Министерство образования и науки Российской Федерации

Муромский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

 «Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(МИ ВлГУ)

 

Кафедра  УКТС 

 

 

 

«   31   »       05       2016 г.

 

 

 

 

Рабочая программа ДИСЦИПЛИНЫ

 

     Основы автоматического управления     

 




Направление подготовки

12.03.01 Приборостроение

Профиль подготовки

"Приборы и системы"

Квалификация (степень)выпускника

бакалавр









          

Семестр

Трудоем-кость,

час. / зач. ед.

Лек-ции,

час.

 

Практи-ческие занятия,

час.

Лабора-торные работы,

час.

Консуль-тация,

час.

Конт-роль,

час.

Всего (контак-тная работа),

час.

СРС,

час.

Форма

промежу-точного контр.

(экз., зач., зач. с оц.)

5

144 / 4  

16  

16  

16  

3,6  

0,35  

51,95  

65,4  

Экз.(26,65)  

Итого

144 / 4  

16  

16  

16  

3,6  

0,35  

51,95  

65,4  

26,65  

 

Муром, 2016 г.


1. Цель освоения дисциплины

Цель дисциплины: является изучение студентами системного подхода к вопросам моделирования систем автоматизированного управления (САУ) на основе анализа и синтеза динамических алгоритмов обработки процессов, применения математико-статистических методов при создании и использовании систем автоматики.

Основными задачами изучения дисциплины является обучение студентов особенностям анализа и проектирования непрерывных, дискретных (цифровых), линейных, нелинейных, стационарных и нестационарных, а также оптимальных САУ; развить практические навыки у по применению теории управления при проектировании и изготовлении электронных средств (ЭС), а также применению самих ЭС в автоматизированных системах.

2. Место дисциплины в структуре ОПОП ВО (Цикл (Б1.Б.18))

Базовые дисциплины: «Математика», «Физика», «Информатика», «Электротехника», «Электроника и микропроцессорная техника». Углубление и расширение вопросов, изложенных в данном курсе, будет осуществляться при изучении дисциплин «Основы проектирования приборов и систем», «Обнаружение и фильтрация сигналов в системах контроля и управления», а также при выполнении выпускной квалификационной работы, решающих прикладные задачи управления и контроля информационных процессов в реальном времени.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-2 готовность к математическому моделированию процессов и объектов приборостроения и их исследованию на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и самостоятельно разработанных программных продуктов.

 

В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

1) Знать:

принципы построения и состав систем автоматического управления (САУ) (ПК-2).

принципы построения моделей устройств автоматического управления (ПК-2).

методы анализа и синтеза устройств автоматического управления (ПК-2).

2) Уметь:

осуществить анализ и синтез САУ с использованием компьютерных программ для математического моделирования (ПК-2).

3) Владеть:

навыками моделирования и разработки систем автоматического управления (ПК-2).

 


4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.

 

4.1. Форма обучения: очная

Уровень базового образования: среднее общее.

Срок обучения 4г.

 

4.1.1. Структура дисциплины


 

Раздел (тема)

дисциплины

 

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость

(в часах)

 

Форма  текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежуточной аттестации

  (по семестрам)

 

п\п

Семестр

Лекции

Семинары

Практические занятия

Лабораторные работы

Контрольные работы

СРС

КП / КР

Консультация

Контроль

1

Основные понятия

5

2

2

тестирование

2

Математические модели

5

2

2

6

отчет, тестирование

3

Модели линейных объектов управления

5

2

12

тестирование

4

Типовые динамические звенья

5

2

4

7

отчет, тестирование

5

Структурные схемы систем управления

5

2

4

4

4

отчет, тестирование

6

Анализ систем управления

5

4

6

4

15

отчет, тестирование

7

Синтез регуляторов

5

2

4

4

19,4

отчет, тестирование

Всего за  семестр

144

16

16

16

65,4

3,6

0,35

Экз.(26,65)

Итого   

144

16

16

16

65,4

3,6

0,35

26,65

 

4.1.2. Содержание дисциплины

4.1.2.1. Перечень лекций

Семестр 5

Раздел 1. Основные понятия

Лекция 1.

Введение. Системы управления. Какие бывают системы управления (2 часа).

Раздел 2. Математические модели

Лекция 2.

