«В.А. Климёнов «_»_2012 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЕ ООП 200100 Приборостроение ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ Информационно-измерительная техника и ...»

“УТВЕРЖДАЮ”

Проректор-директор ИНК ТПУ

____________ В.А. Климёнов

«_____»_____________2012 г .

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

НАПРАВЛЕНИЕ ООП 200100 Приборостроение

ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ Информационно-измерительная техника и технологии

КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) бакалавр техники и технологий

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г .

КУРС СЕМЕСТР

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 3

ПРЕРЕКВИЗИТЫ Б2.Б1, Б2.Б2, Б3.Б5, Б3.В3, Б3.Б2, Б3.Б6 КОРЕКВИЗИТЫ Б3.Б7

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

ЛЕКЦИИ 16 час .

ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 16 час .

АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 32 час .

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 58 час .

ИТОГО 90 час ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТА- 5 семестр – зачет ЦИИ ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕ- кафедра АиКС ИК НИЕ ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ профессор, д.т.н. Цапко Г.П .

АиКС РУКОВОДИТЕЛЬ ООП доцент каф. ИИТ ИНК, к.т.н .

Миляев Д.В .

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ доцент каф. АиКС ИК, к.т.н .

Казьмин В.П .

2012 г .

1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины «Основы автоматического управления (ОАУ)» является приобретение студентами знаний, умений и навыков в области управления техническими объектами и процессами с применением современных компьютерных средств и технологий .

Приобретений знаний и умений по пониманию задач управления конкретными техническими объектами, умению разрабатывать функциональные, структурные и принципиальные схемы систем управления, умению анализа и синтеза автоматических систем управления .

2. МЕСТО МОДУЛЯ В СТРУКТУРЕ ООП

Дисциплина «Основы автоматического управления (ОАУ)» (Б3.Б10) является частью общепрофессиональого цикла дисциплин подготовки студентов по направлению 200100 – «Приборостроение» .

Пререквизитами данной дисциплины являются: Математика, Физика, Электротехника, Физические основы электромеханики, Физические основы получения информации, электроника и микропроцессорная техника .

Кореквизиты – Электроника в приборостроении .

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Формируем

–  –  –

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

1. Общекультурные (ОК):

2. способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения, владение культурой мышления (ОК-1 ФГОС);

3. способность логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь, создавать тексты профессионального назначения (ОК-2 ФГОС);

4. способность к личностному развитию и повышению профессионального мастерства (ОК-7 ФГОС);

5. способность применять основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки информации, навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12 ФГОС);

2. Профессиональные (ПК):

способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);

способность собирать и анализировать научно-техническую информацию, учитывать современные тенденции развития и использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии в профессиональной деятельности (ПК-2);

способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ПК-3);

способность применять современные программные средства для разработки и редакции проектно-конструкторской и технологической документации, владение элементами начертательной геометрии и инженерной графики (ПК-6);

способность рассчитывать и проектировать элементы и устройства, основанные на различных физических принципах действия (ПК-7);

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Содержание разделов дисциплины:

4.1.1. Введение и общие принципы построения систем автоматического управления (САУ) Основные понятия и определения. Управление ручное, автоматическое, автоматизированное. Классификация систем автоматического управления по различным признакам .

Разомкнутые системы управления, системы с управлением по отклонению и управлением по возмущению. Классификация моделей, применяемых для описания систем автоматического управления и их элементов. Задачи анализа и синтеза систем управления. Метод пространства состояний. Управляемость, наблюдаемость .

4.1.2. Анализ одномерных линейных САУ Временные, частотные и логарифмические частотные характеристики звеньев и систем. Типовые динамические звенья САУ и их характеристики во временной и частотной областях. Структурные схемы САУ и их преобразование. Передаточные функции замкнутой, разомкнутой системы, по задающему воздействию, по возмущению, по ошибке 4.1.3. Устойчивость линейных САУ Понятие об устойчивости САУ. Алгебраические критерии устойчивости. Графоаналитические (частотные критерии устойчивости). Критерий устойчивости Михайлова .

Критерий устойчивости Найквиста. Определение устойчивости САУ по логарифмическим частотным характеристикам. Определение и построение областей устойчивости САУ .

