Рабочая программа дисциплины Промышленные регуляторы (Наименование дисциплины)

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

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 ______________ Ю.М.Вишняков

"_____"__________________2011 г.

Рабочая программа дисциплины

Промышленные регуляторы

(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

1. Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Промышленные регуляторы» являются получение знаний и профессиональных навыков проектирования, разработки и настройки промышленных регуляторов для локальных систем управления техническими объектами разной физической природы, изучение принципов построения и методов синтеза промышленных регуляторов и приемов реализации регуляторов технологических параметров на базе современных микропроцессорных систем и промышленных контроллеров.

Изучение дисциплины будет способствовать достижению целей основной образовательной программы бакалавриата по направлению подготовки 230100.62 «Информатика и вычислительная техника»:

Цель направления: Удовлетворение потребностей общества в квалифицированных кадрах в области информатики и вычислительной техники, способных решать сложные инженерные задачи в проектно-конструкторской, проектно-технологической и научно-исследовательской сферах, а также принимать активное участие в научно-педагогической и организационно-управленческой деятельности предприятий, организаций;

а также будет способствовать достижению локальных целей программы подготовки бакалавров «Автоматизированные информационно-управляющие системы и комплексы»:

2 цель профиля. Подготовка высококвалифицированных специалистов, способных решать задачи исследования, проектирования, разработки, настройки, тестирования и эксплуатации современных автоматизированных информационно-управляющих систем и комплексов в различных областях профессиональной деятельности, а также задачи планирования и проведения экспериментальных исследований свойств и характеристик данных систем;

3 цель профиля. Формирование у выпускников навыков практической реализации и внедрения инженерных решений, включающих вопросы планирования и организации работ, формирования технической документации, защиты интеллектуальной собственности, оценки экономической эффективности, безопасности и экологичности разработок.

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла ООП. В процессе изучения дисциплины студенты знакомятся с принципами построения промышленных регуляторов, приобретают навыки расчета промышленных регуляторов для решения практических задач автоматического управления технологическими процессами.

Для изучения дисциплины студенту необходимы знания в области следующих дисциплин: «Высшая математика», «Основы информатики», «Математические основы теории систем», «Электротехника и электроника», «Теория автоматического управления», «Программирование и основы алгоритмизации». Для освоения дисциплины студент должен:

- знать основные понятия и методы математического анализа и линейной алгебры;

- уметь применять математические методы и физические законы для решения практических задач;

- знать основные положения теории управления, принципы и методы построения и исследования математических моделей систем управления, уметь выполнять расчет замкнутых систем автоматического регулирования;

- уметь использовать стандартные пакеты прикладных программ для решения практических задач;

- знать принципы организации и построения микропроцессорных устройств и систем вычислительной техники.

Студент должен обладать навыками алгоритмизации и разработки программного обеспечения.

Материалы дисциплины должны использоваться в дипломном проектировании.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции:

ПК-9: участвовать в настройке и наладке программно-аппаратных комплексов;

ПК-10: сопрягать аппаратные и программные средства в составе информационных и автоматизированных систем;

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать:

- принципы построения промышленных регуляторов;

- алгоритмы цифровой реализации регуляторов локальных систем управления;

- типовые алгоритмы автоматической настройки и адаптации промышленных регуляторов;

уметь:

- выполнять расчет замкнутых систем автоматического регулирования с промышленными регуляторами;

- выполнять настройку промышленных регуляторов на объекте;

владеть:

- современными методами моделирования систем автоматического управления;

- методами расчета замкнутых систем автоматического регулирования;

- методами настройки промышленных регуляторов.

4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часа.

Вид учебной работы	Всего часов
Вид учебной работы	Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины	144 / 4 ЗЕТ
Аудиторные занятия	56
- лекции	12
- практические занятия	22
- лабораторные работы	22
- другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа	45
Контроль самостоятельной работы	11
Курсовой проект (работа)	-
Аттестация	Экзамен (8 семестр)

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№ 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)
№ п/п	Раздел Дисциплины	Семестр	Неделя семестра	лек	лаб	пр	СРС	КСР
1	Структура промышленного регулятора	8		4		2	9	2	Устный опрос по теме занятий. Индивидуаль-ное задание
2	Аналоговые промышленные регуляторы	8		4	6	6	12	3	Устный опрос по теме занятий. Индивидуаль-ное задание
3	Цифровые промышленные регуляторы	8		2	8	6	12	3	Устный опрос по теме занятий. Индивидуаль-ное задание
4	Настройка промышленных регуляторов на объекте	8		2	8	8	12	3	Устный опрос по теме занятий. Индивидуаль-ное задание
ИТОГО				12	22	22	45	11

4.2. Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. Структура промышленного регулятора.

