Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Председатель приёмной комиссии

_Е.А. Ваганов

31 января 2014 г.

ПРОГРАММА

вступительного испытания в магистратуру в форме письменного экзамена Направление 27.04.04 «Управление в технических системах»

Магистерская программа 27.04.04.02 «Автоматизация и управление техническими системами в металлургии»

Красноярск Содержание программы (по дисциплине «Автоматизация и управление техническими системами в металлургии») Вступительные испытания предназначены для определения практической и теоретической подготовленности бакалавра и специалиста; проводятся с целью определения соответствия знаний, умений и навыков студентов требованиям обучения в магистратуре по направлению 27.04.04 «Управление в технических системах». Вступительные испытания проводятся по разделам базовых и специальных дисциплин:

- математика и физика (для определения уровня фундаментальной подготовки специалиста или бакалавра);

- технические средства автоматизации:

- системы автоматизации технологических процессов и производств;

- теория автоматического управления.

Вопросы к экзамену Раздел 1. Базовые понятия математики 1. Матрицы, действия над ними, ранг матрицы, миноры.

2. Векторная алгебра, системы координат.

3. Функции одной переменной. Предел, непрерывность, производная.

4. Неопределенный и определенный интеграл. Приложения.

5. Функции нескольких переменных. Дивергенция, градиент, элементы теории векторного поля. Формула Тейлора.

6. Основные виды обыкновенных дифференциальных уравнений: в разделяющихся переменных, линейные первого порядка, с постоянными коэффициентами. Существование и единственность решения.

7. Некоторые виды уравнений математической физики: уравнение теплопроводности, уравнение колебаний струны, уравнение Навье-Стокса.

Краевые задачи. Методы решений.

8. Базовые понятия теории вероятностей и математической статистики – вероятность, математическое ожидание, функции распределения, нормальное распределение, дисперсия, корреляция.

Раздел 2. Частные вопросы физики 1. Понятие температурного и концентрационного полей. Стационарные и нестационарные процессы. Виды процессов тепло- массопереноса (ТМП), их физическая природа. Основные качественные характеристики процессов ТМП: понятия о полях температур и концентраций, количестве тепла и массы, полных потоках и их плотностях. Молекулярная теплопроводность и диффузия.

2. Основные понятия гидро- и газодинамики. Идеальная и реальная среда. Свободное и вынужденное течение, характер движения среды. Гидродинамический, тепловой и диффузионный пограничные слои, их образование, структура.

3. Теплообмен – конвективный, радиационный, теплопроводностью 4. Уравнения движения – обобщенные координаты, принцип наименьшего действия, функция Лагранжа свободной материальной точки, системы точек.

5. Законы сохранения – энергия, импульс, момент импульса. Уравнения движения твердого тела.

6. Электростатическое поле проводников, плотность тока и проводимость.

7. Постоянное магнитное поле, движение жидкости в магнитном поле.

8. Идеальная жидкость, уравнение непрерывности, уравнение Эйлера.

9. Уравнения движения вязкой жидкости, несжимаемая жидкость.

Раздел 3. Технические средства автоматизации 1. Структуры локальных, централизованных систем автоматического контроля и регулирования, автоматизированных систем управления технологическими процессами. Классы используемых технических средств (устройства получения, передачи, преобразования, хранения и отображения информации, исполнительные механизмы, регулирующие органы).

2. Методы стандартизации в производстве технических средств автоматизации. Агрегатирование и унификация. Элементный, блочно-модульный и агрегатный принципы исполнения технических средств автоматизации. Агрегатные комплексы автоматизации.

3. Электромеханические элементы автоматики. Аналоговые элементы потенциометрические, тензометрические, индуктивные, емкостные, пьезоэлектрические. Принцип действия, статические характеристики, практическое применение. Дискретные элементы - реле, контакторы, переключатели.

4. Электронные элементы автоматики. Интегральные операционные усилители. Применение операционных усилителей в функциональных блоках агрегатных комплексов. Тиристоры. Основные характеристики и методы управления. Использование тиристоров в пусковых устройствах и усилителях для управления исполнительными механизмами. Назначение, принцип действия, особенности фотопреобразователей с внутренним фотоэффектом и вентильного типа (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры). Оптроны - назначение, принцип действия, применение в средствах автоматизации.

5. Основы теории расчета статических и динамических характеристик элементов пневмо- и гидроавтоматики. Пневматические и гидравлические сопротивления. Классификация дросселей и их характеристики. Пневматические и гидравлические камеры. Динамика проточных и глухих пневматических и гидравлических камер. Пневматические и гидравлические трубопроводы как системы с распределенными параметрами.

6. Элементы пневматических систем управления. Преобразователь типа «сопло-заслонка». Назначение, принцип действия, конструктивные разновидности. Агрегатные унифицированные системы. Элементы дискретной техники: реле сравнения, пневмоэлектрические и электропневматические преобразователи, клапаны. Элементы непрерывной техники: регулируемые и нерегулируемые дроссели, повторители, элементы сравнения, усилители, сумматоры, умножители. Элементы управления и сигнализации: пневмотумблер, конечный выключатель, пневмок-нопка.

7. Промышленные регуляторы. Классификация регуляторов. Законы регулирования, структурные схемы промышленных регуляторов, их передаточные функции. Область нормальной работы регулятора. Реализация стандартных законов регулирования в цифровой форме.

8. Электрические регуляторы. Особенности и область применения.

Приборные позиционные регуляторы. Программный регулятор. Пропорциональный регулятор (балансное реле). Агрегатные комплексы. Импульсный регулятор, принцип действия. Обобщенная структурная схема цифрового регулятора. Программируемые микропроцессорные контроллеры.

9. Исполнительные механизмы промышленных регуляторов. Классификация, требования. Пневматические, гидравлические, электрические исполнительные механизмы. Основы расчета.

10. Регулирующие органы. Классификация. Область применения, характеристики, основы расчета. Дроссельные, дозирующие регулирующие органы.

11. Контроллеры. Классификация. Особенности архитектуры. Процессоры контроллеров. Общая структура каналов ввода - вывода аналоговых и дискретных сигналов. Организация устройств связи с объектом. Особенности подключения цифровых датчиков и устройств к контроллерам.

12. Связь в стандартах RS232, RS485. Форматы посылок, протоколы.

Промышленные сети. Архитектура, управление в сетях, методы доступа к каналу. Связь контроллеров в систему. Связь с локальными сетями предприятия.

13. Языки технологического программирования, стандарт IEC-1131-3.

Понятие о SCADA-системах. Основные функции, структура SCADA-систем.

Раздел 4. Системы автоматизации технологических процессов и производств 1. Понятие об автоматизированных и автоматических системах управления. Управление предприятием по 2-х и 3-х уровневой иерархии: структурные схемы; задачи и технические решения на отдельных уровнях иерархии. Интегрированные АСУ крупными промышленными предприятиями.

2. Основные функции и типовая функциональная структура АСУ ТП.

Основные виды обеспечения АСУТП. Основные тенденции и проблемы развития АСУ ТП в отечественной химической промышленности.

3. Методы определения свойств и характеристик объектов. Аналитические методы определения характеристик объектов. Методики вывода передаточных функций объекта. Экспериментальные методы определения свойств объектов.

4. Синтез одноконтурных промышленных систем регулирования: постановка задачи; основные качественные характеристики; методы синтеза АСР по прямым и косвенным показателям качества. Основные методы расчета оптимальных настроечных параметров промышленных регуляторов для одноконтурных АСР.

5. Синтез и расчет комбинированных АСР. Системы с подключением динамического компенсатора. Синтез и расчет каскадных АСР. Основные структуры, принципы расчета каскадных АСР.

6. Регулирование объектов с запаздыванием. Особенности применения одноконтурных АСР с типовыми законами регулирования на объектах с запаздыванием. Свойства АСР с регуляторами Смита и Ресвика.

7. Регулирование многосвязных объектов. Синтез и расчет систем несвязанного регулирования многосвязных объектов. Синтез и расчет систем связанного регулирования многосвязных объектов. Основные типы структур и принципы расчета. Методики расчета компенсаторов.

Раздел 5. Теория автоматического управления 1. Структурные схемы САУ. Передаточные функции, передаточные матрицы САУ. Частотные характеристики САУ.

2. Переходная и весовая характеристики САУ. Типовые звенья САУ и их характеристики.

3. Устойчивость САУ. Критерий устойчивости Гурвица. Частотный критерий устойчивости Михайлова. Построение областей устойчивости.

4. Метод Д-разбиения. Критерий устойчивости Найквиста. Качество САУ. Прямые показатели качества.

5. Синтез последовательной коррекции. Синтез инвариантных САУ.

Синтез наблюдающих устройств.

6. Метод фазовой плоскости. Метод припасовывания. Построение фазовых портретов. Устойчивость нелинейных систем.

7. Метод функций Ляпунова. Абсолютная устойчивость САУ. Частотный критерий абсолютной устойчивости В.М.Попова.

8. Метод гармонической линеаризации. Определение параметров автоколебаний. Устойчивость автоколебаний.

9. Дискретная передаточная функция разомкнутой импульсной системы. Дискретные передаточные функции замкнутой импульсной САУ. Устойчивость замкнутой импульсной САУ.

10. Алгебраический критерий устойчивости. Исследование устойчивости и синтез импульсной САУ на основе перехода к псевдочастоте. Синтез дискретных САУ методом пространства состояний.

1. Пискунов, Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление / Н.С.

Пискунов. – Том 1 и 2. – М.: Интеграл-пресс, 2003. – 416 с.

2. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В.Е. Гмурман. – М.: Высшая школа, 1999. – 479 с.

3. Кривандин, В.А. Теплотехника металлургического производства.

Т.1. Теоретические основы: Учебное пособие для вузов / В.А. Кривандин [и др.]. – М.: МИСиС, 2002.

4. Гусовский, В.Л. Современные нагревательные и термические печи / В.Л. Гусовский [и др.]. – М.: Теплотехник, 2007.

5. Ландау, Л.Д. Теоретическая физика. Том I. Механика / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – М.:, Физматлит, 2002. – 222 с.

6. Ландау, Л.Д. Теоретическая физика. Том VI. Гидродинамика / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – М.: Физматлит, 2002. – 222 с.

7. Ландау, Л.Д. Теоретическая физика. Том VIII. Электродинамика сплошных сред / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – М.: Физматлит, 2002. – 222 с.

8. Фрайден, П. Современные датчики / П. Фрайден. – М.: Техносфера, 2005.

9. Родионов, В.Д. Технические средства АСУ ТП / В.Д. Родионов, В.А. Терехов, В.Б. Яковлев; под ред. В.Б. Яковлева. – М.: Высш. шк., 1989. – 263 с.

10. Шандров, Б.В. Технические средства автоматизации: Учебник для вузов / Б.В. Шандров, А.Д. Чудаков. – М.: Academia, 2010. – 368 с.

11. Иткина, Д.М. Исполнительные устройства систем управления в химической и нефтехимической промышленности / Д.М. Иткина. – М.: Химия, 1984. – 232 с.

12. Технические средства автоматизации химических производств:

Справ. изд. / В.С. Балакирев, Л.А Барский, А.В. Бугров и др. – М.: Химия, 1991. – 272 с.

13. Елизаров, И.А. Технические средства автоматизации. Программнотехнические комплексы и контроллеры: Учебное пособие / И.А. Елизаров, Ю.Ф. Мартемьянов, А.Г. Схиртладзе, С.В. Фролов. – М.: Машиностроение, 2004. – 180 с.

14. Полоцкий, Л.М. Автоматизация химических производств / Л.М. Полоцкий, Г.И. Лапшенков. – М.: Химия, 1982. – 295 с.

15. Шишмарев, В.Ю. Автоматизация технологических процессов / В.Ю. Шишмарев. – М.: Академия, 2005. – 352 с.

16. Гутман, Т.Н. Основы компьютерного моделирования химикотехнологических процессов / Т.Н. Гутман. – СПб.: Академкнига, 2008.

17. Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – СПб.: Профессия, 2003. – 768 с.

1. Первозванский, А.А. Курс теории автоматического управления / А.А. Первозванский. – М.: Наука, 1986. – 616 с.

2. Эсбенсен, К. Анализ многомерных данных / К. Эсбенсен; сокр. пер. с англ. под ред. О. Родионовой. – М: Изд-во ИПХФ РАН, 2005. – 204 с.

3. Прохоров, В.А. Основы автоматизации контроля и управления качеством продукции химических производств / В.А. Прохоров. – М.: Химия, 1990. – 368 с.

4. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК. – М.: Вильямс, 2011. – 1072 с.

5. Олифер, В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – СПб.: Питер. 2006. – 958 с.

6. Воронов, А.А. Теория автоматического управления / А.А. Воронов и др. – Т. 1, 2. – М.: Высшая школа, 1986. – 367с.; 504 с.

7. Основы теории автоматического управления / Под ред. Н.Б. Судзиловского. – М.: Машиностроение, 1985. – 512 с.

Руководитель магистерской программы Т.В. Пискажова, д-р техн. наук