Geum.ru

Программа дисциплины "Теория автоматического управления" Направление

Вид материалаПрограмма дисциплины

Содержание


Описание курса
Обязательная литература
Дополнительная литература
Темы лекций и семинарских занятий I семестр
II семестр
Подобный материал:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российский Университет дружбы народов


(РУДН)


ПРОГРАММА

Дисциплины "Теория автоматического управления"

Направление " Автоматизация и управление"


Инженерный факультет

Кафедра "Кибернетики и мехатроники"


Курс 3


Составитель программы к.т.н., доцент Андриков Д.А.

"ОДОБРЕНО":

Зав. кафедрой д.т.н., проф. Пупков К.А.

«Кибернетики и мехатроники»


Москва 2010 г.


^ ОПИСАНИЕ КУРСА

Цель курса: целью курса Теория Автоматического Управления (ТАУ) является непосредственное формирование теоретического фундамента бакалавра, открывающее возможность усвоения знаний, необходимых магистру. С единых позиций излагается основные подходы решения основных задач теории управления для основных классов динамических систем управления. Задачей курса является формирование устойчивых навыков использования подходов и методов исследования систем управления.

Организационно-методическое построение курса: Курс включает в себя лекции, семинары и лабораторные работы. Чтобы наиболее выпукло выявить суть подходов и методов, изложение проводится на простейших с точки зрения физики, техники и математики примерах. При этом выявляется логическая обоснованность необходимости рассматриваемых подходов, их физический смысл, их взаимосвязь, границы их целесообразной применимости.




^

Обязательная литература:




  1. Пупков К.А. и др. «Методы классической и современной теории автоматического управления». Учебник в 5-ти томах. М.: МГТУ им. Баумана, 2004.



^

Дополнительная литература:




  1. Бесекерский Б.А., Попов Е.П. «Теория систем автоматического регулирования». М.: Наука, 1972.
  2. Солодовников В.В., Коньков В.Г., Суханов В.А., Шевяков О.В. «Микропроцессорные автоматические системы регулирования». Основы теории и элементы. М.: Высшая школа, 1991.
  3. Андриевский Б.Р., Фрадков А.Л. «Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MATLAB». С-Пб.: Наука, 1999, 468 с.
  4. Коньков В.Г. «Устойчивость управляемых технических систем». М.: Изд. МГТУ, 1990, 78 с.
  5. Солодовников В.В., Коньков В.Г. «Теория автоматического регулирования. Корневые методы анализа САР». Учебное пособие. М.: МВТУ, 1986, 60 с.
  6. Солодовников В.В., Коньков В.Г. «Теория автоматического регулирования. Учебное пособие «Теория особых систем». М.: МВТУ, 1987.
  7. Коньков В.Г., Воронов Е.М., Маслов А.П., Панин Е.Д., Сивцов В.И. «Линейные стационарные системы», «Линейные и нелинейные системы», «Упражнения по нелинейной теории автоматического регулирования». М.: МВТУ, 1981-84.
  8. Коньков В.Г., Жарков А.И. «Лабораторные (иллюстрационно-практические) работы «Некоторые основные понятия теории автоматического регулирования, свойства систем автоматического регулирования и их сигналов». М.:МГТУ.
  9. Квакернаак Х., Сиван Р. «Линейные оптимальные системы управления». М.: Мир, 1977.
  10. Пупков К.А. «Статистический расчет нелинейных систем автоматического управления». М.: Машиностроение, 1965, 403 с.
  11. Пупков К.А., Егупов Н.Д., Трофимов А.И. «Статистические методы анализа, синтеза и идентификации нелинейных систем автоматического управления». Учебное пособие. М.: МГТУ им. Баумана, 1998.
  12. Пупков К.А., Капалин В.И., Ющенко А.С. «Функциональные ряды в теории нелинейных систем». М.: Наука, 1976.
  13. Солодовников В.В., Коньков В.Г., Бирюков В.Ф. «Теория автоматического управления». Конспект лекций. М.: МГТУ им. Баумана, 1978, 44 с.
  14. Солодовников В.В., Кожевников Ю.Г. «Оптимизация многомерных систем при случайных воздействиях». Учебное пособие. М.: МГТУ им. Баумана, 1984, 50 с.



Условия и критерии выставления оценок: от студентов требуется посещение лекции и семинарских занятий, обязательное участие в аттестационно-тестовых испытаниях, выполнение заданий преподавателя. Особо ценится своевременное выполнение лабораторных работ, курсовых работ, выполнение контрольных работ (тестов) и итоговое испытание.




Правила выполнения письменных работ: Вопросы и задания по контрольным работам становятся известны непосредственно при тестировании и составляются в различных вариантах. Тест проводится для проверки знаний студентами материалов данного курса, их умения применять полученные знания на практике. Продолжительность контрольной работы – 2 академических часа.




^

Темы лекций и семинарских занятий

I семестр

  1. Лекция: Введение. Регулирование и управление. Основная цель управления, оптимизация. Общая структурная схема системы автоматического управления.

Семинар: Составление описания ЛСС «вход-выход».
  1. Лекция: Общая структурная схема САР. Классификация САР. Статические и астатические САР. Примеры.

Лабораторная работа: необходимые свойства управляемых систем и основные принципы построения САР.
  1. Лекция: Методика составления уравнений САР «вход-выход» и их линеаризация. Принцип суперпозиции.

Семинар: Составления уравнений САР
  1. Лекция: Математические модели и основные соотношения для непрерывных линейных стационарных (ЛС) САР с сосредоточенными параметрами.

Лабораторная работа: Моделирование САР
  1. Лекция: Частотная характеристика (ЧХ) системы и ее использование для определения реакции САР. Виды ЧХ. Экспериментальное определение ЧХ.

Семинар: Построение ЧХ ЛСС.
  1. Лекция: Передаточная функция (ПФ), ее использование для определения реакции САР, ее основные свойства, связь с частотной характеристикой.

Лабораторная работа: Моделирование САР. Построение ЧХ ЛСС.
  1. Лекция: Структурные преобразования схем ЛС систем (ЛСС). Виды ПФ. Основные элементарные динамические звенья САР и их характеристики.

Семинар: Свойства систем с обратной связью.
  1. Лекция: Импульсная переходная функция (ИПФ). Связь с передаточной функцией и ЧХ. Построение ЧХ стандартных соединений звеньев по ЧХ этих звеньев.

Лабораторная работа: Моделирование САР. Построение ЧХ соединений.
  1. Лекция: Интеграл Дюамеля, его физический смысл. Правила структурных преобразований схем ЛСС, представленных ИПФ.

Семинар: Структурные преобразования ЛСС. Реакция на воздействие.
  1. Лекция: Описание ЛС САР в пространстве состояния. Определение уравнений в переменных состояния по ПФ. Матрица перехода (МП) и ее свойства.

Лабораторная работа: Моделирование САР в пространстве состояния.
  1. Лекция: Управляемость, наблюдаемость ЛСС, критерии управляемости, наблюдаемости. Каноническое представление ЛСС в пространстве состояния.

Семинар: Управляемость, наблюдаемость ЛСС.
  1. Лекция: Понятие многомерных систем. Матрица передаточных функций и ИПФ.

Лабораторная работа: Моделирование многомерных САР в пространстве состояния.
  1. Лекция: Устойчивость ЛС САР. Устойчивость траектории движения. Понятие устойчивости по Ляпунову и технической устойчивости. Первая метода Ляпунова.

Семинар: Устойчивость ЛСС по Ляпунову.
  1. Лекция: Частотные критерии устойчивости. Критерий устойчивости Михайлова. Критерий устойчивости Найквиста – Михайлова.

Лабораторная работа: Оценки работоспособности линейных САР.
  1. Лекция: Анализ устойчивости многоконтурных САР. Запасы устойчивости. Частотный критерий устойчивости многомерных систем.

Семинар: Устойчивость ЛСС. Частотные критерии.
  1. Лекция: Аналитические критерии устойчивости ЛСС (критерии устойчивости Гурвица, Рауса). Аналитический критерий исследования устойчивости ЛСС в пространстве состояния. Построение границ областей устойчивости; метод Д – разбиений.

Лабораторная работа: Построение границ областей устойчивости линейных САР.
  1. Лекция: Проблема качества. Первичные показатели качества. Частотный метод оценки качества.

Семинар: Метод трапеций для оценки качества САР.
  1. Лекция: Коэффициенты ошибки. Способы их вычисления. Чувствительность системы к изменениям параметров. Грубость систем.