Что нужно знать для управления. Связь входа и выхода. Как строятся модели. Линейность и нелинейность. Линеаризация уравнений. Управление (2 часа).

Раздел 3. Модели линейных объектов управления

Лекция 3.

Дифференциальные уравнения. Модели в пространстве состояний. Переходная функция. Импульсная характеристика (весовая функция). Передаточная функция. Преобразование Лапласа. Передаточная функция и пространство состояний. Частотные характеристики. Логарифмические частотные характеристики (2 часа).

Раздел 4. Типовые динамические звенья

Лекция 4.

Усилитель. Апериодическое звено. Колебательное звено. Интегрирующее звено. Дифференцирующие звенья. Запаздывание. «Обратные» звенья. ЛАФЧХ сложных звеньев (2 часа).

Раздел 5. Структурные схемы систем управления

Лекция 5.

Условные обозначения. Правила преобразования. Типовая одноконтурная система управления (2 часа).

Раздел 6. Анализ систем управления

Лекция 6.

Требования к управлению. Процесс на выходе системы. Точность. Устойчивость. Критерии устойчивости (2 часа).

Лекция 7.

Переходный процесс. Частотные оценки качества. Корневые оценки качества. Робастность (2 часа).

Раздел 7. Синтез регуляторов

Лекция 8.

Классическая схема. ПИД - регуляторы. Метод размещения полюсов. Коррекция ЛАФЧХ. Комбинированное управление. Инвариантность. Множество стабилизирующих регуляторов (2 часа).

 

4.1.2.2. Перечень практических занятий

Семестр 5

Раздел 1. Математические модели

Практическое занятие 1.

Исследование разомкнутой линейной системы (2 часа).

Раздел 2. Структурные схемы систем управления

Практическое занятие 2.

Анализ и синтез системы управления методом корневого годографа (2 часа).

Практическое занятие 3.

Проектирование регулятора для линейной системы (2 часа).

Раздел 3. Анализ систем управления

Практическое занятие 4.

Моделирование систем управления в пакете SIMULINK (2 часа).

Практическое занятие 5.

Моделирование нелинейных систем управления (2 часа).

Практическое занятие 6.

Программирование систем управления в среде MATLAB (2 часа).

Раздел 4. Синтез регуляторов

Практическое занятие 7.

Оптимизация нелинейных систем управления (2 часа).

Практическое занятие 8.

Цифровая реализация непрерывного регулятора (2 часа).

 

Методические указания для практических занятий приведены в информационно-образовательном портале https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=472

 

4.1.2.3. Перечень лабораторных работ

Семестр 5

Раздел 1. Типовые динамические звенья

Лабораторная 1.

Динамические звенья систем автоматического управления (4 часа).

Раздел 2. Структурные схемы систем управления

Лабораторная 2.

Статические и астатические системы автоматического управления (4 часа).

Раздел 3. Анализ систем управления

Лабораторная 3.

Последовательные корректирующие устройства (4 часа).

Раздел 4. Синтез регуляторов

Лабораторная 4.

Синтез регуляторов методами модального управления (4 часа).

 

Методические указания для лабораторных работ приведены в информационно-образовательном портале https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=472

 

4.1.2.4. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы

Методические указания для самостоятельной работы размещены на информационно-образовательном портале института по ссылке https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=5058.

Для самостоятельной работы также используются издания из списка приведенной ниже основной и дополнительной литературы.

Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение:

1. Предмет и задачи современных средств автоматики.

2. Математическое описание адаптивных систем управления.

3. Статические и динамические системы в приборостроении.

4. Понятие о состоянии системы.

5. Классификация типовых звеньев.

6. Временные характеристики, частотные характеристики и передаточные функции передаточных систем.

7. Дискретное описание нелинейных звеньев.

8. Структура систем автоматического управления.

9. Анализ и описание качества адаптивных систем управления.

10. Устойчивость, критерии устойчивости.

11. Оценки точности в переходном и установившемся режимах быстродействующих систем.

12. Инвариантность и чувствительность адаптивных систем управления.

13. Особенности процессов в нелинейных системах, метод гармонической линеаризации.

14. Методы анализа и синтеза нейросетевых систем управления.

15. Управляемость и наблюдаемость; оптимальные системы нейроуправления.

16. Нестационарные системы управления и их математические модели; импульсные и распределенные системы управления.

17. Системы управления при случайных внешних воздействиях; элементы систем нейроуправления.

 

4.1.2.5. Перечень тем контрольных работ, рефератов, ТР, РГР, РПР

Не планируется.

 

4.1.2.6. Примерный перечень тем курсовых работ (проектов)

Не планируется.

 

 

5. Образовательные технологии

В процессе изучения дисциплины применяется контактная технология преподавания (за исключением самостоятельно изучаемых студентами вопросов). При проведении занятий применяется имитационный или симуляционный подход, когда преподавателем разбирается на конкретном примере проблемная ситуация, все шаги решения задачи студентам демонстрируются при помощи мультимедийной техники. Затем студенты самостоятельно решают аналогичные задания. Так же при проведении занятий применяется частично-поисковый метод: студенты осуществляют поиск решения поставленной проблемы (задачи). При этом, постановочные задачи опираются на уже имеющиеся у студентов знания и умения, полученные в предшествующих темах.

 

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Фонды оценочных средств приведены в приложении.

 

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Основы автоматического управления

7.1. Основная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Никулин Е.А. Основы теории автоматического управления. Частотные методы анализа и синтеза систем. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2015 г. , 640 с. - http://www.ibooks.ru - http://ibooks.ru/reading.php?productid=18519

2. Музылева И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы [Электронный ресурс]: методические указания к практическим занятиям/ Музылева И.В., Муравьев А.А.— Электрон. текстовые данные.— Липецк: Липецкий государственный технический университет, ЭБС АСВ, 2013.— 84 c. - http://www.iprbookshop.ru/22938

3. Рыбак Л.А. Теория автоматического управления. Часть I. Непрерывные системы [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Рыбак Л.А.— Электрон. текстовые данные.— Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, ЭБС АСВ, 2012.— 121 c. - http://www.iprbookshop.ru/28400

 

7.2. Дополнительная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Музылева И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы [Электронный ресурс]: методические указания к практическим занятиям/ Музылева И.В., Муравьев А.А.— Электрон. текстовые данные.— Липецк: Липецкий государственный технический университет, ЭБС АСВ, 2013.— 84 c. - http://www.iprbookshop.ru/22938

2. Родин Б.П. Представление линейных стационарных непрерывных и дискретных систем в фазовом пространстве [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Родин Б.П.— Электрон. текстовые данные.— Саратов:Вузовское образование, 2013.— 68 c. - http://www.iprbookshop.ru/18394

 

7.3. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине, включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем

В образовательном процессе используются информационные технологии, реализованные на основе информационно-образовательного портала института (www.mivlgu.ru/iop), и инфокоммуникационной сети института:

- предоставление учебно-методических материалов в электроном виде;

- взаимодействие участников образовательного процесса через локальную сеть института и Интернет;

- предоставление сведений о результатах учебной деятельности в электронном личном кабинете обучающегося.

Информационные справочные системы:

Информационно-образовательный портал МИ ВлГУ https://www.mivlgu.ru/iop/

Образовательный сайт - Численные методы http://service.rintd.ru/chislennye_metody

Портал знаний http://statistica.ru/branches-maths/obzor-chislennykh-metodov/

Образовательный математический сайт - http://www.exponenta.ru/soft/Mathcad/UsersGuide/0.asp.

Математический форум Math Help Planet http://mathhelpplanet.com/viewforum.php?f=22.

Портал для радиолюбителей http://www.radioman-portal.ru/shems.shtml

Национальный Открытый Университет "Интуит" http://www.intuit.ru/

Программное обеспечение:

Лаборатория компьютерных технологий в приборостроении:

- Microsoft Windows XP (подписка DreamSpark Premium Electronic Software Delivery (3 year) Renewal, договор №453 от 16.12.2014 года);

- Kaspersky Endpoint Security для бизнеса – Стандартный Russian Edition (Договор №436 от 11.11.2014 года);

- Mathcad Education – University Edition (100 pack) v.15 (Государственный контракт №1, от 10.01.2012 года);

- Mathworks Academic new Product в составе: Matlab Simulink signal processing toolbox DSP systems (договор №1 от 10 01.2014г.);

- Пакет программ: Open Office (freeware);

 

7.4. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины

ibooks.ru

iprbookshop.ru

 

8. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине

Лаборатория компьютерных технологий в приборостроении:

- ЭВМ IN Win Intel Core 2 Duo E8400 11 шт., IN Win Intel Core 2 Duo E5500;

- коммутатор TRENDnet;

- проектор Acer;

- экран настенный;

 

9. Методические указания по освоению дисциплины

Для успешного освоения теоретического материала обучающийся: знакомится со списком рекомендуемой основной и дополнительной литературы; уточняет у преподавателя, каким дополнительным пособиям следует отдать предпочтение; прорабатывает лекционный материал, пользуясь рекомендованной литературой.

На практических занятиях пройденный теоретический материал подкрепляется решением задач по основным темам дисциплины. Занятия проводятся в лаборатории, используя специальное программное обеспечение. Каждой подгруппе обучающихся преподаватель выдает задачу в соответствии с темой практического занятия. В конце занятия обучающие демонстрируют полученные результаты преподавателю и при необходимости делают работу над ошибками.

До выполнения лабораторных работ обучающийся изучает соответствующий раздел теории. Перед занятием студент знакомится с описанием заданий для выполнения работы, внимательно изучает содержание и порядок проведения лабораторной работы. Лабораторная работа проводятся в лаборатории. Обучающиеся выполняют индивидуальную задачу в соответствии с заданием на лабораторную работу. Полученные результаты исследований сводятся в отчет и защищаются по традиционной методике в классе на следующем лабораторном занятии. Необходимый теоретический материал, индивидуальное задание, шаги выполнения лабораторной работы и требование к отчету приведены в методических указаниях, размещенных на информационно-образовательном портале института.

Самостоятельная работа оказывает важное влияние на формирование личности будущего специалиста, она планируется обучающимся самостоятельно. Каждый обучающийся самостоятельно определяет режим своей работы и меру труда, затрачиваемого на овладение учебным содержанием дисциплины. Он выполняет внеаудиторную работу и изучение разделов, выносимых на самостоятельную работу, по личному индивидуальному плану, в зависимости от его подготовки, времени и других условий.

Форма заключительного контроля при промежуточной аттестации – экзамен. Для проведения промежуточной аттестации по дисциплине разработаны фонд оценочных средств и балльно-рейтинговая система оценки учебной деятельности студентов. Оценка по дисциплине выставляется в информационной системе и носит интегрированный характер, учитывающий результаты оценивания участия студентов в аудиторных занятиях, качества и своевременности выполнения заданий в ходе изучения дисциплины и промежуточной аттестации.

 


лист_утверждения


РЕЦЕНЗИЯ

на  рабочую программу дисциплины

«Основы автоматического управления»

по направлению подготовки 12.03.01 Приборостроение

 

Рабочая программа дисциплины «Основы автоматического управления» составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 12.03.01 Приборостроение.

На изучение данного курса по учебному плану отводится 144 час. (4 ЗЕТ). Формой итогового контроля изучения дисциплины является экзамен .

Цель дисциплины: является изучение студентами системного подхода к вопросам моделирования систем автоматизированного управления (САУ) на основе анализа и синтеза динамических алгоритмов обработки процессов, применения математико-статистических методов при создании и использовании систем автоматики.

Основными задачами изучения дисциплины является обучение студентов особенностям анализа и проектирования непрерывных, дискретных (цифровых), линейных, нелинейных, стационарных и нестационарных, а также оптимальных САУ; развить практические навыки у по применению теории управления при проектировании и изготовлении электронных средств (ЭС), а также применению самих ЭС в автоматизированных системах.

Содержание занятий соответствуют требованиям образовательного стандарта. Имеется перечень вопросов для самостоятельной работы студентов, способствующий более глубокому изучению дисциплины.

Освоение дисциплины позволит студентам приобрести теоретические и практические знания, необходимые при решении задач в будущей практической деятельности.

Предлагаемые фонды оценочных средств для выявления уровня знаний и умений обучаемых полностью охватывает содержание курса и соответствуют ФГОС.

Перечень учебно-методической литературы достаточен для изучения дисциплины. Имеются ссылки на электронно-библиотечные системы.

Рабочая программа дисциплины «Основы автоматического управления» рекомендуется для использования в учебном процессе по направлению подготовки 12.03.01 Приборостроение.

 

31.05.2016 г.