МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

"УТВЕРЖДАЮ"

Председатель методкомиссии

механического факультета

_К. И. Савинова

""_2002 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине ОПД.Ф. 04.1 "Теория автоматического управления" для специальности 210200 "Автоматизация технологических процессов и производств" по направлению 657900 "Автоматизированные технологии и производства" факультет механический кафедра автоматизации производственных процессов и АСУ Курс 3, 4 Семестр 5, 6, Всего аудиторных часов Из них:

лекций 76 часов практических занятий 58 часов лабораторных занятий 53 часа индивидуальных занятий 12 часов самостоятельная работа 161 часов экзамен 5, 7 семестр зачет 6 семестр курсовая работа 7 семестр Всего по учебному плану 360 часов Кемерово 2002 г.

Рабочая программа составлена на основе Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 657900 "автоматизированные технологии и производства", в которое входит специальность 210200 "автоматизация технологических процессов и производств (в пищевой промышленности)". Утвержден зам. министра образования РФ в 10.03.00 г. рег. № 26 тех/дс Рабочая программа утверждена на заседании кафедры АПП и АСУ 19 марта 2002 г.

Протокол заседания № 6 зав. кафедрой Чупин А. В. Рабочую программу составил: к. т. н., доцент Федосенков Б. А.

Зарегистрировано в методлаборатории ""2002 г.

Регистрационный номер № _ Зав. методлабораторией

1. ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Теория автоматического управления является основой для изучения специальных дисциплин. Цель преподавания дисциплины – обучение студентов методам анализа и синтеза автоматических систем регулирования и управления.

В результате изучения дисциплины студент должен знать:

- основные принципы и концепции построения автоматических систем управления;

- методы и математический аппарат теории автоматического управления;

- основные проблемы и перспективные направления развития теории автоматического управления.

Уметь:

- использовать методы анализа устойчивости и качества автоматических систем регулирования;

- обоснованно выбирать структуры и схемы регулирования и управления, рассчитывать оптимальные настройки регуляторов;

- синтезировать законы и алгоритмы оптимального управления объектами;

- применять ЭВМ как для исследования систем управления, так и для управления технологическими объектами.

1.1. Перечень дисциплин с указанием разделов (тем), усвоение которых необходимо студентам для изучения данной дисциплины Кафедра Наименование дисциплины Наименование или номер раздела (темы) 1 2 Высшей матема- Высшая математика Элементы линейной алгебры (1, 4), диффетики ренциальное и интегральное исчисление (2, 3), дифференциальные уравнения (2, 3), преобразования Лапласа и Фурье, операционное исчисление (2-17), основы теории вероятностей и математической статистики.

Теоретической Теоретической механики Динамика точки и твердого тела, связи и механики общее уравнение динамики, уравнение Лангранжа, малые колебания систем.

Прикладной ма- Численные методы и про- Методы: обработки результатов эксперитематики и вы- граммирование для ЭВМ мента, решение конечных и дифференцичислительной альных уравнений, поиска безусловного и техники условного экстремума функций, приемы составления и отладки программ для цифровых ЭВМ.

Общей электро- Электротехника Переходные процессы в линейных электритехники ческих цепях

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Лекционные (теоретические) занятия.

Номер Наименование раздела или темы. Краткое содержа- Кол-во ПримеСеместр раздела ние темы. Уровень абстракции и уровень усвоения часов чание 1 2 3 4 1. Содержание задач управления. Классификация сис- 4 тем управления. Математические модели и характеристики систем управления 2. Математическое описание линейных автоматических 8 систем управления. Пространство состояний объекта управления. Составление уравнений статики, методы их линеаризации. Типовые входные сигналы, их математическое описание и реакция на них линейных звеньев автоматики (переходная и импульсная функции, реакция на гармоническое воздействие. Связь выходного и входного сигналов на основании интеграла свертки. Передаточные функции. Частотные характеристики (АЧХ, ФЧХ, АФЧХ, ЛАЧХ, ЛФЧХ), Понятие о минимально-фазовых системах.

рующее, апериодическое, колебательное, дифференцирующее, запаздывания). Аппроксимация реальных объектов типовыми звеньями. Виды соединений звеньев. Определение передаточных функций системы и её характеристик по передаточным функциям и характеристикам звеньев входящих в систему. Эквивалентные преобразования структурных схем.

4. Устойчивость линейных систем. Определение устой- 8 чивости динамической системы. Необходимые и достаточные условия. Алгебраические и частотные критерии устойчивости (Раусса, Гурвица, Михайлова, Найквиста). Определение устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам. Определение областей устойчивости Д-разбиение по одному и двум параметрам. Запасы устойчивости. Устойчивость систем с запаздывание.

ходных процессов (аналитическое, по характеристикам системы). Прямые и косвенные показатели качества переходных процессов. Интегральные критерии качества. Статические и астатические системы. Точность управления, коэффициенты ошибок. Анализ качества по частотным характеристикам замкнутой ПИД). Расчет оптимальных настроек регуляторов.

Понятие о расширенных частотных характеристиках.

7. Методы коррекции линейных автоматических систем 4 управления. Постановка задачи коррекции автоматических систем. Коррекция динамических свойств систем с помощью интегрирующего, дифференцирующего звеньев введением обратной связи. Использование метода логарифмических частотных характеристик при синтезе корректирующих устройств.

8. Случайные процессы, их характеристики, корреляци- 5 онная функция, спектральная плотность и корреляционными функциями на входе и выходе линейной системы. Среднеквадратическая ошибка как критерий качества систем.

9. Инвариантные системы. Условие инвариантности 4 линейной системы. Системы взаимосвязанного регулирования.

10. Общие сведения о нелинейных системах автоматиче- 3 ского управления. Учет нелинейностей в реальных системах, системы с введенными нелинейностями.

Типовые нелинейные звенья (зона нечувствительности, ограничение, двухпозиционное реле, АЦП, люфт). Определение статических характеристик систем при последовательном, параллельном соединении нелинейных звеньев, при использовании обратной связи.

11. Устойчивость нелинейных систем. Понятие устойчи- 4 вости нелинейных систем. Исследование устойчивости с использованием первого и второго метода Ляпунова. Частотный метод устойчивости Попова. Использование метода фазовой плоскости для исследования устойчивости нелинейных систем.

12. Приближенные методы анализа нелинейных систем. 8 Метод гармонической линеаризации при анализе релейных систем, зависимость коэффициентов гармонической линеаризации от амплитуды входных сигналов. Исследование автоколебаний методом гармонического баланса. Переходные процессы в релейных системах, методы их построения и определение качественных показателей.

13. Элементы теории конечных автоматов. Методы опи- 2 сания логической последовательности действий по управлению технологическими процессами. Представление логического алгоритма в виде автомата, конечные автоматы. Конечные автоматы. Использование алгебры логики для описания работы конечных автоматов. Методы анализа и синтеза конечных автоматов.

14. Математическое описание дискретных систем авто- 2 матического управления. Виды дискретизации сигналов и примеры дискретных автоматических систем.

Аналитическое описание дискретных элементов. Понятие о дискретном преобразовании Лапласа Zпреобразование. Передаточная функция импульсной 15. Анализ импульсных и дискретных автоматических 2 систем управления. Условие устойчивости импульсных систем. Влияние интервала дискретности на устойчивость системы. Переходные процессы в импульсных системах. Цифровые системы регулирования, их алгоритмы и особенности расчета. Анализ системы с квантованным по уровню сигналом.

16. Общие сведения об оптимальном управлении. Мате- 2 матическая постановка задач оптимизации (критерии оптимизации, ограничения, условия, связи). Понятие выпуклости функций, функционала и множества.

Классификация задач оптимального управления и методов их решения. Некорректность и регуляризация постановки задачи. Многокритериальные задачи и решения по Парето. Общие подходы к декомпозиции задач оптимизации. Определение условного максимума функции. Метод Лангранжа и теоремы КунаТаккера. Методы поиска условного максимума.

17. Системы с запаздыванием. Устойчивость и качество 2 систем с запаздыванием. Управление объектами с распределенными параметрами. Системы управления с переменной структурой. Синтез регуляторов с переменной структурой.

уравнений звеньев систем. Линеаризация их характеристик.

Решение задач по определению уравнений динамики и статики звеньев автоматических систем.

вых звеньев путем аналитического решения дифференциальных уравнений.

Решение дифференциальных уравнений звеньев.

ных характеристик дифференциальным уравнениям линейных элементов.

Решение задач по вычислению и построению частотных характеристик линейных элементов.

нейных систем.

Решение задач по структурному преобразованию линейных систем.

нейных систем.

Решение задач по исследованию устойчивости линейных систем.

цессов, расчет оптимальных настроек регуляторов.

Решение задач по оценке качества регулирования и расчету параметров настройки регуляторов.

линейных и нелинейных систем. Исследование устойчивости методом фазовых траекторий.

нейных систем методом Ляпунова.

нейных элементов.

и определение параметров автоколебаний релейных систем.

ристик объектов.

теристик объектов.

ских звеньев САУ. Динамика апериодического звена первого порядка.

Временной и частотный анализы.

ческого звена второго порядка.

тельного звена при различных коэффициентах демпфирования.

изодрома и реального дифференцирующего звена.

шинного моделирования на базе СМ 1300. Формирование сигнальных графов исследуемых систем автоматики, расчет передаточных функций.

порядков.

автоматического регулирования при рассчитанных параметрах настройки регулятора.

регулирования.

тральных плотностей.

тем методом фазовой плоскости.

В курсовой работе на основе методов теории автоматического управления рассчитываются с помощью ЭВМ линейные, нелинейные, дискретные АСР, а так же системы оптимального управления.

1) Графическая часть – структурная схема АСР, графики временных и частотных характеристик, блок-схемы разработанных алгоритмов управления (на 2-3 листах формата 24 представляется графический материал).

2) Расчетно-пояснительная записка включает в себя титульный лист, задание на курсовую работу, текстовую часть – исходные данные для расчета системы, обоснование и выбор структуры системы, расчет системы, анализ результатов, программы используемые при расчетах. Объем 20- листов рукописного текста.

3. ФОРМЫ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ

Текущий контроль процесса обучения будет осуществляться путем оценки выполнения индивидуального задания на практических занятиях (10 тем) и защиты лабораторных работ (13 работ).

4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Порядковый номер и библиографическое опилиотеки число студентов- экземпсание рекомендуемого источника литературы ник для машиностроительных спец. вузов /под. Т- ред. Ю. М. Соломенцева/ - 2-е издание. – М.:

Высшая школа, 1999. – 265 с ное пособие для вузов в 2-х частях /Под ред. А. Т- А. Воронова/ 2-е издание. – М.: Высшая школа, 1986.

Ч. 1: Теория линейных систем автоматического управления. 1986. – 367 с.

Ч. 2: Теория нелинейных систем автоматического управления. 1986. – томатического управления химико- П- технологическими процессами. Цифровые системы: Учебное пособие для вузов. – М.: Химия, 1989. – 168 с.

томатического регулирования и управления: П- Учебное пособие для вузов. 2-е издание. – М.:

Наука, 1988. – 256 с.

вание: Учебное пособие. – М.: Машинострое- И- ние, матического регулирования и управления: П- Учебное пособие для вузов. – М.: Наука, 1989.

– 301 с.

ления: Учебное пособие для вузов. 2-е издание Л- – М.: Недра, 1990. – 416 с.

Учебное пособие – Воронеж: Изд-во Воронеж- З- ского университета, 1989. – 197 с.

Порядковый номер и библиографическое Шифр биб- Число экземплячисло студенописание рекомендуемого источника ли- лиотеки Кем- ров, выделяемое пространства состояний с использовани- ческие разем РС-компьютеров. Методические раз- работки наработки по курсовому проектированию ходятся на дисциплины "Теория управления". Кем- кафедре ТИПП, Кемерово, 1997. – 18 с.

гическим методом. Методические разработки по курсовому проектированию дисциплины "Теория управления". КемТИПП, Кемерово, 1997. – 14 с.

указания к выполнению курсового проекта. КемТИПП, Кемерово, 1997. – 45 с.