Категории:

Программа наименование дисциплины Теория автоматического управления Рекомендуется для направления (ий) подготовки (специальности (ей))

Поиск по сайту:


Скачать 218.73 Kb.
Дата20.03.2012
Размер218.73 Kb.
ТипПрограмма
Содержание
2. Место дисциплины в структуре ООП
3. Требования к результатам освоения дисциплины
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
Самостоятельная работа (всего)
Вид промежуточной аттестации (экзамен)
5. Содержание дисциплины
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
Технические средства систем управления
Современные инструментальные средства интеллектуальных систем
Моделирование производственных систем
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
6. Лабораторный практикум
7. Практические занятия (семинары)
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Подобный материал:


Приложение 4


Рекомендовано МССН


ПРОГРАММА


Наименование дисциплины Теория автоматического управления


Рекомендуется для направления (ий) подготовки (специальности (ей))

220400 «Управление в технических системах»

(указываются код и наименования направления(ий)

подготовки (специальности (ей) и/или профилей (специализаций)


Квалификация (степень) выпускника бакалавр

(указывается квалификация (степень) выпускника в соответствии с ФГОС)


1. Цели и задачи дисциплины: изучить принципы и методы теории автоматического управления, подготовить базу знаний для изучения специальных дисциплин теории автоматического управления.

^ 2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина «Теория автоматического управления» относится к дисциплинам базовой (общепрофессиональной) части профессионального цикла. Дисциплина имеет методическую взаимосвязь с дисциплинами базовой части математического и естественно научного цикла, в частности, с дисциплинами цикла Б.2 (математика) и с дисциплинами базовой общепрофессиональной части профессионального цикла Б.3 (информационные технологии и технические средства автоматизации и управления).

Требованиями к «входным» знаниям, умениям и готовностям обучающегося, необходимым для освоения дисциплины, являются:

  • базовые знания основ математического анализа;

  • знания специальных глав высшей математики: дифференциальное исчисление, решение систем линейных дифференциальных уравнений, операции с комплексными числами;

  • знания основ математической статистики и теории вероятностей;

  • навыки работы с пакетами прикладных программ математической статистики (MATLAB).

Дисциплины, для которых «Теория автоматического управления» является предшествующей – это дисциплины вариативной части цикла из раздела специальных глав теории автоматического управления.

^ 3. Требования к результатам освоения дисциплины:

    Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций (в соответствии с ФГОС):

  • способность осознавать социальную значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК- 8);

  • способность собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);

  • способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования систем и средств автоматизации и управления (ПК-9);

  • готовность к внедрению результатов разработок средств и систем автоматизации и управления в производство (ПК-13);

  • способность осуществлять сбор и анализ научно-технической информации, обобщать отечественный и зарубежный опыт в области средств автоматизации и управления, проводить анализ патентной литературы (ПК-18);

  • способность проводить вычислительные эксперименты с использованием стандартных программных средств с целью получения математических моделей процессов и объектов автоматизации и управления (ПК-20);

  • готовность участвовать в составлении аналитических обзоров и научно-технических отчетов по результатам выполненной работы, в подготовке публикаций по результатам исследований и разработок (ПК-21);

  • готовность участвовать в разработке технической документации (графиков работ, инструкций, планов, смет и т.п.) и установленной отчетности по утвержденным формам (ПК-24);

В результате изучения дисциплины студент должен:

    Знать:

  • принципы управления и классификацию систем управления,

  • типовые динамические звенья и их характеристики;

  • типовые нелинейные элементы;

  • методы исследования систем автоматического управления.

    Уметь:

  • выполнять структурные преобразования;

  • оценить устойчивость линейной стационарной системы;

  • синтезировать системы автоматического регулирования с заданными параметрами;

  • строить фазовый портрет системы;

  • выполнять гармоническую линеаризацию нелинейных систем.

    Владеть:

  • различными приёмами составления и описания математических моделей систем;

  • аппаратом преобразования Лапласа;

  • методами оценки устойчивости нелинейной системы;

  • аппаратом оптимизации (классическое вариационное исчисление, принцип максимум).

^ 4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 11 зачетных единиц.

