Программа дисциплины "Теория автоматического управления"




Скачать 171.82 Kb.
НазваниеПрограмма дисциплины "Теория автоматического управления"
Дата28.01.2013
Размер171.82 Kb.
ТипПрограмма дисциплины
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный институт электроники и математики

(технический университет)


“Утверждаю”


Декан факультета АВТ

_______________ /К.О. Петросянц/

“____” _____________2011 г.


ПРОГРАММА


Дисциплины "Теория автоматического управления"

Рекомендуется для направления подготовки :

220400 "Управление в технических системах"


Квалификации выпускника: бакалавр


Москва 2011

1. Цели и задачи дисциплины: Дисциплина обеспечивает теоретическими знаниями в области проектирования систем управления,


2. Место дисциплины в структуре ООП:

Цикл, к которому относится дисциплина:

Б3 - Профессиональный цикл

Б3.Б.6 - Теория автоматического управления


Предшествующие дисциплины:

Программирование и основы алгоритмизации. Теория вероятности и мат. стат. ТФКП.


Требования к входным знаниям, умениям и компетенциям студента:

знать:

- основные понятия и методы математического моделирования систем управления; основы программирования и алгоритмизации, теории вероятности;

уметь:

- использовать стандартные пакеты прикладных программ для решения практических задач;

владеть:

- навыками работы с современными аппаратными и программными средствами;

-  методами построения алгоритмов.


Дисциплины, для которых данная дисциплина является предшествующей:

Информационное обеспечение систем управления, Автоматизация проектирования. Автоматизированные информационно- управляющие системы.


3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

ОК-10, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-20,


    - способностью использовать основные законы естественнонаучных

    дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы

    математического анализа и моделирования, теоретического и

    экспериментального исследования (ОК-10);

- способностью представить адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики (ПК-1);

- способностью выявить естественно-научную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2);

- готовностью учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК-3);

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


В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

- основные положения теории управления, модели и методы исследования автоматических систем различной природы;

- иметь представление об использовании основных положений теории управления в науке и технике, в информатике.

Уметь:

- проводить анализ и синтез современных систем автоматического управления, проводить настройку и обслуживание типовых САУ.


Владеть:

- навыками работы с программными средствами проектирования систем управления;

- методами и средствами разработки и оформления технической документации

- практическими навыками по использованию комплекса средств автоматизированного

проектирования.


4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы


Всего часов / зачетных единиц

Семестры

5

6

Аудиторные занятия (всего)

216/6

90/2.5

126/3.5

В том числе:










Лекции

128/3.5

54/1.5

72/2

Практические занятия (ПЗ)

54/1.5

18/0.5

36/1

Семинары (С)

-

-

-

Лабораторные работы (ЛР)

36/1

18/0.5

18/0.5

Самостоятельная работа (всего)

72/2

36/1

36/1

В том числе:










Курсовой проект

27/1

-



Расчетно-графические работы

18/0.5

1РГР

-

Реферат

-

-

-

Другие виды самостоятельной работы







-

Контрольные работы

27/1





Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)

72/2

Экзамен

Зачет, экзамен

Общая трудоемкость часы

зачетные единицы

360

162

198

10

4.5

5.5



5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела




Введение в дисциплину

Общая характеристика объектов и систем управления.

Общее понятие о Теории Автоматического Управления (ТАУ) и системах автоматического управления (САУ).

1

Математические модели СУ с непрерывным временем.

Способы получения дифференциальных уравнений объекта регулирования. Линеаризация нелинейных уравнений объекта и систем уравнений. Вырожденная и невырожденная линеаризация. Стационарные СУ с одним входом и выходом. Передаточные функции и типовые входные воздействия.

Частотный метод исследования СУ. Частотные характеристики. АФЧХ, ЛАЧХ. Связь преобразования Фурье с преобразованием Лапласа. Непрерывный и дискретный спектры сигналов.

Дробно- рациональные передаточные функции.

Типовые звенья ТАУ. Приведение произвольной передаточной функции к виду соединения типовых звеньев. Физическая реализуемость передаточной функции.