4.1.4. Качество процессов управления Анализ свойств САУ в стационарном статическом режиме. Способы повышения точности САУ. Качество переходных процессов в САУ. Критерии качества переходных процессов: частотные, корневые, интегральные. Понятия чувствительности и инвариантности систем управления. Методы коррекции свойств САУ .

4.1.5. Нелинейные, дискетные, цифровые системы управления) Понятие о нелинейных системах. Математические методы, используемые для анализа и синтеза нелинейных систем Понятие о дискретных системах. Математическое описание дискретных систем. Zпреобразование и его использование для описания дискретных систем. Разностные уравнения. Методы оценки устойчивости дискретных САУ .

Цифровые, микропроцессорные системы автоматического управления .

Автоматизированные системы управление. Назначение, структуры, технические и программные средства .

4.2 Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения приведена в таблице 1 .

–  –  –

6. ОРГАНИЗАЦИЯ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

6.1 Самостоятельную работу студентов (СРС) можно разделить на текущую и творческую .

Текущая СРС – работа с лекционным материалом, подготовка к лабораторным и контрольным работам; опережающая самостоятельная работа; изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку; подготовка к зачету .

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) – поиск, анализ, структурирование и презентация информации по темам рефератов .

Содержание самостоятельной работы студентов6.2

№ Тема реферата Математические модели элементов автоматических систем 1 .

Математические модели электромеханических элементов АС 2 .

Частотные характеристики систем 3 .

Структурные схемы САУ и их преобразование 4 .

Статические и астатические САУ 5 .

Свойства особенности нелинейных систем 6 .

Графы в задачах преобразования структурных схем САУ 7 .

Дискретные САУ Микропроцессорные САУ 9 .

Автоматизированные САУ 10 .

6.3 Контроль самостоятельной работы

Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм:

самоконтроль и контроль со стороны преподавателя .

Самоконтроль в обучающей программе, контроль знаний, полученных с помощью обучающей программы .

Подготовка реферата по темам, вынесенным на самостоятельное изучение, и выступление с докладом .

По результатам текущего и рубежного контроля формируется допуск студента к зачету. Зачет проводится в устной форме и оценивается преподавателем .

Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов 6.4

Для самостоятельной работы студентов используются сетевые информационные и образовательные ресурсы:

1. Математический пакет Mathcad 14

2. Математический пакет Matlab

3. http://portal.tpu.ru - персональный сайт преподавателя дисциплины Казьмина В.П .

4. Методические указания по разделам курса и по выполнению лабораторных работ на сервере кафедры АиКС – \\Server\student\For students\Казьмин В.П .

5. http://www.twirpx.com/

6. http://exponenta.ru

7. СРЕДСТВА (ФОС) ТЕКУЩЕЙ И ИТОГОВОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОСВОЕНИЯ

МОДУЛЯ

7.1. Текущий контроль

Текущий контроль изучения дисциплины состоит из следующих видов:

контроль усвоения теоретического материала – проведение контрольных работ .

Контроль выполнения и защита лабораторных работ .

По результатам проведенных видов контроля формируется допуск студента к итоговому контролю – зачету .

7.2. Итоговый контроль

Примерный перечень вопросов к зачету:

1. Историческая справка развития автоматики, автоматических систем управления .

2. Основные понятия ТАУ. Объект управления (ОУ), классификация (виды) ОУ .

Управляющее устройство (УУ). Информационные процессы в системах управления (СУ) .

3. Принципы управления: разомкнутое управление, управление по возмущению, управление по отклонению, комбинированное управление. Особенности, достоинства, недостатки .

4. Функциональные схемы систем автоматического управления (САУ), автоматического регулирования (САР), основные функциональные элементы САУ, САР .

5. Классификация САУ по назначению: системы стабилизации, программного управления, следящие, оптимального, экстремального управления, самонастраивающиеся .

6. Понятие статических и астатических звеньев .

7. Понятие статических и астатических САУ. Особенности, нагрузочные характеристики. Понятие статизма системы .

8. Математическое описание САУ. Понятие передаточной функции (W(S)), способы определения W(S). Суть метода пространства состояний. Понятия наблюдаемость и управляемость .

9. Структурные схемы САУ. Правила преобразования структурных схем .

10. Динамические характеристики звеньев и систем: временные характеристики звеньев и систем: h(t) и (t); частотные характеристики звеньев и систем: АФЧХ, АЧХ, ФЧХ, ВЧХ, МЧХ .

11. Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ

12. Определение W(S) по виду ЛАЧХ минимально-фазовой системы .

