Рабочая программа учебной дисциплины "теория автоматического управления" Цикл

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

РОССИЙСКО-ГЕРМАНСКИЙ ИНСТИТУТ БИЗНЕСА

И ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИКИ (ЦП МЭИ-ФЕСТО) ___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 220400 Управление в технических системах

Профиль подготовки:№ 1- Управление и информатика в технических системах

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ"

Цикл:	Профессиональный
Часть цикла:	Базовая
№ дисциплины по учебному плану:	ЦП МЭИ-Фесто:Б3.8
Часов (всего) по учебному плану:	310
Трудоемкость в зачетных единицах:	11	6 семестр – 5 7 семестр - 6
Лекции	66 час.	6,7 семестры
Практические занятия	33 час.	6,7 семестры
Лабораторные работы	33 час.	6,7 семестры
Расчетные задания		6 семестр
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)	178 час.
Экзамен		6,7 семестры
Курсовые проекты (работы)	1 з.е. (90 час)	7 семестр

Москва – 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является:

обучение студентов основам теории автоматического управления, необходимым при проектировании, исследовании, производстве и эксплуатации систем и средств автоматизации и управления.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6);
использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественный и зарубежный наук, техники и технологии (ПК-6);
производить расчеты и проектирование отдельных блоков и устройств систем автоматизации и управления, выбирать стандартные средства автоматики, измерительной и вычислительной техники для проектирования систем автоматизации в соответствии с техническим заданием (ПК-10);
выполнять эксперименты на действующих объектах по заданным методикам и обрабатывать результаты с применением современных информационных технологий и технических средств (ПК-19);
участвовать в составлении аналитических обзоров и научно-технических отчетов по результатам выполненной работы, в подготовке публикаций по результатам исследований и разработок (ПК-21).

Задачами дисциплины являются

обучение студентов основам теории автоматического управления, необходимым при проектировании, исследовании, производстве и эксплуатации систем и средств автоматизации и управления,
освоение студентами основных принципов построения систем управления, форм представления и преобразования моделей систем, методов анализа и синтеза.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла 3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю " Управление и информатика в технических системах" направления 220400 Управление в технических системах.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Математика", "Физика", "Теоретическая электротехника ", "Электроника ".

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин "Моделирование систем управления", " Технические средства автоматизации и управления", "Электромеханические системы", а также программы магистерской подготовки.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

знать: основные положения теории управления, принципы и методы построения, преобразования моделей СУ, методы расчета СУ по линейным и нелинейным непрерывным моделям при детерминированных воздействиях;

уметь: применять принципы и методы построения моделей, методы анализа и синтеза при создании и исследовании систем управления;

владеть: принципами и методами анализа и синтеза систем и средств автоматизации и управления.

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 11 зачетных единицы, 396 часов.

№ п/п	Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации (по семестрам)	Всего часов на раздел	Семестр	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)				Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
№ п/п		Всего часов на раздел	Семестр	лк	пр	лаб	сам.	Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Основные понятия и принципы управления	11	6	6	3	1	1	Тест: принципы управления.
2	Математическое описание линейных непрерывных САУ: характеристики систем, структурные схемы, описание в пространстве состояний	26	6	12	6	6	2	Тест: типовые динамические звенья; временные и частотные характеристики; контрольная работа
3	Устойчивость САУ: критерии устойчивости Гурвица, Михайлова, Найквиста; логарифмические критерии устойчивости.	15	6	6	4	4	1	Тест: устойчивость систем; контрольная работа
4	Качество САУ: корректирующие устройства, показатели качества, методы повышения качества.	11	6	6	2	2	1	Тест: прямые и косвенные оценки качества; контрольная работа
5	Расчетное задание	15	6				15	Защита расчетного задания
6	Зачет	5	6				5	Устный
7	Экзамен	25	6				25	Устный
8	Дискретные САУ: классификация, виды квантования.	9	7	4	2	2	1	Тест на знание лекционного материала
9	Математическое описание импульсных САУ	20	7	12	4	2	2	Тест: методы исследования и особенности динамики; контрольная работа
10	Устойчивость импульсных систем.	17	7	8	4	4	1	Тест: подготовка к защите лабораторных работ; контрольная работа.
11	Качество импульсных САУ, методы повышения качества	11	7	4	2	4	1	Тест: критерии Гурвица и Найквиста; контрольная работа.
13	Модели нелинейных систем. Исследование нелинейных САУ методом фазовой плоскости	9	7	4	2	2	1	Тест: Подготовка к лабораторной работе; контрольная работа
14	Исследование нелинейных САУ методом гармонической линеаризации	7	7	2	2	2	1	Тест: подготовка к лабораторной работе; контрольная работа
15	Исследование абсолютной устойчивости нелинейных систем	7	7	2	2	2	1	Тест: подготовка к лабораторной работе; контрольная работа
16	Курсовой проект (работа)	90	7				90	Подготовка и презентация пояснительной записки и графического материала
	Зачет	5	7				5	Устный
	Экзамен	25	7				25	Устный
	Итого:	310		66	33	33	178

