АТП ТАУ заоч

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уфимский государственный авиационный технический университет»

Кафедра Промышленная автоматика



Утверждаю
Проректор по учебно-методической работе
___________________________Газизов Р.К.

“____”______________20. г



РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«теория автоматического управления»

Направление подготовки
220700 Автоматизация технологических процессов и производств
(код и наименование направления подготовки)

Профиль подготовки
Автоматизация технологических процессов и производств
(наименование профиля подготовки)

Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр


Форма обучения
заочная


Уфа 2013



Рабочая программа дисциплины «Теория автоматического управления» /сост. Л.Н. Грачева – Уфа: УГАТУ, 2013. - 16 с.


Рабочая программа предназначена для преподавания дисциплины базовой части профессионального цикла студентам заочной формы обучения по направлению подготовки 220700 Автоматизация технологических процессов и производств в 6, 7 семестрах.
Рабочая программа составлена с учетом Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 220700 Автоматизация технологических процессов и производств, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от "25" октября 2011 г. № 2520.

Составитель ____________________ Л.Н. Грачева
25.05.2013 г. (подпись)


















( Грачева Л.Н., 2013


( УГАТУ, 2013

Содержание

1 Цели и задачи освоения дисциплины........................................4


2 Место дисциплины в структуре ООП ВПО......................................4


3 Требования к результатам освоения содержания дисциплины..........................4


4 Содержание и структура дисциплины (модуля)...................................7


4.1 Содержание разделов дисциплины.....................................................................7


4.2 Структура дисциплины......................................................................................10


4.3 Лабораторные работы............................11


4.4 Практические занятия (семинары)........................12


4.5 Курсовой проект (курсовая работа)..................................................................13


4.6 Самостоятельное изучение разделов дисциплины......................14


5 Образовательные технологии...............................................................................14


5.1 Интерактивные образовательные технологии, используемые в аудиторных       занятиях...............................................................................................................14


6 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной     аттестации.............................................................................................................14


7 Учебно-методическое обеспечение дисциплины (модуля)...............................14


7.1 Основная литература..............................14


7.2 Дополнительная литература.....15


7.3 Интернет-ресурсы...............................................................................................15


7.4 Методические указания к лабораторным занятиям .......................................15


7.5 Методические указания к практическим занятиям ........................................15


7.6 Методические указания к курсовому проектированию и другим видам       самостоятельной работы. ..................................................................................15


7.7 Программное обеспечение современных информационно-      коммуникационных технологий ......................................................................15


8 Материально-техническое обеспечение дисциплины...........15


Лист согласования рабочей программы дисциплины...........16


Цели и задачи освоения дисциплины
Цели освоения дисциплины (модуля):
изучение методов анализа и синтеза автоматических систем регулирования и управления.
Задачи:
Получение теоретических знаний о составе, основных функциях и принципах действия автоматических и автоматизированных систем регулирования и управления, получение навыков расчета математических моделей, параметрического и структурного синтеза, анализа устойчивости динамических систем, имитационного моделирования динамическихсистем в программных средах.
Место дисциплины в структуре ООП ВПО
Дисциплина относится к дисциплинам базовой части учебного цикла – Б3 Профессиональный цикл.
Изучению теории автоматического управления предшествует изучение физики, математики, электротехники и электроники, прикладной механики и технических измерений и приборов.
Знания, умения, навыки, полученные в ходе изучения дисциплины «Теория автоматического управления», необходимы для успешного освоения дисциплин «Оборудование автоматизированных технологических процессов и производств», «Моделирование систем и производств», «Автоматизация технологических процессов и производств» и т.д.
3. Требования к результатам освоения содержания дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО и ООП ВПО по данному направлению подготовки 220700 Автоматизация технологических процессов и производств:
а) общекультурных (ОК):
способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения, владеет культурой мышления (ОК-1);
способность участвовать в постановке целей проекта (программы), его задач при заданных критериях, целевых функциях, ограничениях, разработке структуры их взаимосвязей, определении приоритетов решения задач с учётом правовых и нравственных аспектов профессиональной деятельности (ОК-10).
б) профессиональных (ПК):
способен применять современные программные средства для разработки и редакции проектно-конструкторской и технологической документации, владение элементами начертательной геометрии и инженерной графики (ПК-6);
способность участвовать в разработке математических и физических моделей процессов и производственных объектов (ПК-17);
способность выполнять работы по расчету и проектированию средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний, управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством в соответствии с техническими заданиями и использованием стандартных средств автоматизации расчетов и проектирования (ПК-18);

