Учебно-методический комплекс для специальности

Вид материала

Учебно-методический комплекс

Содержание Цель и задачи дисциплины Распределение часов по темам и видам учебных занятий Итого аудиторных часов Содержание курса Раздел 2. Инвариантность и чувствительность систем управления Раздел 3. Математические модели объектов и систем управления Раздел 6. Программная реализация алгоритмов управления в цифровых системах Рекомендуемая литература Перечень вопросов к зачету Календарный план лекционных занятий Количество аудиторных часов Календарный план лабораторных занятий Количество аудиторных часов Пробные тесты Методические рекомендации по изучению Несколько практических советов

Подобный материал:

• Б. В. Мартынов учебно-методический комплекс по дисциплине «логистика» для студентов, 1097.34kb.
• Л. Л. Гришан Учебно-методический комплекс по дисциплине «Аудит» Ростов-на-Дону, 2010, 483.53kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине Сети ЭВМ и телекоммуникации (наименование, 743.2kb.
• О. А. Миронова Учебно-методический комплекс дисциплины «международная торговля» Ростов-на-Дону, 727.71kb.
• А. Б. Тазаян Учебно-методический комплекс дисциплины "Философия права" (для студентов, 524.1kb.
• Е. С. Прокопенко учебно-методический комплекс по дисциплине «антикризисное управление», 589.33kb.
• О. А. Миронова Учебно-методический комплекс дисциплины «основы международного бизнеса», 782.97kb.
• Учебно-методический комплекс для студентов специальности "Менеджмент организации", 1323.36kb.
• Учебно-методический комплекс Для специальности: 080401 Товароведение и экспертиза товаров, 1272.71kb.
• Учебно-методический комплекс для студентов специальности 030501 «Юриспруденция» очной, 674.44kb.

Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Астраханский государственный университет»

в г. Знаменске Астраханской области


«УТВЕРЖДАЮ»

Директор филиала ФГБОУ ВПО АГУ

в г. Знаменске Астраханской области

__________________В.Н.Крамаренко


Дисциплина блока общепрофессиональные дисциплины

(название блока учебного плана)


Компонент федеральный


Кафедра математики и информатики

(название кафедры)


Основы теории управления

(дисциплина)

учебно-методический комплекс


для специальности

230201.65 Информационные системы и технологии (Знаменск)

(название специальности/ей)


3

(номер курса)


Автор- составитель:

Кобзарь А.А.

(ФИО авторов)

e-mail:

znamensk@aspu.ru

(адрес электронной почты)

Основы теории управления

(название дисциплины)


учебно-методический комплекс


Автор составитель

к.т.н. Кобзарь А.А.

(звание, ФИО)


Ответственный редактор

Зав. кафедрой математики и информатики,

д.т.н., профессор, Лобейко В.И.

(звание, ФИО)


учебно-методический комплекс обсужден

на заседании кафедры математики и информатики

Протокол № 16 от 30.08.2011 г.


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цель и задачи дисциплины

Дисциплина "Основы теории управления" имеет цель научить студентов основным принципам функционирования, анализа и синтеза систем управления различными техническими устройствами, лежащими в основе построения экономических, биологических, общественных и других систем.

В результате изучения дисциплины студенты должны

иметь представление:

• об общих принципах системной организации
  
• об истории и методологии теории управления;
  
• о фундаментальных принципах управления и основных видах алгоритмов функционирования систем управления;
  
• об измерительных, усилительных и исполнительных элементах автоматических систем;
  

• об устойчивых и неустойчивых системах управления;
  

• о принципах построения современных систем автоматического управления (в том числе цифровых);
  
• об использовании микропроцессоров и микро-ЭВМ в технических системах управления
  

знать:

• основные понятия и определения теории управления;
  
• общую характеристику и классификацию систем автоматического управления;
  
• характеристики типовых динамических звеньев;
  
• особенности математического описания цифровых систем управления
  
• способы построения структурных схем динамических элементов;
  
• способы определения передаточных функций систем управления;
  
• методы анализа устойчивости систем управления;
  
• методы оценки качества систем управления;
  
• методы синтеза систем управления;
  

уметь:

• составлять дифференциальные уравнения типовых звеньев систем управления;
  
• определять передаточные функции разомкнутых и замкнутых систем управления;
  
• проводить анализ устойчивости систем управления;
  
• делать оценку качества систем управления;
  
• проводить анализ и синтез систем управления с ЭВМ в качестве управляющего устройства;
  

иметь навыки:

• построения структурных схем систем управления;
  
• определения передаточных функций разомкнутых и замкнутых систем управления;
  
• проведения исследования устойчивости систем управления с помощью алгебраических критериев и частотных характеристик;
  
• проведения синтеза корректирующих устройств с целью улучшения качества процесса регулирования;
  
• составления программных алгоритмов управления в цифровых системах.
  