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

6 семестр

Основные понятия и принципы управления.

Краткая история развития теории и практики САУ. Основные понятия автоматики.

Функциональная схема САУ. Классификация САУ. Принципы автоматического

регулирования, законы регулирования. Статические и астатические системы

автоматического управления /на примере САУ скорости вращения двигателя постоянного

тока с независимым возбуждением/. Статические характеристики САР.

2.Математическое описание линейных динамических систем.

Линеаризация. Вывод линеаризованных уравнений /на примере генератора

постоянного тока(ГПТ)/. Передаточные функции. Частотные характеристики САУ.

Частотные характеристики типовых динамических звеньев. Построение логарифмических

частотных характеристик по передаточным функциям разомкнутых систем. Временные

характеристики САУ и способы их построения. Временные характеристики типовых

динамических звеньев. Структурные схемы. Соединение звеньев в САУ. Структурная

схема генератора постоянного тока. Правила преобразования структурных схем.

Передаточные функции разомкнутых и замкнутых систем.

3. Устойчивость, качество и синтез линейных систем управления.

Устойчивость систем автоматического управления. Необходимые и достаточные условия устойчивости.

Критерий устойчивости Гурвица. Принцип аргумента. Критерий устойчивости Михайлова и Найквиста.

Логарифмический критерий устойчивости.

Точность САУ в установившемся режиме. Порядок астатизма и ошибки систем.

Прямые показатели качества САУ. Косвенные показатели: запасы устойчивости по

амплитуде и фазе. Корневые показатели качества. Метод стандартных коэффициентов.

Типы корректирующих устройств. Синтез систем по логарифмическим частотным характеристикам.

Построение желаемой ЛАЧХ. Последовательная, параллельная

коррекция, коррекция в цепи обратной связи. Алгоритмы выбора корректирующих

устройств. Построение корректирующих устройств /на примере следящей системы/.

7 семестр

4. Дискретные системы и их описание.

Дискретные системы автоматического управления. Типы дискретизации.

Импульсная модуляция. Импульсные элементы. Структурные схемы импульсных систем.

Понятие решетчатой и модулированной функций. Дискретное преобразование Лапласа.

Свойства дискретного преобразования Лапласа. Дискретные передаточные функции.

Дискретные типовые сигналы и их изображение. Весовые и импульсные переходные

характеристики дискретных систем. Частотные характеристики импульсных систем.

Связь изображений и частотных характеристик дискретных и непрерывных сигналов.

Теорема Котельникова. Связь между передаточными функциями дискретной и

непрерывной систем. Построение годографа дискретной системы по годографу

непрерывной. Передаточные функции дискретных замкнутых систем. Структурные схемы

импульсных систем. Некоторые правила их преобразования.

5.Устойчивость,качествои синтез импульсных систем управления.

Устойчивость импульсных систем . Необходимые и достаточные условия

устойчивости. Критерий Гурвица для импульсных систем. Критерий Найквиста для

импульсных систем. Качество импульсных систем. Ошибки импульсных систем. Корректирующие устройства,

их характеристики. Методы синтеза по частотным характеристикам.

Импульсные системы с конечным временем переходного процесса.

6. Нелинейные системы управления.

Типовые нелинейные элементы. Структурные схемы нелинейных

САУ. Некоторые правила их преобразования. Основные понятия фазовой плоскости.

Свойства фазовых траекторий. Исследование линейной системы второго порядка на фазовой плоскости.