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
классификацию систем автоматического управления (САУ) и методов теории автоматического управления (ТАУ);
критерии выбора методов теории управления;
кибернетические свойства объектов и САУ;
методы преобразования и обработки сигналов в каналах САУ;
логическую связь между «Теорией автоматического управления технологическими процессами» и другими дисциплинами направления 220700 и преемственность знаний, умений, навыков;
технологию компьютерного эксперимента;
методологические основы математического моделирования САУ;
методологические основы функционирования и синтеза САУ;
основные методы анализа САУ во временной и частотных областях, способы синтеза САУ;
основные показатели устойчивости качества и точности САУ;
типовые пакеты прикладных программ для анализа динамических систем и автоматизированного расчета их характеристик;
методы формализации и математической постановки задач управления;
место задач теории автоматического управления в проектировании систем автоматизации и управления.
Уметь:
рассматривать технологические процессы и оборудование как объекты управления;
определять кибернетические свойства объектов и систем управления;
выбирать математические аппараты и методы для формализованного описания, анализа и синтеза систем управления;
применять математические аппараты, законы физики и методы исследования электрических и механических систем для решения задач автоматизации и управления;
применять методы математического моделирования для описания линейных, нелинейных, дискретных, непрерывных, стохастических, многомерных САУ;
корректно (с учетом допущений) применять критерии и методы теории автоматического управления;
определять динамические и статистические характеристики САУ;
проводить анализ САУ: оценивать показатели устойчивости точности, качества САУ;
определять пути повышения эффективности САУ;
применять вычислительную технику и пакеты программ для моделирования и исследования эффективности систем управления и автоматизированного расчета их характеристик;
формулировать требования к системам управления, цели и задачи управления;
понимать информационную связь между задачами теории автоматического управления и задачами других этапов проектирования САУ.
Владеть:
обобщения, анализа информации, преобразования и обработки сигналов с применением методов теории автоматического правления;
выбора путей решения задач автоматизации и управления.
использования основных законов естественнонаучных дисциплин и методов компьютерного эксперимента для математического моделирования, анализа и синтеза САУ;
построения математических моделей объектов управления и САУ;
анализа и построения систем управления системами и процессами и расчета параметров регуляторов с применением стандартных средств автоматизации расчетов и проектирования;
формализованной постановки целей и задач автоматизации с применением теории автоматического управления.
Приобрести опыт деятельности:
анализ и синтез динамических систем;
работа в программной среде имитационного моделирования.
4. Содержание и структура дисциплины (модуля)
4.1 Содержание разделов дисциплины
№ раздела
Наименование раздела
Содержание раздела
Форма текущего контроля

1
2
3
4

1
Основные понятия и определения
Предмет, цель и назначение дис-циплины. История развития теории автоматического управления. Основные понятия и определения. Задачи теории управления. Клас-сификация САУ. Информация в САУ и принципы управления. Функциональные и структурные схемы САУ: примеры САУ техническими, экономическими и организационными объектами.
ПЗ, РК

2
Динамические модели и характеристики элементов и САУ
Поведение объектов и САУ. Линейные непрерывные модели и характеристики САУ. Модели вход-выход: дифференциальные уравнения, передаточные функции, временные и частотные харак-теристики. Типовые динамические звенья САУ. Способы соединения линейных динамических звеньев. Правила структурных преобразо-ваний. Модели вход-состояние-выход. Преобразования форм представления моделей.
КР, ЛБ, РК