Рассмотрение типовых передаточных функций (звеньев ТАУ) со стандартными характеристиками. Примеры реализации типовых звеньев ТАУ.

Трансцендентные передаточные функции на примере звена чистого запаздывания. Распределённые САУ.

Многомерные САУ.

Передаточные матрицы и описание в пространстве состояний. Нецелесообразность использования многомерных частотных характеристик, целесообразность матричных методов исследования многомерных СУ с использованием ЭВМ. Канонические формы. Управляемость и наблюдаемость.

Структурные схемы САУ. Преобразования структурных схем. Частные передаточные функции.

2.

Устойчивость САУ.

Понятие об устойчивости САУ, как о критерии и методе проектирования СУ. Определение устойчивости асимптотической и по Ляпунову А.М.. Устойчивость линейных систем - вопрос о расположении корней характеристического уравнения. Получение характеристического уравнения для передаточной функции, передаточной матрицы, системы линейных д.у. с постоянными коэффициентами. Теоремы Ляпунова А.М. о связи устойчивости нелинейной и линеаризованной систем.

Критерии устойчивости. Необходимые и достаточные условия устойчивости. Алгебраические и частотные критерии устойчивости. Критерии Гурвица, Михайлова, Найквиста. Устойчивость по ЛАЧХ и ФЧХ. Запас устойчивости по амплитуде и фазе. Влияние звена чистого запаздывания на запас устойчивости.

3.

Точность и качество САУ. Методы повышения точности. Классические методы синтеза корректирующих устройств.


Передаточная функция по ошибке и коэффициенты ошибок в стандартной следящей САУ. Астатизм САУ и методы повышения порядка

астатизма. Связь устойчивости и точности СУ. Обеспечение заданной точности и устойчивости с помощью стандартного ПИД - регулятора. Принцип инвариантности и метод комбинированного управления.

Синтез последовательных и параллельных корректирующих устройств. Метод диаграмм Солодовникова - классический метод последовательной коррекции с использованием частотных характеристик.

Модальный регулятор- метод синтеза САУ в пространстве состояний. Управление объектом при косвенном измерении состояния, задача построения “наблюдателя” - восстановлении состояния объекта. Теорема о разделении задачи построения “наблюдателя” и задачи построения модального регулятора.

4.

Помехи в САУ. Случайные процессы в САУ.


Линейные СУ при действии случайных помех. Восстановление полезного сигнала на фоне шума- задача фильтрации. Оптимальный фильтр Н.Винера. Частотный метод построения стационарного фильтра Винера.

Фильтрация в нестационарных системах. Оптимальный и квазиоптимальный фильтр Р. Калмана. Теорема разделения в задаче фильтрации совместной с управлением.

5.

Оптимальное управление в линейных системах.


Общая постановка задачи линейного оптимального управления. Линейно-квадратичный регулятор. Квазиоптимальный регулятор - упрощённый способ реализации оптимальной системы.

Задача оптимального быстродействия. Теорема Фельдбаума о числе переключений регулятора. Необходимость рассмотрения релейных систем.

6.

Импульсные САУ. Аппарат Z - преобразования.


Дискретные и импульсные системы. Квантование по уровню и по времени. Погрешности квантования по уровню в современных условиях.

Понятие идеального квантователя. Теорема Котельникова-Шеннона о выборке сигнала (квантование по времени). Спектр квантованного сигнала. Фиксатор.

Дискретное преобразование Лапласа и Z - преобразование. Импульсная передаточная функция, её вычисление. Импульсная система в пространстве состояний. Аналого-цифровые САУ. Введение фиктивных квантователей в САУ. Передаточная функция замкнутой импульсной системы.

Определение устойчивости импульсной САУ. Критерии устойчивости.

Точность и методы коррекции импульсных систем.

Реализация импульсной передаточной функции на ЭВМ.

7.

Метод гармонической линеаризации для исследования нелинейных САУ.

Необходимость рассмотрения нелинейных САУ. Чисто нелинейные эффекты в САУ. Типовые нелинейности.

