Реферат: Программа дисциплины для студентов дисциплины " Теория линейных систем автоматического регулирования " для специальности 050702 Автоматизация и управление

Программа дисциплины

для студентов





Форма

Ф СО ПГУ 7.18.2/07


Министерство образования и науки Республики Казахстан


Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова


Кафедра Автоматизации и управления


ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ


дисциплина Теория линейных систем автоматического регулирования


специальности 050702 – Автоматизация и управление


Павлодар

Лист утверждения

к программе дисциплины

для студентов





Форма

Ф СО ПГУ 7.18.2/11


УТВЕРЖДАЮ

Декан энергетического факультета

____________ Кислов А.П.

«____»______________200_г.


Составитель: профессор, д.т.н. _____________ Бороденко В.А.


Кафедра Автоматизации и управления


^ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ДЛЯ СТУДЕНТОВ


дисциплины "Теория линейных систем автоматического регулирования"


для специальности 050702 – Автоматизация и управление


Программа разработана на основании рабочей учебной программы,
утвержденной " __ " _______ 200_ г.


Рекомендована на заседании кафедры 29.08.2007 г.

Протокол № 1


Заведующий кафедрой _________ Хацевский В.Ф.


Одобрена методическим советом Энергетического факультета

01.09.2006 г. Протокол № 15.


Председатель МС _________ Кабдуалиева М.М.


СОГЛАСОВАНО


Заведующий кафедрой _________ Хацевский В.Ф.

" 29 " августа 2007 г.


Теория линейных систем

автоматического регулирования


Кафедра Автоматизации и управления.

Энергетический факультет.

Профессор, д.т.н. Бороденко Виталий Анатольевич (лекционные и практические занятия).

Приемные часы: четверг с 14.30 до 15.00 часов, кабинет А-333.

Ассистент, м.т.н. Жантлесова Асемгуль Бисимбаевна (лабораторные занятия).

Приемные часы: пятница с 10.00 до 15.00.

Данные о дисциплине:


Название: «Теория линейных систем автоматического регулирования».

Количество часов – 135.

Курс читается в 5 семестре.

В течение 5 семестра предусмотрено 18 часов лекционных, 18 часов практических, 18 часов лабораторных, 81 час самостоятельных занятий.

Место проведения занятий - согласно расписанию.

Форма контроля по дисциплине - экзамен.


Пререквизиты:

Для изучения дисциплины необходимо знание предметов:

- Физика - разделы: Электричество. Магнетизм;

- Математика - разделы: Решение дифференциальных уравнений. Функции комплексных переменных. Показательные функции. Численные методы решения дифференциальных уравнений. Преобразование Фурье-Лапласа. Действия с векторами и матрицами;

- Информатика - разделы: Программирование. Методы решения систем уравнений на ЭВМ. Прикладное программное обеспечение. MS Office.

Цели изучения дисциплины:

Целью преподавания ТЛСАР является подготовка высококвалифици­рованного специалиста, глубоко знающего основы теории автоматического управления и умеющего выполнять расчетные работы по созданию и внедрению в эксплуатацию автоматических систем с широким использованием средств современной компьютерной техники.


В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

- роль и место автоматических систем в задачах автоматизации технических объектов и производств;

- историю развития дисциплины;

- основные принципы и схемы автоматического управления, основные типы систем автоматического управления (САУ), их математическое описание и основные задачи исследования;

- роль, содержание и методы линейной теории систем; методы пространства состояний и комплексной области;

- фундаментальные математические основы анализа процессов в линейных системах, в частности, методы линейной алгебры, теории матриц, дифференциальных уравнений, интегральных преобразований и теории функции комплексного переменного.


В результате изучения дисциплины студенты должны уметь:

- применять математические методы для анализа общих свойств линейных систем, на этой основе владеть методами анализа и синтеза линейных систем автоматического управления;

- выполнять расчетные работы по анализу устойчивости и качества систем, синтезу параметров и корректирующих звеньев по заданным требованиям к качеству функционирования систем.


^ Список основной и дополнительной литературы


Основная литература


1 Ерофеев А.А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Политехника, 2005. – 302 с.

2 Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы. – СПб.: Питер, 2005. – 336 с.

3 Бороденко В.А. Практический курс теории линейных систем автоматического регулирования. – Павлодар : Изд-во ПГУ, 2007. – 260 с.

4 Бороденко В.А. Теория автоматического управления. Лабораторный практикум. – Павлодар : Изд-во ПГУ, 2004. – 15 с.


Дополнительная литература


5 Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления: Под ред. В.А. Бесекерского. – 5-е изд. – М.: Наука, 1978. – 512 с.

6 Электрические системы. Математические задачи электроэнергетики: Учебник для студентов вузов / Под ред. В.А. Веникова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1981. – 288 с.


Компоненты курса


Перечень практических занятий

Тема 1. Составление функциональных схем по принципиальным схемам САР.

Тема 2. Математическое описание САР.

Тема 3. Типовые звенья САР.

Тема4. Основные правила составления и преобразования структурных схем и определение передаточных функций систем.

Тема 5. Построение логарифмических частотных характеристик звеньев и систем.

Тема 6. Исследование устойчивости стационарных линейных САУ.

Тема 7. Определение переходных процессов с помощью обратного преобразования Лапласа.

Тема 8. Построение графика переходного процесса по вещественным частотным характеристикам системы (методы трапеций и треугольников).

Тема 9. Методы оценки качества регулирования линейных систем.

Тема 10. Синтез корректирующих устройств по логарифмическим амплитудно-частотным характеристикам.


Перечень лабораторных занятий

Тема 1. Исследование временных характеристик фильтра.

Тема 2. Исследование частотных характеристик фильтра.

Тема 3. Исследование устойчивости по критерию Михайлова.

Тема 4. Выбор параметров регулятора методом D-разбиения.

Тема 5. Коррекция системы методом корневого годографа.

Тема 6. Исследование прямых оценок качества регулирования.

Тема 7. Оценка запасов устойчивости системы регулирования.




Тематический план

дисциплины




Форма

Ф СО ПГУ 7.18.2/07




^ Тематический план дисциплины







Очная форма обучения на базе ОСО







№

^ Наименование тем

Количество часов







пп




лек.

прак.

лаб

СРС







1

Автомат. системы и задачи теории управления и регулирования

3

3

3

6







2

Модели, основы анализа и общие свойства стационарных непре­рывных линейных систем

3

3

3

10







3

Критерии и области устойчивости обыкновенных непрерывных стационарных систем

3

3

3

10







4

Переходные процессы и качество непрерывных стационарных сис­тем управления

3

3

3

10







5

Системы с запаздыванием и распределенными параметрами

3

3

3

10







6

Обеспечение устойчивости, повышение качества регулирования и синтез линейных САУ

3

3

3

10










Курсовая работа

-

-

-

25







ИТОГО по дисциплине

18

18

18

81




^ Содержание теоретического курса


Тема 1. Автоматические системы и задачи теории управления и регули­рования

Управление и регулирование в технике, объекты и системы автоматиче­ского управления (САУ). Принципы построения САУ. Функциональное описа­ние САУ и их элементов. Классификация САУ по назначению и принципам ра­боты. Системы стабилизации, программного управления и следящие системы.

Статические и динамические модели САУ и их звеньев. Дальнейшая классификация САУ по их свойствам и математическому описанию: обыкно­венные системы и системы с распределенными параметрами, непрерывные и дискретные, детерминированные и стохастические, одномерные и многомер­ные, линейные и нелинейные, оптимальные и адаптивные системы.

Тема 2. Модели, основы анализа и общие свойства стационарных непре­рывных линейных систем

Стационарные линейные системы, модели временной области, линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами в нормальной форме Коши.

Модели комплексной области. Передаточные функции. Матрица переда­точных функций как матрица линейного преобразования «вход-выход» в изо­бражениях. Матрица передаточных функций системы, заданной в нормальной форме Коши. Присоединенная матрица и характеристический полином сис­темы.

Структурные схемы и графы стационарных систем. Одномерные и мно­гомерные звенья. Структурные схемы. Одноконтурные, многоконтурные и многосвязные системы. Структурные графы. Правила преобразования струк­турных схем и графов. Векторно-матричное описание многомерных и много­связных систем.

Анализ процессов в стационарных линейных системах. Задачаисследо­вания процесса по его изображению. Устойчивость стационарных систем. Ди­намические характеристики стационарных САУ. Весовые (импульсные пере­ходные) и единичные переходные функции. Реакция на гармонические воздей­ствия. Частотные характеристики. Минимально-фазовые звенья. Типовые ди­намические звенья.

Тема 3. Критерии и области устойчивости обыкновенных непрерывных стационарных систем

Условия устойчивости линейных САУ. Алгебраические критерии устой­чивости. Принцип аргумента и частотные критерии устойчивости. Критерии Михайлова и Найквиста. Запасы устойчивости. Критический коэффициент усиления. Метод логарифмических амплитудно-фазовых частотных характе­ристик.

Области устойчивости в пространстве параметров. Д-разбиение по од­ному и двум параметрам. Основная кривая и особые прямые. Выделение об­ласти устойчивости.

Тема 4. Переходные процессы и качество непрерывных стационарных систем управления

Переходный процесс в одноконтурной САУ. Прямые оценки качества САУ. Время нарастания и регулирования процессов, колебательность и перере­гулирование. Косвенные критерии. Частотные и алгебраические методы ис­следования переходного процесса. Численные методы расчета переходного процесса.

Точность и показатели точности одноконтурных систем управления. Пере­ходная и установившаяся ошибки. Статические и астатические системы. Формулы разложения установившейся ошибки, коэффициенты ошибок.

Интегральные критерии качества. Линейные и квадратические инте­гральные функционалы как критерии качества переходного процесса. Методы их вычисления.

Частотные критерии оценки качества системы. Полоса пропускания, показа­тель колебательности и резонансная частота. Построение частотных характеристик замкнутой системы. Частотные характеристики и свойства переходного процесса. Свойство масштабов временной и частотной области. Оценка показателя колеба­тельности.

Приближенные методы построения кривой переходного процесса по частот­ным характеристикам замкнутой САУ.

Тема 5. Системы с запаздыванием и распределенными параметрами

Системы с запаздыванием, модели временной и комплексной области, ме­тоды анализа. Характеристический квазиполином, распределение его нулей и асим­птотические свойства системы. Методы анализа устойчивости. Критическое запаз­дывание. Методы анализа переходных процессов и качества систем с запаздыва­нием. Методы компенсации влияния запаздывания.

Системы с распределенными параметрами. Модели временной области, диф­ференциальные уравнения в частных производных, краевые и начальные условия. Длинная электрическая линия как звено системы. Другие примеры. Передаточные функции систем с распределенными параметрами. Особенности исследования ус­тойчивости и точности систем с распределенными параметрами.

Тема 6. Обеспечение устойчивости, повышение качества регулирования и синтез линейных САУ

Способы и средства улучшения свойств линейных САУ. Корректирующие устройства. Преобразовательные элементы. Повышение точности в установив­шихся режимах. Компенсация внешнего воздействия. Обеспечение инвариантности. Комбинированное управление. Обеспечение устойчивости и повышение запаса устойчивости.

Выбор параметров и синтез корректирующих устройств по корневым годогра­фам. Синтез корректирующих устройств по логарифмическим амплитудно-частот­ным характеристикам.


^ Содержание СРС

№

Вид СРС

Форма
отчетности

Вид контроля

Объем в часах

1

Подготовка к лекционным занятиям




Участие на занятии

10

2

Подготовка к практическим занятиям

Рабочая
тетрадь

Участие на занятии

13

3

Подготовка к лабораторным работам

Отчет к ЛР

Защита ЛР

13

4

Выполнение разделов кур­совой работы

ПЗ к КР

Защита КР

25

5

Подготовка к контрольным мероприятиям




РК1 – РК4, тестирование

10

6

Подготовка к экзамену




Сдача экзамена

10

Всего

81


^ Политика курса.

Каждый студент должен посещать все виды занятий, активно участвовать в обсуждениях и работе группы. Опоздания на любые виды аудиторных занятий мешают их нормальному проведению, поэтому опоздавшие более чем на 5 минут, не отмечаются как присутствующие на занятиях. Прочие нарушения правил поведения на занятиях будут наказываться, вплоть до удаления из аудитории.

За неоднократное невыполнение заданий, неучастие в тестах или занятиях предусмотрены штрафные санкции в виде вычитания баллов, количество которых равно числу баллов, установленных по данному виду занятий.

Подготовка к каждому занятию обязательна, также как прочтение всего заданного материала. Она будет проверяться опросами во время практических занятий и тестами после изучения соответствующего раздела дисциплины.

Виды текущего контроля: У – участие в учебном процессе, П – выполнение практических работ, О – отчет по работе, РК – рубежный контроль.

При отсутствии обучаемого по какой-либо причине во время проведения контрольного мероприятия оно дополнительно не проводится.

Подготовка к каждому занятию обязательна, также как прочтение всего заданного материала. Ваша подготовка будет проверяться опросами во время практических занятий и контрольными работами после изучения соответствующего раздела дисциплины (рубежный контроль - РК).

В семестре предусмотрен ежемесячный рубежный контроль по пройденному материалу соответствующих разделов дисциплины.

Методика расчета итогового рейтинга по дисциплине.

Итоговый контроль по дисциплине в соответствии с рабочим учебным планом предусмотрен в виде зачета. Ученым советом университета установлены следующие весовые доли по видам итогового контроля и текущей успеваемости.


^ Весовые доли по видам итогового контроля и текущей успеваемости

Обозначение

Вид контроля

Весовая доля

ВДЗ

Экзамен

0,4

ВДКР

Курсовая работа

0,3

ВДТУ

Контроль текущей успеваемости

0,3


^ Календарный график контрольных мероприятий текущей успеваемости

^ 1 рейтинг (5 семестр)

Всего

Недели

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Максимальный балл за неделю

6

6

12

6

20

12

6

6

26

100

Посещение и подготовка к лекциям

Вид СРС




























18

Форма контроля

У

У

У

У

У

У

У

У

У

Макс. балл

2

2

2

2

2

2

2

2

2

Посещение и подготовка к практическим занятиям

Вид СРС




























36

Форма контроля

У

У

У

У

У

У

У

У

У

Макс. балл

4

4

4

4

4

4

4

4

4

Выполнение
и защита
лабораторных работ

Вид СРС




























18

Форма контроля







З







З







З

Макс. балл







6







6







6

Текущий контроль знаний по темам курса

№ тем













1










1

28

Форма контроля













РК1










РК2

Макс. балл













14










14

^ 2 рейтинг (5 семестр)

Всего

Недели

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Максимальный балл за неделю

6

6

12

20

6

12

6

20

12

100

Посещение и подготовка к лекциям

Вид СРС




























18

Форма контроля

У

У

У

У

У

У

У

У

У

Макс. балл

2

2

2

2

2

2

2

2

2

Посещение и подготовка к практическим занятиям

Вид СРС




























36

Форма контроля

У

У

У

У

У

У

У

У

У

Макс. балл

4

4

4

4

4

4

4

4

4

Выполнение
и защита
лабораторных работ

Вид СРС




























18

Форма контроля







З







З







З

Макс. балл







6







6







6

Текущий контроль знаний по темам курса

№ тем










2










2




28

Форма контроля










РК3










РК4




Макс. балл










14










14





Итоговый рейтинг по дисциплине в баллах определяется по формуле

,


где Р1, Р2, КР, Э – соответственно баллы, набранные по итогам первого и второго рейтинга, защиты курсовой работы и на экзамене, определяемые по 100-бальной шкале;

ВДТУ, ВДКР,ВДЭ – весовые доли текущей успеваемости в течение семестра и видов итогового контроля в итоговом рейтинге по дисциплине.

Итоговый рейтинг по дисциплине в баллах (И) переводится в цифровой эквивалент, буквенную и традиционную оценку и вносится в «Журнал учебных достижений обучающихся» и «Рейтинговую ведомость».


^ Шкала оценки знаний обучающихся


Итоговая оценка в баллах (И)

Цифровой эквивалент баллов (Ц)

Оценка в буквенной системе
^ Оценка по традиционной системе
Экзамен, диф. зачет

Зачет

95-100

4

А
Отлично Зачтено
90-94

3,67

А-

85-89

3,33

В+

Хорошо

80-84

3,0

В

75-79

2,67

В-

70-74

2,33

С+

Удовлетворительно

65-69

2,0

С

60-64

1,67

С-

55-59

1,33

D+

50-54

1,0

D

0-49

0

F

Неудовлетворительно
Не зачтено
В ведомость промежуточной аттестации и зачетную книжку проставляется итоговая оценка в традиционной форме.

В случае, если обучающийся получил на экзамене оценку F, его итоговый рейтинг по дисциплине не определяется, а в ведомость заносится оценка «неудовлетворительно».