3
Анализ линейных САУ
Понятие устойчивости. Необходи-мое и достаточное условие устой-чивости. Теорема А.М. Ляпунова об устойчивости. Критерии устойчивости Гурвица, Рауса, Михайлова, Найквиста. Анализ устойчивости по ЛЧХ. Исследова-ние устойчивости систем с запаздыванием. Показатели качест-ва процесса управления: прямые и косвенные методы оценки показа-телей качества процесса. Инте-гральные оценки качества. Стати-ческие и астатические системы. Точность САУ в установившемся режиме. Порядок астатизма САУ. Повышение точности САУ в установившихся режимах работы. Основные виды корректирующих устройств и их влияние на качество процесса управления. П, ПИ, ПИД - регуляторы.
КР, ЛБ, ПЗ, РК

4
Синтез линейных систем
Постановка задачи синтеза линей-ных САУ. Метод синтеза по ЛЧХ. Физическая реализуемость переда-точных функций корректирующих устройств. Аналитические методы синтеза линейных систем.
ПЗ, РК


5
Дискретные САУ
Нелинейные САУ
Понятие о дискретных системах. Классификация дискретных сис-тем. Импульсные линейные САУ. Виды модуляции. Линейные диск-ретные модели САУ. Импульсный элемент и его уравнения. Приве-денная непрерывная часть системы. Дискретная передаточная функция импульсного элемента. Решетчатые функции и разностные уравнения. Дискретное преобразо-вание Лапласа. Z – преобразование. Анализ устойчивости импульсных систем. Критерии устойчивости. Анализ качества импульсных систем. Понятие цифровой САУ (ЦСАУ). Преобразователи непре-рывных величин в цифровой код и обратно (ЦАП и АЦП). Струк-турные схемы ЦСАУ. Математи-ческие модели элементов ЦСАУ. Анализ устойчивости и качества ЦСАУ. Синтез дискретных САУ.
Понятие нелинейной системы. Ти-повые нелинейности САУ. Основ-ные способы соединения нелиней-ных звеньев.
Анализ равновесных режимов. Анализ поведения САУ на фазовой плоскости. Понятие и классифи-кация устойчивости нелинейных систем. Анализ устойчивости поло-жения равновесия. Частотный ме-тод исследования абсолютной ус-тойчивости. Исследование перио-дических режимов. Методы анали-за показателей качества процессов управления в нелинейных САУ.
ЛБ, РК


6
Многомерные САУ. Оптимальные САУ.
Методы управ-ления в условиях неопределенности.
Математическое описание САУ методом переменных состояния. Уравнения динамики многомерных САУ. Управляемость и наблюда-емость систем.
Постановка задач оптимального управления. Критерии оптималь-ности. Методы синтеза оптималь-ного управления. Классическое вариационное исчисление. Метод динамического программирования Беллмана. Принцип максимума Понтрягина. САУ оптимальные по быстродействию, оптимальные по расходу ресурсов и расходу энергии. Аналитическое конструи-рование оптимальных регуляторов. Модели и характеристики случайных сигналов. Анализ линейных стохастических систем при стационарных случайных воздействиях.
Синтез стохастических САУ при стационарных случайных воздейст-виях. Понятие о робастных, адаптивных и интеллектуальных системах.
РК

4.2 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 11 зачетных единиц (396 часов).
Таблица 2 – Трудоемкость дисциплины по семестрам и видам работ
Вид работы
Трудоемкость, часов


6 семестр
7 семестр
Всего

Общая трудоемкость
252
144
396

Аудиторная работа:
28
18
46

Лекции (Л)
10
8
18

Практические занятия (ПЗ)
10
2
12

Лабораторные работы (ЛР)
8
8
16

Самостоятельная работа:
188
90
278

Курсовой проект (КП), курсовая работа (КР)
36

36

Расчетно - графическое задание (РГЗ)

9
9

Самостоятельное изучение разделов
40
25
65

Контрольная работа (К)




Самоподготовка (проработка и повторение лекционного материала и материала учебников и учебных пособий, подготовка к лабораторным и практическим занятиям, коллоквиумам, рубежному контролю и т.д.),
112
56
168