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

5

6

^ Аудиторные занятия (всего)

216

108

108

В том числе:










Лекции

144

72

72

Практические занятия (ПЗ)

36

18

18

Семинары (С)










Лабораторные работы (ЛР)

36

18

18

^ Самостоятельная работа (всего)

180

72

108

В том числе:










Курсовой проект (работа)

72




72

Расчетно-графические работы

36




36

^ Вид промежуточной аттестации (экзамен)




экзамен

экзамен

Общая трудоемкость час

зач. ед.

396

180

216

11

5

6


^ 5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела

1.

Математические модели и динамические характеристики линейных стационарных систем автоматического регулирования

  • Введение. Аппарат теории автоматического управления. Понятия: оптимизация, регулирование, коррекция.

  • Общая структурная схема САУ.

  • Классификация САР, в том числе статические и астатические.

  • Получение математических моделей. Методика составления уравнений "вход-выход". Входные сигналы.

  • Линеаризация уравнений САР. Принцип суперпозиции.

  • Преобразование Фурье. Понятие частотной характеристики. Использование частотных характеристик для определения реакции САР. Экспериментальное определение.

  • Преобразование Лапласа. Свойства преобразования Лапласа.

  • Понятие передаточной функции. Понятие ЛАХ. Связь ЧХ и ПФ ("s", "jw", "p").

  • Типовые структурные звенья САР. Пример вывода ПФ апериодического звена

  • Структурные преобразования схем ЛСС. Примеры. Виды ПФ (замкнутая, по ошибке).

  • Колебательное звено - свойства. Общая таблица свойств типовых ПФ.

  • Построение ЧХ, ЛАХ соединений типовых структурных звеньев.

  • Интеграл Дюамеля. Связь ИПФ с ЧХ и ПФ.

  • Описание САР в пространстве состояний. Матрица перехода, свойства. Канонические формы,

  • Управляемость, наблюдаемость.

2.

Устойчивость линейных систем

  • Понятие устойчивости САР. Необходимое и достаточное условие устойчивости. Свойства. Принцип аргумента.

  • Частотные критерии устойчивости. Критерий Михайлова. Критерий Найквиста-Михайлова.

  • Модификация критерия Найквиста-Михайлова для астатических систем.

  • Границы применимости методов оценки с помощью частотных критериев.

  • Запас устойчивости.

  • Аналитические критерии устойчивости: критерий Гурвица, Рауса, Зубова

  • Границы применимости методов оценки с помощью аналитических критериев..

  • Влияние параметров САР на устойчивость: D-разбиение, корневой годограф.

3.

Качество систем автоматического регулирования

  • Понятие качества САР. Первичные показатели качества.

  • Частотные и интегральные методы оценки качества.

  • Связь частотных характеристик с переходной функцией.

  • Способность отработки сигналов как оценка качества САР. Коэффициенты ошибки. Способы вычисления коэффициентов ошибки. Влияние астатизма на коэффициенты ошибки и установившуюся ошибку.

4.

Коррекция систем автоматического регулирования

  • Синтез САР. Основы синтеза.

  • Виды синтеза САР (структурный, параметрический).

  • Подходы к коррекции САР.

  • Метод желаемой ЛАХ Солодовникова. Алгоритм синтеза, связь частотной характеристики и первичных показателей качества для минимальнофазовых звеньев.

  • ПИД-регулятор. Типовые звенья коррекции.

  • Теория чувствительности. Понятие инвариантности.

5.

Математические модели нелинейных детерминированных систем

  • Понятие нелинейных систем. Типовая структурная схема нелинейной системы. Виды нелинейных элементов.

  • Понятие фазовой плоскости. Построение фазовых диаграмм, метод припасовывания.

  • Построение линий переключения. Скользящий режим. Метод изоклин. Влияние обратной связи на линии переключения в релейной системе.

  • Мнимые линии переключения, правило построения. Учёт чистого запаздывания.

  • Понятие автоколебаний, оценка параметров автоколебаний.

  • Гармоническая линеаризация. Ряд Фурье. Пример прохождения сигналов через нелинейный элемент. Гипотеза фильтра.

  • Вывод уравнения линеаризации. Расчёт коэффициентов линеаризации на примере.

6.

Устойчивость нелинейных систем

  • Понятие устойчивости нелинейных систем. Особые режимы движения нелинейных систем.

  • Методы оценки устойчивости цикла автоколебаний: алгебраические, графические.

  • Диаграммы Ламерея. Проверка цикла автоколебаний на устойчивость.

  • Методы оценки устойчивости автоколебаний: использование частотных критериев Михайлова, Найквиста-Михайлова. Аналогии с устойчивостью линейных систем.

  • Фазовая граница устойчивости. Алгоритм построения.

  • Вынужденное движение нелинейных систем при гармоническом воздействии. Функция смещения. Расширение методики на поиск вынужденного движения произвольного детерминированного сигнала.

  • Общие подходы к оценке устойчивости систем. Устойчивость по Ляпунову. Первая метода Ляпунова. Понятие устойчивости в большом, в малом, асимптотической устойчивости.

  • Уравнение Ляпунова. Теорема об устойчивости и теорема о неустойчивости.

  • Критерии гиперустойчивости (абсолютной устойчивости). Частотный критерий В.М. Попова.




7.

Исследование случайных процессов в системах автоматического регулирования

  • Понятие случайных величин. Приложение основных характеристик в задачах исследования САР: математическое ожидание, дисперсия, спектральная плотность, корреляция.

  • Свойства характеристик случайных величин, понятие сигнала "белый шум".

  • Прохождение случайного сигнала через линейную стационарную систему автоматического регулирования. Вывод уравнения связи спектральных плотностей.

  • Математические модели стохастических САР в пространстве состояний. Дисперсионные уравнения.

  • Формирующий фильтр. Примеры применения.

  • Методы исследования нелинейных САР при случайных воздействиях. Подходы к статистической линеаризации.

  • Сравнение методов статистической линеаризации. Экселби, Бутон (Казаков), Пупков.




8.

Синтез систем автоматического управления. Оптимизация.

  • Модальное управление. Методы назначения корней.

  • Наблюдающие устройства.

  • Методы оптимизации систем автоматического управления. Понятие функционала качества.

  • Классическое вариационное исчисление. Применение уравнений Лагранжа для оптимизации.

  • Принцип максимума Понтрягина.

  • Применение подходов при фиксированном и не фиксированном времени управления. Уравнение трансверсальности.

  • Пример оптимизации управления (Брахистохрона).

  • Метод динамического программирования. Уравнение Гамильтона-Якоби-Беллмана.

  • Методы стохастической оптимизации. Задача Винера. Фильтра Калмана. Принцип разделимости.

  • Задача АКОР (аналитическое конструирование оптимальных регуляторов).




9.

Исследование дискретных систем автоматического управления

  • Дискретные САУ. Типы квантования: квантование по уровню, по значению

  • Пространство состояний и модели непрерывно-дискретных систем.

  • Типовые звенья дискретных САУ. Влияние экстраполятора. Сравнение реакции на типовые воздействия непрерывных и дискретных систем.

  • Особенности математического моделирования дискретных систем. Различие импульсных и дискретных систем.

  • Теорема Котельникова. Эффект транспонирования частот.

  • Передаточная функция дискретных систем.

  • Прямое и обратное Z-преобразование.

  • Прямое и обратное w-преобразование.

  • Применение методов исследования линейных стационарных непрерывных систем для случая дискретных САУ: оценка устойчивости, коррекция, оптимизация.




10.

Нестационарные системы, общие сведения.

  • Нестационарные системы автоматического регулирования. Методы описания, подходы к исследованию.

  • Построение динамических характеристик нестационарных систем.





^ 5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин

№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1.

^ Технические средства систем управления

+

+

+
















+

2.

^ Современные инструментальные средства интеллектуальных систем

+










+







+




3.

^ Моделирование производственных систем

+

+




+

+

+











^ 5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекц.

Практ.

зан.

Лаб.

зан.

Семин

СРС

Все-го

час.

1.

Математические модели и динамические характеристики линейных стационарных систем автоматического регулирования

34

2

2

2

12

52

2.

Устойчивость линейных систем

32

4

6

4

12

58

3.

Качество систем автоматического регулирования

8

1

2

1

2

14

4.

Коррекция систем автоматического регулирования

4

2

2

2

4

14

5.

Математические модели нелинейных детерминированных систем

16

4

4

4

90

118

6.

Устойчивость нелинейных систем

16

6

8

6

90

126

7.

Исследование случайных процессов в системах автоматического регулирования

12

2

2

2




18

8.

Синтез систем автоматического управления. Оптимизация.

16

1

1

1




19

9.

Исследование дискретных систем автоматического управления

6

1

1

1




9

10.

Нестационарные системы, общие сведения.

4

0

0

0

0

4


^ 6. Лабораторный практикум

№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

Трудо-емкость

(час.)

1.

1

  • Решение систем линейных дифференциальных уравнений, построение графиков решения в Matlab.

  • Использование средств Matlab для разложения функций в ряды.

  • Типовые динамические звенья в Simulink Matlab. Исследование структурных схем в Simulink.

  • Описание САР в пространстве состояний в Matlab с использованием m-file и Simulink. Поиск реакции на воздействия в Matlab."

  • Поиск реакции на воздействия в Matlab.

  • Построение частотных характеристик САР (АФЧХ, ЛАХ), корневого годографа в Matlab с использованием m-file.

2

2.

2

  • Использование Matlab для анализа устойчивости на примере критерия Михайлова, Найквиста-Михайлова.

  • Использование Matlab для анализа устойчивости на примере критерия Гурвица, Рауса, Зубова.

6

3.

3

  • Качество как инструмент сравнения САР. Критерии качества (Солодовников). Примеры оценки качества с использованием Matlab.

2

4.

4

  • Моделирование в Matlab коррекции САР методом желаемой ЛАХ Солодовникова.

2

5.

5

  • Построение фазового портрета линейной системы в Simulink и с помощью m-file.

  • Построение фазового портрета линейной системы с нелинейным элементом в Simulink и с помощью m-file.

  • Линейная системы с релейным звеном: исследование режимов работы в Matlab.

  • Реакция нелинейной системы на гармоническое и произвольное воздействие. Построение реакции в Simulink.

4

6.

6

  • Оценка устойчивости автоколебаний по критерию Михайлову. Построение графиков с помощью программирования m-file.

  • Оценка устойчивости автоколебаний по критерию Найквиста-Михайлова. Построение графиков с помощью программирования m-file.

  • Оценка устойчивости автоколебаний по фазовой границе устойчивости. Построение графиков с помощью программирования m-file.

8

7.

7

  • Задание случайного сигнала в Matlab Simulink. Реакция на случайный сигнал в Simulink.

2

8.

8

  • Модальное управление, наблюдающие устройства. Моделирование в Simulink Matlab с использованием Subsystem block.

  • Моделирование оптимального решения в Matlab.

1

9.

9

  • Моделирование дискретных систем в Matlab. Сравнение реакции непрерывной и дискретной системы.

1

^ 7. Практические занятия (семинары)

№ п/п

№ раздела дисциплины

Тематика практических занятий (семинаров)

Трудо-емкость

(час.)

1.

1

  • Составление уравнений движения простейших динамических систем (siso). Примеры статических и динамических характеристик.

  • Линейные операторы. Преобразование Фурье. Применение преобразования Фурье для построения частотных характеристик САР.

  • Преобразование Лапласа для получения передаточных функций. Поиск реакции на воздействие.

  • Типовые динамические звенья. Виды соединений. Упражнения на преобразования структурных схем.

  • Описание САР в пространстве состояний. Получение матрицы перехода.

  • Построение частотных характеристик САР (АФЧХ, ЛАХ).




4

2.

2

  • Анализ устойчивости на примере критерия Михайлова, Найквиста-Михайлова.

  • Анализ устойчивости на примере критерия Гурвица, Рауса, Зубова.




8

3.

3

  • Качество как инструмент сравнения САР. Критерии качества (Солодовников). Расчёт коэффициентов ошибки.




2

4.

4

  • Коррекция САР методом желаемой ЛАХ Солодовникова.




4

5.

5

  • Построение фазового портрета линейной системы.

  • Построение фазового портрета линейной системы с нелинейным элементом, линии переключения.

  • Линейная системы с релейным звеном: режимы работы. Предельный цикл, переходные процессы

  • Гармоническая линеаризация. Реакция нелинейной системы на гармоническое воздействие.




8

6.

6

  • Построение диаграммы Ламерея в Matlab.

  • Оценка устойчивости автоколебаний по критерию Михайлова.

  • Оценка устойчивости автоколебаний по критерию Найквиста-Михайлова.

  • Оценка устойчивости автоколебаний по фазовой границе устойчивости.

12

7.

7

  • Оценка параметров случайных сигналов в линейных стационарных системах.

  • Применение уравнения связи спектральных плотностей.

4

8.

8

  • Модальное управление, поиск желаемых корней.

  • Решение задач на оптимизацию управления. Принцип максимума. Классическое вариационное управление.

2

9.

9

  • Исследование реакции непрерывной и дискретной системы.

2


^ 8. Примерная тематика курсовых проектов (работ):

  • Исследование релейной следящей системы;

  • Оптимизация управления динамических систем;

  • Методы исследования устойчивости нелинейных систем.


^ 9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература:

  1. Методы классической и современной теории автоматического управления : Учебник в 5-ти т. / Под общ. ред. К.А.Пупкова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Изд-во МГТУ, 2004. - 656 с.

  2. Пупков Константин Александрович. Теория нелинейных систем автоматического регулирования : Учебное пособие для вузов. - Юбилейное издание. - М. : Изд-во РУДН, 2009. - 258 с.

  3. Андриевский Б.Р., Фрадков А.Л. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MATLAB. - СПб.: Наука, 1999. - 475 с.

  4. Солодовников Владимир Викторович. Теория автоматического управления техническими системами : Учебное пособие / В.В.Солодовников, В.Н.Плотников, А.В.Яковлев. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1993. - 492 с.

б) дополнительная литература

  1. Пупков Константин Александрович. Современные методы, модели и алгоритмы интеллектуальных систем : Учебное пособие. - М. : ИПК РУДН, 2008. - 154 с.

  2. Пупков Константин Александрович. Статистические методы анализа, синтеза и идентификации нелинейных систем автоматического управления : Учебное пособие для вузов / К. А. Пупков, Н. Д. Егупов, А. И. Трофимов; Под ред. Н. Д. Егупова. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1998. - 562 с.

  3. Никульчев Е.В. Практикум по теории управления в среде MATLAB: Учебное пособие. - М.: МГАПИ, 2002. - 88 с.

  4. Бесекерский Виктор Антонович. Теория систем автоматического регулирования. - М. : Наука, 1966. - 992 с.

в) программное обеспечение: Matlab, Free MATLAB Interactive Technical Kit, Simulink (пакет Control Toolbox).

г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: доступ к информационным базам публикаций научных статей SpringerMaterials, полнотекстовая коллекция российских научных журналов eLibrary.ru, доступ к ресурсам IEEE раздела Control systems.


^ 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Для проведения лабораторных и практических занятий требуется наличие персональных вычислительных станций стандартной архитектуры. Технические характеристики должны удовлетворять минимальным требованиям пакета MATLAB. Опционально рекомендуется рассмотреть наличие интерактивной доски преподавателя для наглядных демонстраций применения методов исследования.


^ 11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

Дисциплину следует позиционировать в качестве базисной для специальных курсов теории автоматического управления.

Для текущего контроля успеваемость необходимо использовать интегральную оценку достижений по теоретическим и практическим занятиям: усвояемость теоретического материала, практические умения использования пакетов MATLAB для исследования систем автоматического управления и навыки инженерного подхода к применению методов исследований ТАУ.

Оценочные средства успеваемости: устный опрос по базовым теоретическим положениям, домашние задания на практические применения навыков исследования, защита лабораторных работ. В качестве промежуточной аттестации можно использовать материалы в виде теста. Для оценки остаточных знаний по ключевым вопросам курса применять повторные упрощённые тесты и иные методы контроля.

_____________________________________________________________________________


Разработчики:

Доцент кибернетики и мехатроники Д.А. Андриков

Должность, название кафедры, инициалы, фамилия


Заведующий кафедрой кибернетики и мехатроники К.А. Пупков

название кафедры, инициалы, фамилия



Скачать, 499.66kb.
Поиск по сайту:

Добавить текст на свой сайт


База данных защищена авторским правом ©ДуГендокс 2000-2014
При копировании материала укажите ссылку
наши контакты
DoGendocs.ru
Рейтинг@Mail.ru
Разработка сайта — Веб студия Адаманов