Лабораторная работа: Исследование чувствительности САР.

^

II семестр

  1. Лекция: Исследование ЛС САР при случайных воздействиях. Прохождение случайного сигнала через линейную стационарную систему. Спектральная плотность и другие характеристики.

Семинар: Вычисление спектральной плотности по корреляционной функции и наоборот с помощью преобразования Лапласа.
  1. Лекция: Формирующий фильтр (аналитический и графический способы расчета). Описание и исследование случайных процессов в пространстве состояния.

Лабораторная работа: Моделирование случайных процессов в пространстве состояния.
  1. Лекция: Дисперсионные уравнения. Понятие динамической точности.

Семинар: Вычисление дисперсии случайной ошибки САР с помощью таблиц Jn интегралов.
  1. Лекция: Синтез ЛС САР. Типы регуляторов заданной структуры. Инвариантность и комбинированные системы. Особенности корректирующих фильтров.

Лабораторная работа: Синтез корректирующих фильтров
  1. Лекция: Модальное управление. Понятие о наблюдающих устройствах. Желаемая частотная характеристика.

Семинар: Построение желаемой частотной характеристики. Синтез последовательного корректирующего контура.
  1. Лекция: Исследование линейных дискретных систем. Типы квантования. Описание импульсного элемента. Передаточная функция ЦВМ, реализующей непрерывное устройство с передаточной функцией W(s).

Лабораторная работа: Моделирование импульсной системы, ЦВМ, преобразователя из дискретного сигнала в непрерывный.
  1. Лекция: Понятие об особых САР. Линейные САР на несущей; с запаздыванием и с распределенными параметрами; линейные нестационарные системы.

Семинар: Учет влияния запаздывания в линейных САР.
  1. Лекция: Исследование нелинейных систем (НС) на фазовой плоскости. Построение фазовых диаграмм. Метод изоклин.

Лабораторная работа: Моделирование нелинейной системы второго порядка с различными релейными характеристиками.
  1. Лекция: Исследование влияния обратной связи на работу такой системы. Скользящий режим. Учет чистого запаздывания. Особенности фазовых траекторий НС.

Семинар: Построение переходного процесса по фазовой траектории, построение фазовых траекторий.
  1. Лекция: Метод точечных преобразований. Исследование систем с переменной структурой на фазовой плоскости.

Лабораторная работа: Исследование нелинейной системы методом фазовой плоскости. Построение фазового портрета.
  1. Лекция: Исследование устойчивости НС по Ляпунову. Прямой метод Ляпунова. Понятие орбитальной устойчивости. Частотный критерий гиперустойчивости В.М. Попова.

Семинар: Пример использования прямого метода Ляпунова для исследования устойчивости НС.
  1. Лекция: Исследование НС на основе идеи гармонической линеаризации и частотного метода. Алгебраический, графический и частотный методы исследования автоколебаний. Фазовая граница устойчивости.

Лабораторная работа: Вычисление коэффициентов гармонической линеаризации.
  1. Лекция: Гипотеза Каллмана. Исследование вынужденного движения при гармоническом воздействии методом гармонической линеаризации.

Семинар: Исследование свободного движения НС методом гармонической линеаризации.
  1. Лекция: Исследование НС при случайных воздействиях. Методы статистической линеаризации по Экселби, Бутону (Казакову), Пупкову. Сложные установившиеся движения свободных НС.

Лабораторная работа: построение фазовой границы устойчивости нелинейной САР.
  1. Лекция: Оптимизация САУ. Детерминированная оптимизация САУ. Использование методов классического вариационного исчисления.

Семинар: Оптимальное управление на основе вариационного исчисления.
  1. Лекция: Принцип максимума Понтрягина. Метод динамического программирования. Уравнение Гамильтона – Якоби – Беллмана. Задача АКОР.

Лабораторная работа: Задача АКОР.
  1. Лекция: Стохастическая оптимизация САУ. Задача Винера, фильтр Калмана. Задача стохастического оптимального управления. Принцип разделимости.

Семинар: Пример решения задачи Винера, построение фильтра Калмана.
  1. Лекция: Плохо формализуемые системы управления. Интеллектуальные технологии. Нейро-нечеткое управление.

Лабораторная работа: Моделирование нейро-нечеткого контроллера.