, практические и рейтинговые занятия, а также самостоятельное изучение студентами учебного материала.
Лекционная часть курса включает в себя следующие компоненты системы знаний учебной дисциплины: понятийный аппарат (тезаурус курса), теоретические утверждения, разъяснения и комментарии. Технология обучения предусматривает систематическое обновление содержания лекционной части курса.
Лабораторные работы посвящены наиболее важным с понятийной точки зрения, а практические занятия – основным разделам дисциплины и дают возможность в совокупности качественного освоения теоретических положений и получения практических навыков анализа и синтеза систем управления. Домашние задания к практическим занятиям и лабораторные работы выполняются с применением современных информационных, компьютерных технологий. При этом используются программные системы уровня Matlab.
Часть программного материала выносится для самостоятельного внеаудиторного изучения с последующим текущим или итоговым контролем знаний на занятиях или экзамене.
Контроль СРС и оценка ее результатов организуется как самоконтроль (самооценка) студента, а также как контроль и оценка со стороны преподавателя, например в ходе собеседования в время консультации либо специального занятия. Баллы, полученные по СРС студентом, обязательно учитываются при итоговой аттестации по курсу.
Формы контроля СРС включают: тестирование; устную беседу по теме с преподавателем; выполнение индивидуального задания; участие в СНТК и др. Роль студента в СРС − самостоятельно организовывать свою учебную работу по предложенному преподавателем, методически обеспеченному плану. СРС по курсу учитывает индивидуальные особенности слушателей и включает не только задания, связанные с решением типовых задач, но также творческие задания, требующие самостоятельно «добывать» знания из разных областей, группировать и концентрировать их в контексте конкретной решаемой задачи. Технология обучения предусматривает выработку навыков презентации результатов выполненного индивидуального задания и создание условий для командной работы над комплексной темой с распределением функций и ответственности между членами коллектива. Оценка результатов выполнения индивидуального задания осуществляется по критериям, известным слушателям, отражающим наиболее значимые аспекты контроля за выполнением этого вида работ.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
6.1. Лабораторные работы
В рамках дисциплины проводятся 4 лабораторные работы в объеме 16 часов.
Тематика лабораторных работ:
1. «Знакомство со средствами исследования систем управления в среде Matlab»;
2. «Знакомство с инструментарием приложения Simulink»;
3. «Изучение типовых звеньев систем управления»;
4. «Исследование основных свойств систем управления»;
6.2. Практические занятия
В рамках дисциплины проводятся 9 практических занятия в объеме 18 часов.
Тематика практических занятий:
1. Методы решения дифференциальных уравнений.
2. Операторный метод решения дифференциальных уравнений. Передаточная функция. Временные характеристики.
3. Частотные характеристики элементов систем управления. Логарифмические частотные характеристики.
4. Структурные преобразования систем управления. Передаточные функции систем управления.
5. Математические модели САУ в пространстве состояний.
6. Устойчивость систем управления.
7. Чувствительность и показатели качества систем управления.
8. Элементы синтеза систем управления.
9. Коррекция систем управления.
6.3. Дидактические тесты рубежного контроля
Для оценки уровня теоретических и практических знаний используется тестирование. Для оценки уровня теоретических и практических знаний используется тест, оцениваемый по шкале от 9 до 20 баллов.
Примеры вопросов теста представлены ниже.
1. Совокупность элементов отличается от системы:
1.Отсутствием цели
2.Наличием причинно-следственных связей между элементами
3.Эмерджентностью
4.Иерархичностью структуры
2. К звеньям первого порядка относятся звенья:
1.Чистого запаздывания
2.Изодромное
3.Пропорциональное
4.Консервативное
3. К системам, работающим с участием человека, относят системы управления…
1.С ручным управлением
2.Механизированные
3.Автоматизированные
4.Автоматические
4. Классификация систем управления по типу сигнала отражает…
1.Принципы управления
2.Формы представления информации в системе
3.Формы представления закона управления
4.Формы представления информации для принятия решения по управлению системой
5. Под законом регулирования в системах управления понимается…
1.Тип используемого алгоритма управления
2.Способ формирования сигнала управления
3.Способ определения ошибки рассогласования закона управления и управляемого сигнала
4.Закон изменения параметров объекта управления во времени.
Всего в тесте около 220 вопросов, для оценки используется случайная выборка из 10 вопросов. На ответ по каждому вопросу выделяется 90 секунд.
Тест проводится из расчета 1 час на академическую группу в лаборатории, оборудованной персональными компьютерами, объединенными локальной сетью.
6.4.Самостоятельная работа студентов
Индивидуальные задания по практическим занятиям; индивидуальные домашние задания по самостоятельной работе с последующей защитой, рейтинговое компьютерное тестирование.
В рамках самостоятельной работы студентам предлагается развить отдельные вопросы тематики дисциплины. К таким вопросам относятся:
- Методы получения дифференциальных уравнений электрических систем.
- Методы решения дифференциальных уравнений.
- Преобразование Лапласа.
- Преобразование Фурье
- Методы синтеза систем управления
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля)
а) основная литература:
1. Гайдук А.Р. Теория автоматического управления. Учебник. М.: Высшая школа, 2010.
2. Методы классической и современной теории автоматического управления. Учебник в 3-х томах. М., под ред. Н.Д. Егупова, изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000 г.
3. Е.П. Попов. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М. Наука. 1978.
б) дополнительная литература:
4. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов/С.Е. Душин, Н.С.Зотов, Д.Х. Имаев и др. Под ред. В.Б. Яковлева. – М.: Высшая школа, 2003.
5. Л.Н. Иващенко. Автоматическое регулирование. М. Машиностроение.1973.
6. Л.П. Смольников, Ю.А. Бычков, Н.В. Гудкова. Расчет систем управления. Л. Энергия. 1979.
7. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления/Пер. с англ. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2002.
8. Гайдук А.Р. Теория автоматического управления. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004.
9. Теория автоматического регулирования: Учеб. пособие для вузов/Востриков А.С., Французова Г.А. – М.: Высшая школа, 2004.
10. Чернов Н.И. Основы теории управления линейными автоматическими системами. Учебное пособие. Таганрог: изд-во ТРТУ, 2011.
11. Соловьев В.В., Чернов Н.И. Основы теории управления линейными автоматическими системами. Практикум. Таганрог: изд-во ТРТУ, 2011.
12. Чернов Н.И. Основы теории управления линейными автоматическими системами. Сборник лабораторных работ. Таганрог: изд-во ТРТУ, 2011.
Все необходимые учебно-методические материалы, представлены на личных страницах автора в сети ссылка скрыта, а также на сайте www.sau.favt.tsure.ru.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лекционные и практические занятия должны проводиться в аудиториях, оснащенных интерактивной доской типа SmartBoard (или иным аналогичным по функциональному назначению оборудованием с возможностью подключения ноутбука и удаленным Wi-Fi доступом). Лабораторные занятия проводятся в аудиториях, оснащенных современными персональными компьютерами, лицензионным программным обеспечением, офисными системами, средой MatLab, мультимедийным проектором и экраном.
Они соответствуют содержанию рабочей программы курса, целям учебных модулей и направлены на обеспечение одной и той же образовательной среды, как в учебных аудиториях, так в общежитии или дома на персональном компьютере.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки 230100 «Автоматизированные информационно-управляющие системы и комплексы».
Автор: д.т.н., проф.. САУ, Чернов Н.И.
Зав. кафедрой: д.т.н., проф. Финаев В.И.
Программа одобрена на заседании УМК ФАВТ от 20.01.2011 года, протокол № 1.