Суть метода гармонической линеаризации. Гипотеза фильтра для линейной части САУ. Вычисление коэффициентов гармонической линеаризации. Эквивалентная передаточная функция нелинейного элемента.

Вычисление параметров автоколебаний с помощью гармонической линеаризации. Колебания в системах без гистерезиса и с гистерезисом. Устойчивость автоколебаний.

8.

Метод фазового пространства для нелинейных систем.


Фазовое пространство нелинейной системы. Фазовая плоскость. Особые точки на фазовой плоскости. Классификация особых точек и построение фазового портрета по особым точкам. Понятие линии переключения на фазовой плоскости. Скользящие режимы.

9.

Устойчивость нелинейных систем. Теория функций А.М. Ляпунова и теория абсолютной устойчивости По'пова.


Функция Ляпунова и её построение. Использование функции Ляпунова в синтезе устойчивых систем. Экспоненциальная устойчивость.

Теория абсолютной устойчивости нелинейных систем. Критерий абсолютной устойчивости Попова и его обобщения- критерии Гелига,

Чо-Нареандры. Абсолютная устойчивость релейных систем. Теорема Лурье об устойчивости нелинейных систем, её использование для синтеза многомерных нелинейных систем.

10.

Оптимальные и адаптивные САУ

Задача адаптации САУ. Адаптивные системы и алгоритмы адаптации. Нелинейный характер адаптивных систем. Самонастраивающиеся системы, как подкласс адаптивных систем. Задача идентификации параметров СУ.

Нелинейные оптимальные системы. Принцип максимума Понтрягина, как общий метод решения вариационных задач с ограничениями. Метод динамического программирования и уравнение Р.Беллмана.



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

10

1.

Информационное обеспечение систем управления.

+

+

+

+

+

+













2.

Автоматизация проектирования.

+

+

+

+

+

+

+

+

+




3.

Автоматизированные информационно- управляющие системы.

+

+

+

+





















5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекц.

Практ.

зан.

Лаб.

зан.

Семин.

СРС

Всего

1.

Введение в дисциплину

2/0.055













2/0.055

2.

Математические модели СУ с непрерывным временем.

16/0.44

8/0.22

6/0.165




18/0.5

48/1.33

3.

Устойчивость САУ.

18/0.5

8/0.22

6/0.165




12/0.33

44/1.22

4.

Точность и качество САУ. Методы повышения точности. Классические методы синтеза корректирующих устройств.

18/0.5

6/0.165

6/0.165




24/0.67

54/1.5

5.

Помехи в САУ. Случайные процессы в САУ.

16/0.44

6/0.165

4/0.11




6/0.165

32/0.88

6.

Оптимальное управление в линейных системах.

12/0.33

6/0.165







6/0.165

24/0.66

7.

Импульсные САУ. Аппарат Z - преобразования.

18/0.5

6/0.165

4/0.11







28/0.77

8.

Метод гармонической линеаризации для исследования нелинейных САУ.

12/0.33

6/0.165










18/0.5

9.

Метод фазового пространства для нелинейных систем.

6/0.165

6/0.165

4/0.11




4/0.11

20/0.55

10.

Устойчивость нелинейных систем. Теория функций А.М. Ляпунова и теория абсолютной устойчивости По'пова.

8/0.22

2/0.055

6/0.165




2/0.055

18/0.5


6. Лабораторный практикум



№ п/п



№ раздела дисциплины



Наименование лабораторных работ

Трудо-емкость

(часы/зачетные единицы)

1.

2

Типовые звенья ТАУ.

Временные и частотные характеристики САУ.

6/0.165

2.

3

Устойчивость и качество типовой САУ с ПИД-регулятором.

6/0.165

3.

4

Анализ системы с запаздыванием в среде Matlab.

6/0.165

4.

5

САУ со случайными помехами в каналах управления и измерения.

4/0.11

5.

7

Исследование спектров квантованных по времени сигналов с помощью программного спектроанализатора.

4/0.11

6.