Подготовка и сдача экзамена
36
36
74

Подготовка и сдача зачета




Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

экзамен
экзамен


Разделы дисциплины, изучаемые в _6_ семестре

раз-
дела
Наименование разделов
Количество часов



Всего
Аудиторная
работа
Вне-
ауд.
работа
СР




Л
ПЗ
ЛР


1
Основные понятия и определения
14
2
2

10

2
Динамические модели и характеристики элементов и САУ
90
2

6
82

3
Анализ линейных САУ
112
6
8
2
96


Итого:
216
10
10
8
188


Разделы дисциплины, изучаемые в _7_ семестре


раз-
дела
Наименование разделов
Количество часов



Всего
Аудиторная
Работа
Вне-ауд. работа
СР




Л
ПЗ
ЛР


4
Синтез линейных систем.
56
4
2

50

5
Дискретные САУ. Нелинейные САУ
30
2

8
20

6
Многомерные САУ. Оптимальные САУ. Методы управления в условиях неопределенности
22
2


20


Итого:
108
8
2
8
90


Всего:
324
18
12
16
278

4.3 Лабораторные работы

ЛР

раздела
Наименование лабораторных работ
Кол-во часов

1
2
Изучение программных продуктов для численного моделирования САУ. Исследование временных и частотных характеристик типовых динамических звеньев
4

2
2
Анализ устойчивости линейной непрерывной системы автоматического управления.
2

3
3
Синтез ПИД-регулятора.

2

4
5
Анализ и синтез дискретной системы автоматического управления
4

5
5
Нелинейные системы управления.

2

6
5
Статические характеристики в нелинейных САУ.

2



Итого:
16

4.4 Практические занятия (семинары)

занятия

раздела
Тема
Кол-во часов


1
Разработка функциональной схемы САУ. Классификация САУ.
1


1
Структурные схемы линейных непрерывных САУ и их преобразования
1


3
Анализ точности и качества.
2


3
Частотные характеристики и критерии устойчивости линейных систем.
2


3
Алгебраические критерии устойчивости линейных систем.
2


3
Управляемость и наблюдаемость линейных САУ.
2


4
Построение электронных схем регуляторов в линейных САУ.
1,5


4
Исследование нелинейных САУ методом фазовой плоскости
0,5



Итого:
12

4.5 Курсовой проект (курсовая работа)

Задачи курсовой работы
Форма представления результатов решения задач
Затраты
Времени
(час)

1
Анализ свойств предложенного для автоматизации технологического процесса как объекта управления.
Модель объекта управления с указанием целей управления, управляющих, выходных координат, состояний объекта управления, возмущающих воздействий.



2

2
Составление математических моделей элементов нескорректированной части системы и расчет параметров моделей
Описание в виде передаточных функций или в пространстве состояния элементов нескорректированной части САУ
8

3
Анализ временных и частотных характеристик объекта управления, управляемости и наблюдаемости системы
Графическое представление характеристик.
6

4
Синтез закона управления. Разработка структуры регулятора.
Математическая модель регулятора
12

5
Имитационное моделирование САУ технологическим процессом.
Схема моделирования, графики переходных процессов
10

6
Оценка устойчивости, показателей качества и точности работы синтезированной системы управления
Количественная оценка показателей точности и качества системы управления
6

7
Предложить схемотехническое решение для реализации регулятора
Электрическая принципиальная (или функциональная) схема регулятора. Значения параметров элементов схемы.
6

4.6 Самостоятельное изучение разделов дисциплины

раздела
Вопросы, выносимые на самостоятельное изучение
Кол-во часов

1
Эволюция автоматических и автоматизированных систем управления
10

2
Временные и частотные характеристики типовых динамических звеньев
10

3
Основные виды корректирующих устройств и их влияние на качество процесса управления. П, ПИ, ПИД - регуляторы.
10

6
Классическое вариационное исчисление. Метод динамического программирования Беллмана. Принцип максимума Понтрягина. САУ оптимальные по быстродействию, оптимальные по расходу ресурсов и расходу энергии.
10