Типы особых точек. Исследование релейной САУ методом фазовой плоскости. Коррекция релейных

систем по скорости и с помощью жесткой обратной

связи. Особенности динамики нелинейных систем. Скользящие режимы. Метод

гармонической линеаризации. Комплексный коэффициент усиления нелинейного

элемента. Устойчивость автоколебаний. Определение параметров автоколебаний.

Критерий абсолютной устойчивости положения равновесия Попова. Геометрическая

интерпретация метода.

4.2.2. Практические занятия

6 семестр

Математическое описание САУ и ее элементов.

Характеристики элементов и систем САУ. Правила структурных преобразований.

Типовые динамические звенья. Частотные характеристики САУ.

Свойства моделей динамических систем.

Временные характеристики САУ.

Алгебраические критерии устойчивости.

Частотные критерии устойчивости.

Качество линейных САУ.

Выбор корректирующего устройства при синтезе САУ.

7 семестр

Формирующий элемент. Дискретное преобразование Лапласа.

Передаточные функции импульсных САУ.

Временные характеристики импульсных САУ.

Алгебраические критерии устойчивости импульсных САУ.

Частотные критерии устойчивости импульсных САУ.

Качество импульсных САУ

Исследование нелинейных САУ методом фазовой плоскости.

Исследование нелинейных САУ методом гармонической линеаризации.

Определение абсолютной устойчивости нелинейных САУ.

4.3. Лабораторные работы

6 семестр

№ 1. Принципы автоматического управления.

№ 2. Типовые динамические звенья. Частотные и временные характеристики САУ.

№ 3. Исследование следящей САУ.

№ 4. Синтез линейных САУ.

№ 5. Исследование точности регулирования.

7 семестр

№ 1. Исследование импульсных САУ.

№ 2. Исследование САУ при дискретных законах управления.

№ 3. Исследование нелинейной САУ методом фазовой плоскости.

№ 4. Исследование нелинейной САУ методом гармонической линеаризации.

№ 5. Синтез параметров САУ на основе метода гармонической линеаризации.

4.4. Расчетные задания

6 семестр

Расчет устойчивости и точности регулирования в линейной непрерывной САУ.

7 семестр

Расчетное задание в 7-ом семестре учебным планом не предусмотрено.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Курсовой проект (курсовая работа) “Исследование импульсной САУ”. Конкретные темы включаются в учебно-методическое пособие по дисциплине.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме традиционных лекций и лекций с проблемно постановочной методологией изложения информации.

Лабораторные занятия предполагают использование специальных и стандартных средств имитационного моделирования.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам, лабораторным работам, контрольным работам, выполнение индивидуальных расчетных заданий, подготовку к зачетам и экзаменам.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос, защита расчетных заданий.

Аттестация по дисциплине – экзамен.

Оценка за освоение дисциплины рассчитывается из условия: 0,3(среднеарифметическая оценка за контрольные работы) + 0,3оценка за расчетное задание + 0,4оценка на экзамене.

В приложение к диплому вносится оценка за 7 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

Ким Д.П. Теория автоматического управления: Учебник/М.: Физматлит, т. 1: 2003. -287с., т.2: 2004. – 463с.
Коломейцева М.Б., Беседин В.М., Ягодкина Т.В.Основы теории импульсных и цифровых систем: учебное пособие. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 120 с.

б) дополнительная литература:

Алексеев А.А., Имаев Д.Х., Кузьмин Н.Н., Яковлев В.Б. Теория управления: Учебник/СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1999.-435с.
Ягодкина Т.В., Хризолитова С.А., Беседин В.М. Исследование САУ с использованием пакета Matlab. Лабораторный практикум по “Основы теории автоматического управления”. – М.: Изд-во МЭИ, 2006.- 76 с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

Пакеты прикладных программ MATLAB, MATHCAD.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебных лабораторий, лабораторных стендов, действующих макетов систем управления, компьютерного класса.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 220400 «Управление в технических системах» и профилю «Управление и информатика в технических системах».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

д.т.н., профессор Беседин В.М.

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ЦП МЭИ-ФЕСТО Елисеев А.С.

д.т.н., профессор

"УТВЕРЖДАЮ":

Зам. зав. кафедрой Управления и информатики

к.т.н., доцент Прокофьев Н.А.

Blog

Рабочая программа учебной дисциплины "теория автоматического управления" Цикл

Содержание

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Прямые показатели качества САУ. Косвенные показатели: запасы устойчивости по