9

Моделирование нелинейных систем с типовой нелинейностью в среде Matlab.

4/0.11

7.

10

Исследование устойчивости и качества типовой нелинейной САУ.

6/0.165


7. Примерная тематика курсовых проектов

Расчёт типового регулятора в САУ по экспериментальным данным об объекте управления.

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а). Основная литература:

1. Туманов М.П. Учебное пособие курсу “Теория управления. Теория линейных САУ”. Москва, МИЭМ 2005.

2. Туманов М.П. Методические указания к лабораторным работам по курсу “Теория автоматического управления”. Москва, МИЭМ 20083. Туманов М.П.

3. Туманов М.П. Методические указания к курсовому проекту по курсу “Теория автоматического управления”. Москва, МИЭМ 2008.

4. Туманов М.П. Задачи по теории автоматического управления. Часть 1. Москва, МИЭМ 2008


б). Дополнительная литература:

1. Ким Д.П. Теория автоматического управления т.1-2. Москва, Физматлит 2004.

2. Ким Д.П., Дмитриева Н.Д. Сборник задач по теории автоматического управления. Москва, Физматлит 2007.


в) программное обеспечение:

- программное обеспечение кафедры УИИТС МИЭМ для проведения ЛР и КП.

- пакет Matlab версии 6 и выше.

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Компьютерный класс, оснащенный ПК с ОС Windows 2000 и выше.


10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

1. Рекомендуется использование презентаций и распространяемых (скачиваемых) материалов для облегчения процесса передачи контента студентам.

2. Нерационально тратить время практических занятий на изучение пакета Matlab, это изучение переносится на самостоятельную работу.


МИЭМ доцент М.П. Туманов

(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)


Эксперты:

____________________ ___________________ _________________________

(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)


____________________ ___________________ _________________________

(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)

Похожие:

Программа дисциплины \"Теория автоматического управления\" iconРабочая программа дисциплины «теория автоматического управления часть 1»
Цель дисциплины “Теория автоматического управления” – изучение современных методов теории автоматического управления (тау), вопросов...
Программа дисциплины \"Теория автоматического управления\" iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 13. 06 «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте)» по техническим наукам
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: теория автоматического управления, теория передачи сигналов, теория информации,...
Программа дисциплины \"Теория автоматического управления\" iconРабочая программа дисциплины «теория автоматического управления часть 3»
Теория автоматического управления ч. 3” – изучение современных методов теории дискретных систем автоматического управления, в частности...
Программа дисциплины \"Теория автоматического управления\" iconПрограмма учебной дисциплинЫ «теория автоматического управления»
Цели и задачи дисциплины «Теория автоматического управления» (тау) – изучение общих принципов построения и функционирования автоматических...
Программа дисциплины \"Теория автоматического управления\" iconПлан лекционных занятий дисциплины "Теория автоматического управления"
Целью изучения курса является освоение студентами основ теории автоматического управления и математического аппарата моделирования...
Программа дисциплины \"Теория автоматического управления\" iconРабочая программа учебной дисциплины «Теория автоматического управления»

Программа дисциплины \"Теория автоматического управления\" iconТеория автоматического управления. (Управление техническими системами)
Теория автоматического управления (тау) составляет базовую основу кибернетики как науки об управлении. Классическая тау решает задачи...
Программа дисциплины \"Теория автоматического управления\" iconПрограмма учебной дисциплины «теория автоматического управления»
Цели и задачи дисциплины: Изучение методов анализа и синтеза линейных, нелинейных систем и автоматических систем управления (асу)...
Программа дисциплины \"Теория автоматического управления\" iconПрограмма учебной дисциплины «теория автоматического управления»
Цели и задачи дисциплины: Изучение методов анализа и синтеза линейных, нелинейных систем и автоматических систем управления (асу)...
Программа дисциплины \"Теория автоматического управления\" icon«теория автоматического управления»
Страшинин Е. Э. Основы теории автоматического управления. Часть 1: Линейные непрерывные системы управления: Учебное пособие/. Екатеринбург:...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница