Программа дисциплины для студентов дисциплины " Теория линейных систем автоматического регулирования " для специальности 050702 Автоматизация и управление
| Вид материала | Программа дисциплины |
- Программа вступительного экзамена по приему в магистратуру по специальности 6М070200, 225.94kb.
- Учебная программа профилирующей дисциплины теория автоматического управления, 36.13kb.
- Программа учебной дисциплины «Теория линейных систем» Специальности 071500, 013900, 64.99kb.
- Рабочая программа дисциплины «Теория автоматического управления» для студентов специальности, 126.16kb.
- Рабочей программы дисциплины Теория автоматического управления по направлению подготовки, 19.98kb.
- Программа наименование дисциплины Теория автоматического управления Рекомендуется для, 218.73kb.
- Программа дисциплины Форма для студентов ф со пгу 18. 2/07 Министерство образования, 562.04kb.
- Образовательная программа по специальности 140306 «Электроника и автоматика физических, 109.2kb.
- Программа вступительного экзамена по специальности 05. 13. 06 " автоматизация и управление, 128.46kb.
- Программа-минимум по специальности 05. 13. 06 «Автоматизация и управление технологическими, 83.57kb.
| Программа дисциплины для студентов |  | Форма Ф СО ПГУ 7.18.2/07 |
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Кафедра Автоматизации и управления
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ
дисциплина Теория линейных систем автоматического регулирования
специальности 050702 – Автоматизация и управление
Павлодар
| Лист утверждения к программе дисциплины для студентов | | Форма Ф СО ПГУ 7.18.2/11 |
УТВЕРЖДАЮ
Декан энергетического факультета
____________ Кислов А.П.
«____»______________200_г.
Составитель: профессор, д.т.н. _____________ Бороденко В.А.
Кафедра Автоматизации и управления
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
дисциплины "Теория линейных систем автоматического регулирования"
для специальности 050702 – Автоматизация и управление
Программа разработана на основании рабочей учебной программы,
утвержденной " __ " _______ 200_ г.
Рекомендована на заседании кафедры 29.08.2007 г.
Протокол № 1
Заведующий кафедрой _________ Хацевский В.Ф.
Одобрена методическим советом Энергетического факультета
01.09.2006 г. Протокол № 15.
Председатель МС _________ Кабдуалиева М.М.
СОГЛАСОВАНО
Заведующий кафедрой _________ Хацевский В.Ф.
" 29 " августа 2007 г.
Теория линейных систем
автоматического регулирования
Кафедра Автоматизации и управления.
Энергетический факультет.
Профессор, д.т.н. Бороденко Виталий Анатольевич (лекционные и практические занятия).
Приемные часы: четверг с 14.30 до 15.00 часов, кабинет А-333.
Ассистент, м.т.н. Жантлесова Асемгуль Бисимбаевна (лабораторные занятия).
Приемные часы: пятница с 10.00 до 15.00.
Данные о дисциплине:
Название: «Теория линейных систем автоматического регулирования».
Количество часов – 135.
Курс читается в 5 семестре.
В течение 5 семестра предусмотрено 18 часов лекционных, 18 часов практических, 18 часов лабораторных, 81 час самостоятельных занятий.
Место проведения занятий - согласно расписанию.
Форма контроля по дисциплине - экзамен.
Пререквизиты:
Для изучения дисциплины необходимо знание предметов:
- Физика - разделы: Электричество. Магнетизм;
- Математика - разделы: Решение дифференциальных уравнений. Функции комплексных переменных. Показательные функции. Численные методы решения дифференциальных уравнений. Преобразование Фурье-Лапласа. Действия с векторами и матрицами;
- Информатика - разделы: Программирование. Методы решения систем уравнений на ЭВМ. Прикладное программное обеспечение. MS Office.