Назначение регуляторов в локальной системе управления. Задачи управления, решаемые промышленными регуляторами. Типовые законы, реализуемые промышленными регуляторами. Функциональные и структурные схемы систем управления с промышленными регуляторами.

Временные и частотные характеристики промышленных регуляторов. Влияние типа регулятора на качество системы управления.

Промышленные регуляторы для многомерных объектов. Подчиненное регулирование.

Раздел 2. Аналоговые промышленные регуляторы.

Структурные схемы аналоговых П-, ПИ- и ПИД- регуляторов. Выбор желаемой структуры регулятора. Характеристики аналоговых регуляторов.

Устройство, структурные схемы и динамические характеристики импульсных П-, ПИ- и ПИД- регуляторов. Работа регулятора с исполнительным механизмом постоянной скорости. Позиционные регуляторы.

Раздел 3. Цифровые промышленные регуляторы.

Уравнение цифрового ПИД-регулятора. Особенности микропроцессорной реализации регуляторов. Наложение ограничений на регулируемую величину. Переходные процессы в системах с цифровыми регуляторами. Многорежимные регуляторы.

Реализация ПИД регулятора на базе промышленного контроллера.

Раздел 4. Настройка промышленных регуляторов на объекте.

Методы выбора параметров промышленного регулятора. Определение параметров настройки регулятора графоаналитическим методом. Метод Зиглера-Николса. Выбор параметров регулятора по модели объекта.

Автоматическая настройка ПИД регулятора. Типовые алгоритмы автоматической настройки.

5. Образовательные технологии

При чтении лекционного курса в рамках лекции проводится разбор и обсуждение конкретных примеров устройства и работы промышленных регуляторов. При чтении лекций используются интерактивные наглядные учебные пособия в форме интерактивных презентаций. В рамках подготовки студентам выдаются индивидуальные задания для самостоятельной подготовки к лекциям, которые выполняются в форме устных сообщений, либо в форме расчетных работ и способствуют закреплению материала. Лабораторные занятия проводятся в форме интерактивного компьютерного моделирования. Практические занятия посвящены разбору примеров решения практических задач. Студент выполняет и защищает индивидуальное задание в форме реферата, либо в форме контрольной работы. Защита реферата проводится в форме доклада с последующим обсуждением.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Для оценки уровня теоретических и практических знаний используется контрольный устный или письменный опрос студентов по тематике предшествующих лекционных занятий, выполняются и защищаются в форме устного опроса лабораторные работы. Итоговым средством оценки уровня знаний по курсу является экзамен, который проводится в устной форме (в форме собеседования) на основании перечня контрольных вопросов по предмету и выполненного индивидуального задания.

6.1. Лабораторный практикум

№	Раздел дисциплины	Наименование работы	Часов
1	2	Моделирование процессов в системе с аналоговым регулятором	4
2	3	Моделирование процессов в системе с цифровым регулятором	4
3	1	Моделирование процессов в системе подчиненного регулирования	4
4	2	Моделирование процессов в системе с позиционным регулятором	4
5	3,4	Построение цифрового регулятора	6

6.2. Темы практических занятий

№	Раздел дисциплины	Тема занятия	Часов
1	1	Определение временных и частотных характеристик промышленных регуляторов	2
2	1	Системы регулирования для многомерных объектов	2
3	1	Подчиненное регулирование	2
4	2	Выбор желаемой структуры регулятора	2
5	2	Импульсные регуляторы	2
6	2	Позиционные регуляторы	2
7	3	Цифровой ПИД регулятор	4
8	3	Многорежимные регуляторы	2
9	4	Графоаналитический метод настройки регулятора	2
10	4	Методы автоматической настройки регуляторов	2

6.2. Индивидуальные задания

1) выбрать структуру и определить параметры аналогового регулятора для объекта с одной управляемой переменной и одним управляющим воздействием. Объект задан математической моделью (дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами). Выполнить расчет переходных процессов в замкнутой системе.

2) разработать алгоритм цифрового регулятора для объекта с одной управляемой переменной и одним управляющим воздействием. Объект задан математической моделью (дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами). Выполнить расчет переходных процессов в замкнутой системе.

3) разработать алгоритм цифрового многорежимного регулятора для объекта с одной управляемой переменной и одним управляющим воздействием. Объект задан математической моделью (дифференциальное уравнение с переменными коэффициентами). Выполнить расчет переходных процессов в замкнутой системе в различных режимах работы объекта.

4) Выбрать структуру и параметры аналогового регулятора для объекта с двумя управляющими воздействиями и двумя управляемыми переменными. Объект задан математической моделью (система дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами). Выполнить расчет переходных процессов в системе.

5) Разработать систему подчиненного регулирования объектом с заданной математической моделью. Выбрать параметры регулятора. Выполнить расчет переходных процессов в системе.

6.3. Контрольные вопросы

1. Назначение регуляторов в локальной системе управления.

2. Задачи управления, решаемые промышленными регуляторами.

3. Типовые законы, реализуемые промышленными регуляторами.

4. Функциональные и структурные схемы систем управления с промышленными регуляторами.

5. Временные и частотные характеристики промышленных регуляторов.

6. Влияние типа регулятора на качество системы управления.

7. Промышленные регуляторы для многомерных объектов.

8. Подчиненное регулирование.

9. Структурные схемы аналоговых П-, ПИ- и ПИД- регуляторов.

10. Выбор желаемой структуры аналогового регулятора.

11. Характеристики аналоговых регуляторов.

12. Устройство, структурные схемы и динамические характеристики импульсных П-, ПИ- и ПИД- регуляторов.

13. Работа регулятора с исполнительным механизмом постоянной скорости.

14. Позиционные регуляторы.

15. Уравнение цифрового ПИД-регулятора.

15. Особенности микропроцессорной реализации регуляторов.

16. Переходные процессы в системах с цифровыми регуляторами.

17. Многорежимные регуляторы.

18. Реализация ПИД регулятора на базе промышленного контроллера.

19. Методы выбора параметров промышленного регулятора.

20. Графоаналитический метод определения параметров регулятора.

21. Метод Зиглера-Николса.

22. Выбор параметров регулятора по модели объекта.

23. Автоматическая настройка ПИД регулятора.

6.4. Темы рефератов

1) современный промышленный регулятор (описание одного из устройств по выбору).

2) современные промышленные регуляторы для многомерных объектов.

3) алгоритмы цифровых регуляторов.

4) регуляторы для задач электропривода.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

а) основная литература:

1. Черныш П.И. Локальные системы управления. Ч.1. Регуляторы. Учебное пособие. -Таганрог: Издательство ТРТУ, 1993,

2. Гайдук А. Р. Теория автоматического управления. ТРТУ. - Таганрог : Изд-во ТРТУ, 2004. - 208 с.

3. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. - М.: Горячая линия-Телеком, 2009. - 608 с.

4. Парр Э. Программируемые контроллеры : руководство для инженера / Э. Парр ; пер. 3-го англ. изд. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - 516 с.

б) дополнительная литература:

1. Елизаров И.А., Мяртемьянов Ю.Ф., Схиртладзе А.Г., Фролов С.В. Технические средства автоматизации. Программ-но-технические комплексы и контроллеры: Учебное пособие. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2004. 180 с.

2. . Курсовое и дипломное проектирование по автоматизации производственных процессов: Учеб. пособие для вузов по спец. «Автоматизация и комплексная механизация химико-технологических процессов» / И. К. Петров, Д. П. Петелин, М. С. Тюльпанов, М. В. Козлов; Под ред. И. К. Петрова. - М.: Высш. шк., 1986. - 352 с.

3. Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. –М.: Энергия,1987,

4. Подлесный Н.И., Рубанов В.Г. Элементы систем автоматического управления и контроля. –Киев: Высшая школа, 1991.

5. Кетков Ю. MATLAB: программирование, численные методы. - СПб. : БХВ-Петербург, 2005. - 737 с.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы

1. tsure.ru/ru/forstudent/library.

2. Matlab.

2. Программный комплекс CoDeSys.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

1. Компьютерный класс, оснащенный ПК с установленным программным и методическим обеспечением для проведения лабораторных работ.

2. Программируемый логический контроллер ПЛК-154 (лабораторный стенд)

3. Объект управления (лабораторный стенд)

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению подготовки 230100.62 «Информатика и вычислительная техника» по профилю «Автоматизированные информационно-управляющие системы и комплексы».

Автор ____________________________ Молчанов А.Ю.

Зав. кафедрой _________________________ Финаев В.И.

Программа одобрена на заседании УМК ФАВТ от 20.01.2011 года, протокол № 1.

Blog

Рабочая программа дисциплины Промышленные регуляторы (Наименование дисциплины)

Содержание