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО ТЕМАМ И ВИДАМ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ

Наименование тем	Количество аудиторных часов
	Всего
		Лек	Сем	Лаб	Сам
1	2	3	4	5	6
Раздел 1. Управление и информатика	2	2			4
Раздел 2. Инвариантность и чувствительность систем управления	8	4		4	2
Раздел 3. Математические модели объектов и систем управления	8	4		4	2
Раздел 4. Формы представления моделей	8	4		4	4
Раздел 5. Использование микропроцессоров и микро-ЭВМ в системах управления	6	2		5	4
Раздел 6. программная реализация алгоритмов управления в цифровых системах	4	1			1
Итого аудиторных часов	34	17		17	34
Количество часов самостоятельной работы студентов	34
Всего часов	68

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

Раздел 1. Управление и информатика

Основные понятия: объект управления, сигнал управления, управляющее воздействие, возмущающее воздействие, устройство управления, управляемая (регулируемая) величина. Термины и определения теории автоматического управления.

Фундаментальные принципы управления: разомкнутые и замкнутые системы, системы с обратной связью; управление по возмущению и по отклонению. Сигнал рассогласования (ошибки).

Раздел 2. Инвариантность и чувствительность систем управления

Критерий устойчивости Гурвица, Михайлова, Найквиста. Показатели качества переходного процесса: точность, характер переходного процесса и частотные свойства.

Корневые методы. Оценка качества процесса по распределению корней характеристического уравнения. Метод корневого годографа.

Частотные методы. Связь между переходным процессом и вещественной характеристикой. Построение вещественной ЧХ по логарифмическим частотным характеристикам разомкнутой системы.

Интегральные оценки качества процесса.

Раздел 3. Математические модели объектов и систем управления Передаточная функция. Определение передаточной функции. Переход от дифференциального уравнения к передаточной функции. Обобщенная форма записи передаточной функции в виде дробно-рационального многочлена. Полиномы числителя и знаменателя передаточных функций и их порядки. Условие физической реализуемости системы по виду передаточной функции.

Переходная функция. Понятие и определение переходной функции. Обобщенное выражение для переходной функции как результат решения дифференциального уравнения. Виды переходных функций для систем первого и второго порядков.

Частотные характеристики. Амплитудная и фазовая частотные характеристики. Годограф частотной характеристики. Логарифмические частотные характеристики. Понятие о декаде и октаве.

Безынерционное звено. Инерционное звено. Интегрирующее звено. Колебательное звено. Идеальное дифференцирующее звено. Дифференцирующее звено первого порядка. Звено запаздывания.

Виды соединений звеньев: последовательное, параллельное и с обратной связью. Определение передаточных функций при различных видах соединения звеньев.

Передаточные функции разомкнутой и замкнутой систем. Связь между передаточными функциями разомкнутой и замкнутой систем.

Передаточные функции статических и астатических систем. Понятие о статической ошибке. Передаточная функция ошибки. Особенности астатических систем автоматики. Понятие о статизме системы. Определение порядка статизма системы.

Раздел 4. Формы представления моделей

Желаемая передаточная функция разомкнутой системы. Задачи синтеза САУ. Передаточные функции корректирующих устройств. Способы включения корректирующих устройств: последовательный, параллельный и с обратной связью.

Раздел 5. Использование микропроцессоров и микро-ЭВМ в системах управления

Анализ цифровых систем автоматического управления. Z-преобразование и дискретное преобразование Лапласа. Передаточные функции разомкнутой и замкнутой систем, их устойчивость, переходные процессы и оценка качества процессов.