Цели изучения дисциплины:
Целью преподавания ТЛСАР является подготовка высококвалифицированного специалиста, глубоко знающего основы теории автоматического управления и умеющего выполнять расчетные работы по созданию и внедрению в эксплуатацию автоматических систем с широким использованием средств современной компьютерной техники.
В результате изучения дисциплины студенты должны знать:
- роль и место автоматических систем в задачах автоматизации технических объектов и производств;
- историю развития дисциплины;
- основные принципы и схемы автоматического управления, основные типы систем автоматического управления (САУ), их математическое описание и основные задачи исследования;
- роль, содержание и методы линейной теории систем; методы пространства состояний и комплексной области;
- фундаментальные математические основы анализа процессов в линейных системах, в частности, методы линейной алгебры, теории матриц, дифференциальных уравнений, интегральных преобразований и теории функции комплексного переменного.
В результате изучения дисциплины студенты должны уметь:
- применять математические методы для анализа общих свойств линейных систем, на этой основе владеть методами анализа и синтеза линейных систем автоматического управления;
- выполнять расчетные работы по анализу устойчивости и качества систем, синтезу параметров и корректирующих звеньев по заданным требованиям к качеству функционирования систем.
Список основной и дополнительной литературы
Основная литература
1 Ерофеев А.А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Политехника, 2005. – 302 с.
2 Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы. – СПб.: Питер, 2005. – 336 с.
3 Бороденко В.А. Практический курс теории линейных систем автоматического регулирования. – Павлодар : Изд-во ПГУ, 2007. – 260 с.
4 Бороденко В.А. Теория автоматического управления. Лабораторный практикум. – Павлодар : Изд-во ПГУ, 2004. – 15 с.
Дополнительная литература
5 Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления: Под ред. В.А. Бесекерского. – 5-е изд. – М.: Наука, 1978. – 512 с.
6 Электрические системы. Математические задачи электроэнергетики: Учебник для студентов вузов / Под ред. В.А. Веникова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1981. – 288 с.
Компоненты курса
Перечень практических занятий
Тема 1. Составление функциональных схем по принципиальным схемам САР.
Тема 2. Математическое описание САР.
Тема 3. Типовые звенья САР.
Тема4. Основные правила составления и преобразования структурных схем и определение передаточных функций систем.
Тема 5. Построение логарифмических частотных характеристик звеньев и систем.
Тема 6. Исследование устойчивости стационарных линейных САУ.
Тема 7. Определение переходных процессов с помощью обратного преобразования Лапласа.
Тема 8. Построение графика переходного процесса по вещественным частотным характеристикам системы (методы трапеций и треугольников).
Тема 9. Методы оценки качества регулирования линейных систем.
Тема 10. Синтез корректирующих устройств по логарифмическим амплитудно-частотным характеристикам.
Перечень лабораторных занятий
Тема 1. Исследование временных характеристик фильтра.
Тема 2. Исследование частотных характеристик фильтра.
Тема 3. Исследование устойчивости по критерию Михайлова.
Тема 4. Выбор параметров регулятора методом D-разбиения.
Тема 5. Коррекция системы методом корневого годографа.
Тема 6. Исследование прямых оценок качества регулирования.
Тема 7. Оценка запасов устойчивости системы регулирования.