13. Основные требования к САУ: устойчивость, точность, качество .

14. Устойчивость САУ, способы определения устойчивости САУ .

15. Критерии устойчивости: алгебраические (Рауса, Гурвица, Льенара – Шипара);

частотные (Михайлова, Найквиста) .

16. Определение устойчивости САР по ЛЧХ .

17. Понятие запасов устойчивости САУ по амплитуде и по фазе и способы их определения .

18. Понятие D – разбиения .

19. Точность САУ в стационарном статическом режиме. Методы повышения статической точности САУ. Компенсация ошибок от управляющего и возмущающего воздействий .

а - Точность САУ в стационарном динамическом режиме; коэффициенты ошибок .

20. Качество систем управления. Основные показатели качества. Прямые и косвенные оценки качества САУ (корневые, частотные, интегральные) .

21. Основные законы регулирования линейных непрерывных систем .

22. Понятие задач анализа и синтеза .

23. Синтез непрерывных линейных систем управления .

24. Нелинейные системы управления, их особенности .

25. Способы преобразования непрерывных сигналов в дискретные. Виды квантования: по времени, по уровню, одновременное квантование по уровню и по времени .

Понятие и виды импульсной модуляции .

26. Дискретные системы управления: импульсные, релейные, цифровые .

27. Микропроцессорные САУ. Основные понятия, особенности .

Задачи по темам:

1. Составление функциональных схем САУ по принципиальным схемам, объяснение принципов их работы, построение нагрузочных характеристик систем управления .

2. Определение W(S) по принципиальным схемам звеньев САУ .

3. Составление структурных схем САУ по заданным дифференциальным уравнениям элементов САУ .

4. Преобразование структурных схем САУ .

5. Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ по заданной W(S) .

6. Определение W(S) по заданным ЛАЧХ минимально-фазовых систем .

7. Определение устойчивости САУ, запасов устойчивости (по ЛЧХ, критериям устойчивости, путем вычисления корней характеристического уравнения) .

8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОДУЛЯ

Основная литература:

1. Казьмин В.П. Основы автоматического управления [Электронный ресурс]: учебное пособие / В. П. Казьмин, Е. М. Яковлева, В. С. Аврамчук.- Томск: Изд-во ТПУ, 2011 .

2. Ерофеев А.А Теория автоматического управления: Учебник для вузов.- СПБ.: Политехника, 2008 –302 с .

3. Ким Д.П., Дмитриева Н.Д. Сборник задач по теории автоматического управления. Линейные системы.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008 .

4. Шишмарев В.Ю. Основы автоматического управления: учебное пособие для вузов: М.:

Академия, 2008.–352с. ил .

5. Теория автоматического управления для «чайников» К.Ю. Поляков: Санкт–Петербург, 2008 .

6. Рощин А.В. Основы теории автоматического управления: Учебное пособие. - М.:

МГУПИ, 2007. - 100 с .

Дополнительная литература:

7. Теория автоматического регулирования: Учебное пособие для вузов / А.С. Востриков, Г.А. Французова.– М.: Высш. школа, 2004.– 366 с .

8. Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы. – СПБ.: Питер, 2005. – 336 с.: ил. (Серия «Учебное пособие») .

9. Основы теории управления: учебное пособие для вузов / В.П. Кочетков. – Абакан: Издво Хакасского гос.ун-та, 2001. – 264 с .

10. Шандров Б.В. Технические средства автоматизации: учебник / Б. В. Шандров, А. Д .

Чудаков. — 2-е изд., стер.. — Москва: Академия, 2010. — 362 с. — Высшее профессиональное образование. Автоматизация и управление. — Библиогр.: с. 358

Программное обеспечение и Internet-ресурсы:

1. Математический пакет Mathcad 14

2. Математический пакет Matlab

3. http://portal.tpu.ru - персональный сайт преподавателя дисциплины Казьмина В.П .

4. Методические указания по разделам курса и по выполнению лабораторных работ на сервере кафедры АиКС – \\Server\student\For students\Казьмин В.П .

5. http://www.twirpx.com/

6. http://exponenta.ru

9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОДУЛЯ

Лабораторные занятия проходят в компьютерном классе, оснащенном 10-ю компьютерами .

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 200100 «Приборостроение». Программа одобрена на заседании кафедры автоматики и компьютерных систем.