Раздел 6. Программная реализация алгоритмов управления в цифровых системах

Экстремально регулирование. Оптимальное управление. Вариационные методы. Принцип максимума. Динамическое программирование. Адаптивные системы

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная литература

1. Востриков А.С. Теория автоматического регулирования. М: Высшая школа, 2006, 365 с.
   
2. Анхимюк В.Л., Опейко О.Ф., Михеев Н.Н. Теория автоматического управления. Дизайн ПРО, 2007, 362
   
3. Корнеев Н.В. Теория автоматического управления с практикумом. Учебное пособие. М: Академия, 2008 г., 224
   
4. Подчукаев В.А.: Теория автоматического управления (аналитические методы). М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006, 392 с.
   
5. Яковлев В.Б. Теория автоматического управления. М: Высшая школа, 2007. 567 с.
   
6. Ротач В.Я. Теория автоматического управления. МЭИ, 2006 г., 400 с.
   

Дополнительная литература

7. Бесекерский В.А., Цифровые автоматические системы. – М.: Наука, 2006.
   
8. Воронов А.А., Основы теории автоматического управления. – М.: Энергия, 2007.
   
9. Воронов А.А., Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. – М.: Наука, 2008.
   
10. Под ред Бесекерского В.А., Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления. – М.: Наука, 2008.
    
11. Попов Е.П., Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. – М.: Наука, 2008.
    
12. Попов Е.П., Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. – М.: Наука, 2009.
    
13. Солодовников В.В. и др., Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. – М.: Машиностроение, 2005.
    
14. Теория автоматического управления / Под ред. Нетушила А.В. – М.: Высшая школа, ч.1 1976, ч.2 2009
    
15. Теория автоматического управления / Под ред. Шаталова А.С. – М.: Высшая школа, 2007.
    
16. Топчеев Ю.И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования. Учеб. пособие для вузов. М.: Машиностроение, 2009.-752 с.
    
17. Цыпкин Я.З., Основы теории автоматических систем. – М.: Наука, 2007.
    
18. Математические основы теории автоматического регулирования / Под ред. Чемоданова Б.К. – М.: Высшая школа, ч.1,2. 2007.
    

Интернет-ресурсы

19. ссылка скрыта
    
20. ссылка скрыта
    
21. ссылка скрыта
    
22. c.ru/tools/lekcii/tau_kl/tau0.php">
    

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЗАЧЕТУ

1. Дать понятие процесса управления, объекта управления, устройств управления. Привести примеры.
   
2. Привести структурную и функциональную схемы САУ. Описать значения сигналов и устройств.
   
3. Дать общую классификацию САУ. Привести примеры
   
4. Описать работу стабилизирующих, следящих и программных САУ. Привести их структурные схемы. Описать назначение устройств и сигналов.
   
5. Описать работу адаптивных и неадаптивных САУ. Привести их структурные схемы. Описать назначение устройств и сигналов
   
6. Описать работу непрерывных и дискретных САУ. Привести их структурные схемы. Описать назначение устройств и сигналов
   
7. Дать понятие принципов управления (разомкнутого, по отклонению и по возмущению).
   
8. Дать понятие типовых входных воздействий(единичное, импульсное, гармоническое).
   
9. Описать реакцию САУ на каждое типовое воздействие.
   
10. Математическое описание САУ
    
11. Дать понятие передаточных функций разомкнутых, замкнутых систем и ошибки.
    
12. Дать понятие динамических характеристик САУ.
    
13. Дать понятие частотных характеристик САУ.
    
14. Дать понятие логарифмических координат. Построение логарифмических частотных характеристик.
    
15. Дать общую характеристику типовых звеньев САУ.
    
16. Дать общее понятие об устойчивости САУ. Определить показатели качества переходного процесса.
    
17. Определить основные положения критерия устойчивости Рауса – Гурвица.
    
18. Дать характеристику частотных методов устойчивости.
    
19. Правила структурных преобразований САУ.
    

Дать понятие законов управления. Рассмотреть их характеристики

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ

Порядковый номер	Содержание занятия	Количество аудиторных часов	Объем материала	Форма контроля	Задания для самостоятельной работы студентов
	Раздел 1. Управление и информатика	2 часа	1 [стр. 5-21], 2 [стр. 4-10], 5 [стр. 4-12]	Рейтинговый контроль (тест)
	Раздел 2. Инвариантность и чувствительность систем управления	2 часа	1 [стр. 26-44], 2 [стр. 24-36], 6 [стр. 12-27]	Рейтинговый контроль (тест)
	Раздел 3. Математические модели объектов и систем управления	2 часа	1 [стр. 45-64], 2 [стр. 41-55], 5 [стр. 33-48]	Рейтинговый контроль (тест)
	Раздел 4. Формы представления моделей	2 часа	2 [стр. 58-69], 4 [стр. 32-79], 5 [стр. 56-87]	Рейтинговый контроль (тест)
	Раздел 5. Использование микропроцессоров и микро-ЭВМ в системах управления	2 часа	1 [стр. 69-97], 2 [стр. 72-101], 4 [стр. 84-114], 5 [стр. 89-99]	Рейтинговый контроль (тест)
	Раздел 6. программная реализация алгоритмов управления в цифровых системах	4 часа	1 [стр. 100-126], 2 [стр. 102-134], 4 [стр. 115-129], 5 [стр. 100-144]	Рейтинговый контроль (тест)

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

Порядковый номер	Содержание занятия	Количество аудиторных часов	Объем материала	Форма контроля	Задания для самостоятельной работы студентов
1	Раздел 1. Управление и информатика	4 часа	Лекция 1, Лекция 2, Лекция 3	Отчет по лабораторной работе	Изучение теоретического материала по теме
2	Раздел 2. Инвариантность и чувствительность систем управления	4 часа	Лекция 4, Лекция 5	Отчет по лабораторной работе	Изучение теоретического материала по теме
3	Раздел 3. Математические модели объектов и систем управления	4 часа	Лекция 5, Лекция 6	Отчет по лабораторной работе	Изучение теоретического материала по теме
4	Раздел 4. Формы представления моделей	4 часа	Лекция 7	Отчет по лабораторной работе	Изучение теоретического материала по теме
5	Раздел 5. Использование микропроцессоров и микро-ЭВМ в системах управления	2 часа	Лекция 8	Отчет по лабораторной работе	Изучение теоретического материала по теме

ПРОБНЫЕ ТЕСТЫ

К методам синтеза оптимальных САУ можно отнести

1. динамические программирование
   
2. принцип максимума (Понтрягина)
   
3. поиск экстремума
   
4. метод градиента
   
5. метод наискорейшего спуска
   

Критерий оптимальности зависит от

1. траектории движения
   
2. времени движения
   
3. числа узлов
   
4. величины шага
   

Реакция звена на дельта-функцию называется ________________ функцией

1. переходной
   
2. импульсно - переходной
   
3. частотной
   
4. частотно - переходной
   
5. частотно - импульсной
   

Преобразование Лапласа для единичной функции

1. 1
   
2. p
   
3. 1/p
   

Выбрать правильный вариант ответа. Свойство устойчивости противоречиво свойству

1. управляемости
   
2. измеряемости
   
3. наблюдаемости
   

Области применимости критерия Гурвица

1. Системы невысокого порядка
   
2. Все параметры системы должны быть известны
   
3. Системы высокого порядка
   
4. Некоторые параметры системы могут быть не известны
   

Прямые методы анализа качества переходных процессов определяются по

1. переходной характеристике
   
2. весовой характеристике
   
3. амплитудно-фазовой характеристике
   
4. амплитудно частотной характеристике
   
5. фазочастной характеристике
   

Области применимости методов динамического программирования оптимальных САУ технические и экономические задачи, в которых связи между координатами, управлением и критерием оптимальности задаются в виде

1. аналитических зависимостей
   
2. экспериментальных графиков
   
3. таблиц численных данных
   

Описание математической модели объекта управления на этапе синтеза САУ осуществляется с помощью

1. Системы дифференциальных уравнений
   
2. Передаточных функции
   
3. Частотных характеристик
   
4. Переходных характеристик
   

При параллельной коррекции по вырожденным структурам для определения ЛАХ корректирующего звена, необходимо из ЛАХ

1. звеньев, не охваченных коррекцией, вычесть ЛАХ желаемую
   
2. желаемой вычесть ЛАХ звеньев, не охваченных коррекцией
   
3. звеньев, охваченных коррекцией, вычесть ЛАХ желаемую
   
4. желаемой вычесть ЛАХ звеньев, охваченных коррекцией
   

Для статических систем низкочастотный участок желаемой ЛАХ отстоит от оси частот на величину

1. 20lgK
   
2. 40lgK
   
3. 60lgK
   

Наклон среднечастотной части желаемой ЛАХ должен составлять

1. 20lgK
   
2. 40lgK
   
3. 60lgK
   
4. -20lgK
   
5. -40lgK
   
6. -60lgK
   

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ

ДИСЦИПЛИНЫ И ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ

РАБОТЫ СТУДЕНТОВ


Самостоятельная работа студентов – совокупность всей самостоятельной деятельности обучаемых как в отсутствие преподавателя, так и в контакте с ним, в учебной аудитории и за ее пределами (в том числе и в ходе учебных занятий). При изучении данной дисциплины целесообразно использовать следующие формы учебной работы:

- обзорные лекции;

- самостоятельная работа студентов с учебной и методической литературой;

- выполнение контрольных заданий (упражнений, тестов, задач).

Планируя время на изучение дисциплины, студентам можно руководствоваться предложенным учебно-методическим планом, где указано распределение времени, отведенного на изучение дисциплины, между лекциями, семинарами и самостоятельной подготовкой.

В ходе самостоятельной работы студентам необходимо разбираться с изучаемым вопросом, используя учебники (смотри список основной литературы) и материалы лекций. Для подготовки докладов к семинарским занятиям, или для углубления знаний по той или иной теме, целесообразно воспользоваться дополнительной литературой (смотри список дополнительной литературы). Учебники и другую литературу можно взять в библиотеке.

При подготовке докладов, сообщений можно воспользоваться Интернет-ресурсами. При этом следует обратить внимание на то, чтобы используемая информация была актуальна и достоверна.

При подготовке докладов следует выписывать полные ссылки из тех источников, которыми воспользовались. Это позволит преподавателю проверить качество выполненной работы.

Для проверки знаний можно использовать тестовые материалы или вопросы для самостоятельной подготовки, предложенные в УМК.

Для контроля усвоения данной дисциплины учебным планом предусмотрен зачет. Вопросы к зачету приведены в разделе «Контрольные вопросы по дисциплине в целом».


НЕСКОЛЬКО ПРАКТИЧЕСКИХ СОВЕТОВ:


Не старайтесь записать дословно все, что говорит преподаватель — это невозможно, да и не нужно. Если вы будете к этому стремиться, в ваших записях неизбежны недописанные' предложения, пропуски, а значит — нарушения логики изложения материала, которые сделают конспект бесполезным. Учитесь формулировать мысли кратко и своими словами, записывая только самое существенное.

Учитесь «на слух» отделять главное от второстепенного. Но это не означает, что записывать нужно только основные положения и определения, которые без примеров и иллюстраций могут впоследствии, при чтении конспектов, оказаться непонятными. Поэтому факты, которые приводит лектор, также лучше отмечать; иногда для этого бывает достаточно нескольких ключевых слов.

Записи должны быть сжатыми, логично связанными, представлять собой нечто вроде развернутого плана лекции.

Если в лекции предлагаются схемы, таблицы, чертежи, обязательно полностью заносите их в тетрадь, выполняя аккуратно и внимательно.

По ходу лекции преподаватель обычно отмечает те или иные мысли, положения, поэтому сразу делайте соответствующие смысловые выделения в ваших записях. Для этого можно использовать не только разные виды подчеркиваний (прямая, волнистая линии, пунктир и т. п.), разноцветные выделения, но и различные значки, например:! — «важно», ? — «проверить, уточнить», NB (nota bene) — «обратить внимание» и др.

Оставляйте в тетради поля, которые можно использовать в дальнейшем для уточняющих записей, комментариев, дополнений и т. п.

Используйте красную строку для выделения смысловых частей в записях.

Постарайтесь выработать свою собственную систему сокращения часто встречающихся слов или их замены определенными знаками. Это даст вам возможность меньше писать, больше слушать и думать.

Сразу после лекции постарайтесь просмотреть записи и по свежим следам восстановить пропущенное, дописать недописанное, завершить выделение существенных моментов.