| Тематический план дисциплины | | Форма Ф СО ПГУ 7.18.2/07 | ||||||
| | Тематический план дисциплины | | ||||||
| | Очная форма обучения на базе ОСО | | ||||||
| | № | Наименование тем | Количество часов | | ||||
| | пп | | лек. | прак. | лаб | СРС | | |
| | 1 | Автомат. системы и задачи теории управления и регулирования | 3 | 3 | 3 | 6 | | |
| | 2 | Модели, основы анализа и общие свойства стационарных непрерывных линейных систем | 3 | 3 | 3 | 10 | | |
| | 3 | Критерии и области устойчивости обыкновенных непрерывных стационарных систем | 3 | 3 | 3 | 10 | | |
| | 4 | Переходные процессы и качество непрерывных стационарных систем управления | 3 | 3 | 3 | 10 | | |
| | 5 | Системы с запаздыванием и распределенными параметрами | 3 | 3 | 3 | 10 | | |
| | 6 | Обеспечение устойчивости, повышение качества регулирования и синтез линейных САУ | 3 | 3 | 3 | 10 | | |
| | | Курсовая работа | - | - | - | 25 | | |
| | ИТОГО по дисциплине | 18 | 18 | 18 | 81 | | ||
Содержание теоретического курса
Тема 1. Автоматические системы и задачи теории управления и регулирования
Управление и регулирование в технике, объекты и системы автоматического управления (САУ). Принципы построения САУ. Функциональное описание САУ и их элементов. Классификация САУ по назначению и принципам работы. Системы стабилизации, программного управления и следящие системы.
Статические и динамические модели САУ и их звеньев. Дальнейшая классификация САУ по их свойствам и математическому описанию: обыкновенные системы и системы с распределенными параметрами, непрерывные и дискретные, детерминированные и стохастические, одномерные и многомерные, линейные и нелинейные, оптимальные и адаптивные системы.
Тема 2. Модели, основы анализа и общие свойства стационарных непрерывных линейных систем
Стационарные линейные системы, модели временной области, линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами в нормальной форме Коши.
Модели комплексной области. Передаточные функции. Матрица передаточных функций как матрица линейного преобразования «вход-выход» в изображениях. Матрица передаточных функций системы, заданной в нормальной форме Коши. Присоединенная матрица и характеристический полином системы.
Структурные схемы и графы стационарных систем. Одномерные и многомерные звенья. Структурные схемы. Одноконтурные, многоконтурные и многосвязные системы. Структурные графы. Правила преобразования структурных схем и графов. Векторно-матричное описание многомерных и многосвязных систем.
Анализ процессов в стационарных линейных системах. Задача исследования процесса по его изображению. Устойчивость стационарных систем. Динамические характеристики стационарных САУ. Весовые (импульсные переходные) и единичные переходные функции. Реакция на гармонические воздействия. Частотные характеристики. Минимально-фазовые звенья. Типовые динамические звенья.
Тема 3. Критерии и области устойчивости обыкновенных непрерывных стационарных систем
Условия устойчивости линейных САУ. Алгебраические критерии устойчивости. Принцип аргумента и частотные критерии устойчивости. Критерии Михайлова и Найквиста. Запасы устойчивости. Критический коэффициент усиления. Метод логарифмических амплитудно-фазовых частотных характеристик.
Области устойчивости в пространстве параметров. Д-разбиение по одному и двум параметрам. Основная кривая и особые прямые. Выделение области устойчивости.
Тема 4. Переходные процессы и качество непрерывных стационарных систем управления
Переходный процесс в одноконтурной САУ. Прямые оценки качества САУ. Время нарастания и регулирования процессов, колебательность и перерегулирование. Косвенные критерии. Частотные и алгебраические методы исследования переходного процесса. Численные методы расчета переходного процесса.
Точность и показатели точности одноконтурных систем управления. Переходная и установившаяся ошибки. Статические и астатические системы. Формулы разложения установившейся ошибки, коэффициенты ошибок.
Интегральные критерии качества. Линейные и квадратические интегральные функционалы как критерии качества переходного процесса. Методы их вычисления.
Частотные критерии оценки качества системы. Полоса пропускания, показатель колебательности и резонансная частота. Построение частотных характеристик замкнутой системы. Частотные характеристики и свойства переходного процесса. Свойство масштабов временной и частотной области. Оценка показателя колебательности.
Приближенные методы построения кривой переходного процесса по частотным характеристикам замкнутой САУ.
Тема 5. Системы с запаздыванием и распределенными параметрами
Системы с запаздыванием, модели временной и комплексной области, методы анализа. Характеристический квазиполином, распределение его нулей и асимптотические свойства системы. Методы анализа устойчивости. Критическое запаздывание. Методы анализа переходных процессов и качества систем с запаздыванием. Методы компенсации влияния запаздывания.
Системы с распределенными параметрами. Модели временной области, дифференциальные уравнения в частных производных, краевые и начальные условия. Длинная электрическая линия как звено системы. Другие примеры. Передаточные функции систем с распределенными параметрами. Особенности исследования устойчивости и точности систем с распределенными параметрами.
Тема 6. Обеспечение устойчивости, повышение качества регулирования и синтез линейных САУ
Способы и средства улучшения свойств линейных САУ. Корректирующие устройства. Преобразовательные элементы. Повышение точности в установившихся режимах. Компенсация внешнего воздействия. Обеспечение инвариантности. Комбинированное управление. Обеспечение устойчивости и повышение запаса устойчивости.
Выбор параметров и синтез корректирующих устройств по корневым годографам. Синтез корректирующих устройств по логарифмическим амплитудно-частотным характеристикам.
Содержание СРС
| № | Вид СРС | Форма отчетности | Вид контроля | Объем в часах |
| 1 | Подготовка к лекционным занятиям | | Участие на занятии | 10 |
| 2 | Подготовка к практическим занятиям | Рабочая тетрадь | Участие на занятии | 13 |
| 3 | Подготовка к лабораторным работам | Отчет к ЛР | Защита ЛР | 13 |
| 4 | Выполнение разделов курсовой работы | ПЗ к КР | Защита КР | 25 |
| 5 | Подготовка к контрольным мероприятиям | | РК1 – РК4, тестирование | 10 |
| 6 | Подготовка к экзамену | | Сдача экзамена | 10 |
| Всего | 81 | |||
Политика курса.
Каждый студент должен посещать все виды занятий, активно участвовать в обсуждениях и работе группы. Опоздания на любые виды аудиторных занятий мешают их нормальному проведению, поэтому опоздавшие более чем на 5 минут, не отмечаются как присутствующие на занятиях. Прочие нарушения правил поведения на занятиях будут наказываться, вплоть до удаления из аудитории.
За неоднократное невыполнение заданий, неучастие в тестах или занятиях предусмотрены штрафные санкции в виде вычитания баллов, количество которых равно числу баллов, установленных по данному виду занятий.
Подготовка к каждому занятию обязательна, также как прочтение всего заданного материала. Она будет проверяться опросами во время практических занятий и тестами после изучения соответствующего раздела дисциплины.
Виды текущего контроля: У – участие в учебном процессе, П – выполнение практических работ, О – отчет по работе, РК – рубежный контроль.
При отсутствии обучаемого по какой-либо причине во время проведения контрольного мероприятия оно дополнительно не проводится.
Подготовка к каждому занятию обязательна, также как прочтение всего заданного материала. Ваша подготовка будет проверяться опросами во время практических занятий и контрольными работами после изучения соответствующего раздела дисциплины (рубежный контроль - РК).
В семестре предусмотрен ежемесячный рубежный контроль по пройденному материалу соответствующих разделов дисциплины.
Методика расчета итогового рейтинга по дисциплине.
Итоговый контроль по дисциплине в соответствии с рабочим учебным планом предусмотрен в виде зачета. Ученым советом университета установлены следующие весовые доли по видам итогового контроля и текущей успеваемости.
Весовые доли по видам итогового контроля и текущей успеваемости
| Обозначение | Вид контроля | Весовая доля |
| ВДЗ | Экзамен | 0,4 |
| ВДКР | Курсовая работа | 0,3 |
| ВДТУ | Контроль текущей успеваемости | 0,3 |
Календарный график контрольных мероприятий текущей успеваемости
| 1 рейтинг (5 семестр) | Всего | ||||||||||
| Недели | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
| Максимальный балл за неделю | 6 | 6 | 12 | 6 | 20 | 12 | 6 | 6 | 26 | 100 | |
| Посещение и подготовка к лекциям | Вид СРС | | | | | | | | | | 18 |
| Форма контроля | У | У | У | У | У | У | У | У | У | ||
| Макс. балл | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | ||
| Посещение и подготовка к практическим занятиям | Вид СРС | | | | | | | | | | 36 |
| Форма контроля | У | У | У | У | У | У | У | У | У | ||
| Макс. балл | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | ||
| Выполнение и защита лабораторных работ | Вид СРС | | | | | | | | | | 18 |
| Форма контроля | | | З | | | З | | | З | ||
| Макс. балл | | | 6 | | | 6 | | | 6 | ||
| Текущий контроль знаний по темам курса | № тем | | | | | 1 | | | | 1 | 28 |
| Форма контроля | | | | | РК1 | | | | РК2 | ||
| Макс. балл | | | | | 14 | | | | 14 | ||
| 2 рейтинг (5 семестр) | Всего | ||||||||||
| Недели | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||
| Максимальный балл за неделю | 6 | 6 | 12 | 20 | 6 | 12 | 6 | 20 | 12 | 100 | |
| Посещение и подготовка к лекциям | Вид СРС | | | | | | | | | | 18 |
| Форма контроля | У | У | У | У | У | У | У | У | У | ||
| Макс. балл | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | ||
| Посещение и подготовка к практическим занятиям | Вид СРС | | | | | | | | | | 36 |
| Форма контроля | У | У | У | У | У | У | У | У | У | ||
| Макс. балл | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | ||
| Выполнение и защита лабораторных работ | Вид СРС | | | | | | | | | | 18 |
| Форма контроля | | | З | | | З | | | З | ||
| Макс. балл | | | 6 | | | 6 | | | 6 | ||
| Текущий контроль знаний по темам курса | № тем | | | | 2 | | | | 2 | | 28 |
| Форма контроля | | | | РК3 | | | | РК4 | | ||
| Макс. балл | | | | 14 | | | | 14 | | ||
Итоговый рейтинг по дисциплине в баллах определяется по формуле
,где Р1, Р2, КР, Э – соответственно баллы, набранные по итогам первого и второго рейтинга, защиты курсовой работы и на экзамене, определяемые по 100-бальной шкале;
ВДТУ, ВДКР, ВДЭ – весовые доли текущей успеваемости в течение семестра и видов итогового контроля в итоговом рейтинге по дисциплине.
Итоговый рейтинг по дисциплине в баллах (И) переводится в цифровой эквивалент, буквенную и традиционную оценку и вносится в «Журнал учебных достижений обучающихся» и «Рейтинговую ведомость».
Шкала оценки знаний обучающихся
| Итоговая оценка в баллах (И) | Цифровой эквивалент баллов (Ц) | Оценка в буквенной системе | Оценка по традиционной системе | |
| Экзамен, диф. зачет | Зачет | |||
| 95-100 | 4 | А | Отлично | Зачтено |
| 90-94 | 3,67 | А- | ||
| 85-89 | 3,33 | В+ | Хорошо | |
| 80-84 | 3,0 | В | ||
| 75-79 | 2,67 | В- | ||
| 70-74 | 2,33 | С+ | Удовлетворительно | |
| 65-69 | 2,0 | С | ||
| 60-64 | 1,67 | С- | ||
| 55-59 | 1,33 | D+ | ||
| 50-54 | 1,0 | D | ||
| 0-49 | 0 | F | Неудовлетворительно | Не зачтено |
В ведомость промежуточной аттестации и зачетную книжку проставляется итоговая оценка в традиционной форме.
В случае, если обучающийся получил на экзамене оценку F, его итоговый рейтинг по дисциплине не определяется, а в ведомость заносится оценка «неудовлетворительно».