6
Модели и характеристики случайных сигналов; корреляционные функции и спектральные плотности случайного процесса.
10

6
Прохождение случайных сигналов через линейные звенья. Анализ линейных стохастических систем при стационарных случайных воздействиях. Вычисление дисперсии ошибки и среднеквадратической ошибки.
15


Итого:
65

5. Образовательные технологии
5.1 Интерактивные образовательные технологии, используемые в аудиторных занятиях

Таблица 6 – Распределение интерактивных технологий по видам занятий
Семестр
Вид занятия
(Л, ПЗ, ЛР)
Используемые интерактивные
образовательные технологии
Количество
часов

1
Л
проблемная
4


Л
визуализация
6

2
Л
проблемная
4


Л
визуализация
4

Итого:
18

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации
Оценка уровня освоения дисциплины осуществляется в виде текущего, рубежного и промежуточного контроля успеваемости студентов университета, и на основе критериев оценки уровня освоения дисциплины.


п/п
Вид
контроля
Форма
контроля
Фонды
оценочных средств
Место
размещения

1
Текущий контроль
Решение задач
Комплект заданий по теме
УМК по дисциплине

2
Рубежный контроль
Защита лабораторных работ
Форма отчета по лабораторной работе
УМК по дисциплине, МУ по выполнению лабораторных работ



Выполнение курсовой работы
Варианты заданий
УМК по дисциплине. МУ по выполнению КР

3
Промежуточный контроль по дисциплине
экзамен
Вопросы к экзамену
УМК по дисциплине

7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины (модуля)
7.1 Основная литература.
Бесекерский, В. А. Теория систем автоматического управления / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов . 4-е изд., перераб. и доп. СПб. : Профессия, 2004 . 752 с. : ил. ; 25 см . (Специалист) . Библиогр.: с. 744-747 (101 назв.) . ISBN 5-9
Востриков А.С. Теория автоматического регулирования: Учеб. пособие / Востриков А.С., Французова Г.А. – М.: Высшая школа, 2007. –365с.
Дорф Р. Современные системы управления / Дорф Р., Бишоп Р. Пер. с англ. Б.И. Копылова. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2008. –832с.
7.2 Дополнительная литература
Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 5-и т.т./ Под ред. К.А. Пупкова, Н.Д.Егупова.– М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.
7.3 Интернет-ресурсы
На сайте библиотеки [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] в разделе «Информационные ресурсы», подраздел «Доступ к БД» размещены ссылки на интернет-ресурсы.

7.4 Методические указания к лабораторным занятиям
1. Грачева Л.Н., Лабораторный практикум, (электр), 2012г.
7.5 Методические указания к практическим занятиям
1. Грачева Л.Н., Методических указаний к практическим занятиям (электр).
7.6 Методические указания к курсовому проектированию и другим видам самостоятельной работы.
1. Грачева Л.Н., Методические указания к выполнению курсовой работы (электр), 2012 г.
7.7 Программное обеспечение современных информационно-коммуникационных технологий
- демонстрационная версия MATLAB (базовый MATLAB, Simulink, Control system toolbox, Symbolic Math Toolbox).
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лекционный курс и практические занятия должны проводиться в специализированном кабинете – ауд. 310,
Лабораторный практикум должен проводиться в ауд. 133, 204а, 204б или 420, оборудованных ПК с программным обеспечением, указанным в п. 7.6., ауд. 201, оборудованной стендом « », ауд. 304, оборудованной стендом «Изучение принципов регулирования теплофизических процессов»
Технические средства обучения:
Мультимедийные проектор, ПК, фонд презентаций по лекционным материалам, задачи для практических занятий, варианты курсовой работы.
 На курсовой проект (работу) выделяется не менее одной зачетной единицы (36 часов)
 Только для заочной формы обучения
 При наличии экзамена по дисциплине










13 PAGE \* MERGEFORMAT 141015




Заголовок 1 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 6(ђ Заголовок 7(ђ Заголовок 915

Приложенные файлы

  • doc 8830279
    Размер файла: 195 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий