Лабораторные работы / практические занятия / индивидуальные занятия / самостоятельная работа под руководством преподавателя
КАЗАНСКИЙ ФИЛИАЛ
| СОГЛАСОВАНО: | УТВЕРЖДАЮ: |
| Выпускающей кафедрой «Железнодорожная автоматика, Телемеханика и связь» | Директор Казанского филиала МИИТ |
| Протокол заседания кафедры №____ « ___» __________20 15 г. | ____________________ Н.Н. Даянова (подпись, Ф.И.О.) «____» ___________ 20 15 г. |
| СОГЛАСОВАНО: | |
| Выпускающей кафедрой «Электрификация и электроснабжение» | |
| Протокол заседания кафедры №______ « _____ » ________20 15 г. |
Кафедра: «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь»
(название кафедры)
Авторы: д.т.н., проф. Матухин Е.Л.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Теория автоматического управления»
(название дисциплины)
Направление/специальность: 23.05.05 (190901.65) Системы обеспечения движения поездов
(код, наименование специальности /направления)
Профиль/специализация: «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» (СА); «Телекоммуникационные системы и сети на железнодорожном транспорте» (СТ), «Электроснабжение железных дорог» (СЭ)
Квалификация (степень) выпускника: инженер путей сообщения
Форма обучения: заочная
| СОГЛАСОВАНО кафедра «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь» Протокол № « » 20 15 г. |
Казань 2015 г.
ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью освоения учебной дисциплины «Теория автоматического управления» является формирование у обучающихся компетенций в соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами по специальности «Системы обеспечения движения поездов» и приобретение ими:
- знаний об основных положениях теории автоматического управления; принципах и методах построения моделей систем автоматического управления (САУ); методах анализа и синтеза САУ; методах расчета и оптимизации САУ при детерминированных и случайных воздействиях.
- умений применять принципы и методы построения моделей, методы анализа и синтеза САУ при создании, исследовании и эксплуатации технических систем и средств автоматизации управления; производить расчет и применять на практике различные методы коррекции динамических характеристик САУ с целью их оптимизации.
- навыков построения АФЧХ (годографов) и логарифмических АЧХ, ФЧХ частотных передаточных функций систем автоматического управления; оценки показателей качества САУ; коррекции частотных и временных характеристик САУ; применения современных методов анализа и синтеза САУ.
МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Учебная дисциплина «Теория автоматического управления» относится к [укажите, к какой части цикла относится дисциплина] части [укажите цикл, к которому относится дисциплина] цикла.
Для изучения данной дисциплины необходимы знания, умения и навыки, формируемые следующими предшествующими дисциплинами:
- Информатика;
- История развития техники управления движением поездов;
- Математика;
- Механика;
- Теоретические основы электротехники;
- Электроника.
Приобретенные в результате изучения дисциплины «Теория автоматического управления» знания, умения и навыки являются неотъемлемой частью формируемых у выпускника компетенций, в соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами по специальности «Системы обеспечения движения поездов», и будут использованы при изучении последующих учебных дисциплин:
- Автоматизация систем электроснабжения;
- Математическое моделирование систем и процессов;
- Микропроцессорные информационно-управляющие системы;
- Теоретические основы автоматики и телемеханики.
КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ / ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАЗОВАНИЯ И КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА ПО ЗАВЕРШЕНИИ ОСВОЕНИЯ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
| № п/п | Код и название компетенции | Ожидаемые результаты |
| Выпускник должен обладать компетенцией ПК-1 способностью применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования; | Знать: методы математического анализа и моделирования систем автоматического управления, теоретического и экспериментального их исследования. | |
| Уметь: применять методы построения математических моделей, методы анализа и синтеза САУ при создании, исследовании и эксплуатации технических систем и средств автоматизации управления; производить расчет и применять на практике различные методы коррекции динамических характеристик САУ с целью их оптимизации | ||
| Владеть: методами оценки и исследования показателей качества САУ; коррекции частотных и временных характеристик САУ; современными методами анализа и синтеза САУ. | ||
| Выпускник должен обладать компетенцией ПК-12 владением основами расчета и проектирования элементов и устройств различных физических принципов действия; | Знать: методы расчета и синтеза элементов и устройств систем автоматического управления, основанных на различных физических принципах действия. | |
| Уметь: производить расчеты передаточных, временных и частотных функций элементов и устройств САУ различных физических принципов действия | ||
| Владеть: основами расчета и проектирования элементов и устройств различных физических принципов действия для систем автоматического управления. | ||
| Выпускник должен обладать компетенцией ПК-14 умением использовать в профессиональной деятельности современные информационные технологии, изучать и анализировать информацию, технические данные, показатели и результаты работы систем обеспечения движения поездов, обобщать и систематизировать их, проводить необходимые расчеты; | Знать: современные компьютерные информационные технологии на уровне пользователя, эксплуатационно-технические требования, предъявляемые к системам обеспечения движения поездов, основные показатели и результаты работы эксплуатирумых на отечественных и зарубежных железных дорогах систем обеспечения движения поездов. | |
| Уметь: использовать при разработке и проектировании устройств систем автоматического управления современные компьютерные информационные технологии, изучать и анализировать информацию, технические данные, показатели и результаты работы систем обеспечения движения поездов, обобщать и систематизировать их, производить с применением математического аппарата теории автоматического управления необходимые расчеты. | ||
| Владеть: современными компьютерными информационными технологиями при составлении презентаций по вопросам автоматического управления, разработке структурных схем моделей САУ, исследовании показателей качества работы систем автоматического управления; опытом выполнения расчетов с применением современного математического аппарата теории автоматического управления и программных средств. | ||
| Выпускник должен обладать компетенцией ПК-21 умением анализировать технологический процесс эксплуатации, технического обслуживания и ремонта систем обеспечения движения поездов как объекта управления; | Знать: технологический процесс эксплуатации, технического обслуживания и ремонта систем автоматики и телемеханики как объекта управления. | |
| Уметь: анализировать технологический процесс эксплуатации, технического обслуживания и ремонта систем автоматики и телемеханики в качестве объекта управления. | ||
| Владеть: навыками составления математической модели технологического процесса эксплуатации, технического обслуживания и ремонта систем обеспечения движения поездов как объекта управления. |
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Общая трудоемкость дисциплины составляет:
- 6 зачетных единиц,
- 216 часов.
Объем учебной дисциплины
| Вид учебной работы | Всего по учебному плану | Курсы | |||||
| Контактная работа обучающихся с преподавателем (всего), часов | |||||||
| В том числе: Лекции (Л), часов | |||||||
| Практические (ПЗ) и семинарские (С) занятия, часов | |||||||
| Лабораторные работы (ЛР) (лабораторный практикум) (ЛП), часов | |||||||
| Индивидуальные занятия (ИЗ), часов | |||||||
| Самостоятельная работа под руководством преподавателя (СР), часов | |||||||
| Контроль самостоятельной работы (КСР), часов | |||||||
| Самостоятельная работа (СРС) (всего), часов | |||||||
| Промежуточный контроль успеваемости, часов | |||||||
| ОБЩАЯ трудоёмкость дисциплины: - часов | |||||||
| - зачетных единиц | |||||||
| Текущий контроль (К, КП, КР, КСР) | К(2) | ||||||
| Промежуточный контроль (За, ЗаО, Экз) | За, Экз |
Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам)
| № п/п | Курс | Тема (Раздел). Краткое содержание раздела | Виды учебной деятельности в часах / в том числе в интерактивной форме | Формы текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации | |||||
| Л | ЛР | ПЗ | КСР | СРС | Всего | ||||
| Раздел 1. Введение 1.1 Общие сведения об управлении и системах управления (СУ). 1.2 Задачи и область применения теории автоматического управления | 1 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 5 -- 0 | 6 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Раздел 2. Основные понятия теории управления. 2.1 Понятие об объектах управления. 2.2 Поведение объектов и СУ. 2.3 Информация и принципы управления. 2.4 Классификации СУ. 2.5 Математические модели СУ. 2.6 Способы построения моделей. 2.7 Особенности структурных моделей СУ. | 1 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 5 -- 0 | 6 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Раздел 3. Модели и характеристики линейных систем управления 3.1 Модели вход-выход: дифференциальные уравнения; передаточные функции; временные и частотные характеристики. 3.2 Модели вход-состояние-выход. 3.3 Формы представления математических моделей. 3.4 Преобразование форм представления моделей. 3.5 Построение математических моделей СУ. 3.6 Характеристики СУ с последовательным и параллельным соединением звеньев, соединением звеньев с обратной связью. 3.7 Построение структурных схем по передаточной функции. 3.8 Типовые звенья. 3.9 Составление уравнений динамики типовых звеньев. | 2 -- 0 | 1 -- 0 | 2 -- 0 | 2 -- 0 | 20 -- 0 | 27 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Раздел 4. Анализ линейных систем управления. 4.1 Задачи анализа. 4.2 Анализ устойчивости СУ, алгебраические критерии устойчивости. линейных САУ. 4.3 Частотные критерии устойчивости, критерии устойчивости Михайлова и Найквиста. 4..4 Понятие об инвариантности СУ, формы инвариантности: селективная инвариантность к степенным воздействиям, селективная инвариантность к гармоническому воздействию, инвариантность систем с типовой структурой. 4.5 Понятие о чувствительности СУ, чувствительность систем с типовой структурой и со сложной структурой. 4.6 Показатели качества переходных процессов в линейных СУ. 4.7 Управляемость и наблюдаемость СУ, алгебраические критерии управляемости и наблюдаемости, принцип дуальности. | 1 -- 0 | 1 -- 0 | 2 -- 0 | 2 -- 0 | 20 -- 0 | 26 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Раздел 5. Синтез линейных систем управления 5.1 Общие сведения о синтезе СУ. 5.2 Задачи и методы синтеза линейных СУ: синтез наблюдателя состояния; синтез СУ, инвариантных к возмущениям; синтез следящих систем. 5.3 Методы коррекции СУ, расчет передаточных функций корректирующих устройств. 5.4 Параметрический синтез СУ. 5.5 Методы синтеза оптимальных и адаптивных СУ. | 1 -- 0 | 2 -- 0 | 1 -- 0 | 2 -- 0 | 20 -- 0 | 26 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Раздел 6. Дискретные системы управления. 6.1 Классификация дискретных систем по виду квантования. 6.2 Понятие об импульсных и цифровых СУ. 6.3 Обобщенные структурные схемы дискретных СУ. 6.4 Использование микропроцессоров и микроЭВМ в СУ. | 1 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 15 -- 0 | 16 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Раздел 7. Линейные модели дискретных систем управления 7.1 Решетчатые функции и разностные уравнения. 7.2 Математическое описание идеального импульсного элемента. 7.3 Уравнения и импульсная передаточная функция разомкнутой импульсной СУ. 7.4 Частотные характеристики и логарифмические частотные характеристики импульсных систем. 7.5 Представление дискретных СУ в форме пространства состояний. | 1 -- 0 | 0 -- 0 | 2 -- 0 | 0 -- 0 | 15 -- 0 | 18 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Раздел 8. Анализ импульсных систем управления. 8.1 Структурные схемы и передаточные функции замкнутых импульсных СУ. 8.2 Процессы в импульсных системах. 8.3 Оценка точности импульсных СУ в установившемся режиме. 8.4 Устойчивость импульсных систем. | 1 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 15 -- 0 | 16 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Раздел 9. Синтез импульсных систем управления 9.1 Общие сведения о синтезе импульсных систем. 9.2 Построение желаемых частотных характеристик. 9.3 Способы коррекции. 9.4 Синтез дискретных корректирующих устройств. | 1 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 15 -- 0 | 16 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Раздел 10. Нелинейные модели систем управления 10.1 Понятие о нелинейных моделях. 10.2 Безынерционные нелинейные элементы. 10.3 Динамические нелинейные элементы. 10.4 Нейронные сети как многомерные нелинейные элементы. 10.5 Нелинейные модели с раскрытой структурой. 10.6 Расчетные формы нелинейных моделей. 10.7 Методы линеаризации нелинейных моделей. | 1 -- 0 | 0 -- 0 | 1 -- 0 | 0 -- 0 | 15 -- 0 | 17 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Раздел 11. Устойчивость положений равновесия 11.1 Понятие об устойчивости невозмущенного движения. 11.2 Первый метод Ляпунова, применение метода для исследования устойчивости. 11.3 Второй (прямой) метод Ляпунова и его применение. 11.4 Частотный метод исследования абсолютной устойчивости. необходимые и достаточные условия абсолютной устойчивости. | 1 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 15 -- 0 | 16 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Раздел 12. Оптимальное управление. 12.1 Постановка задачи оптимального управления. 12.2 Критерии оптимизации. 12.3 Методы теории оптимального управления: классическое вариационное исчисление, принцип максимума, динамическое программирование. | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 8 -- 0 | 8 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Раздел 13. Адаптивное управление 13.1 Целевые условия и уравнения адаптивных СУ. 13.2 Алгоритмы адаптивного управления. 13.3 Системы с алгоритмами прямого адаптивного управления. 13.4 Системы идентификационного типа. 13.5 Основные этапы синтеза адаптивных СУ. 13.6 Тенденции и перспективы развития методов исследования систем автоматического управления. | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 0 -- 0 | 5 -- 0 | 5 -- 0 | К(2), За, Экз | ||
| Всего: | 12 -- 0 | 4 -- 0 | 8 -- 0 | 6 -- 0 | 173 -- 0 | 203 -- 0 |
Лабораторные работы / практические занятия / индивидуальные занятия / самостоятельная работа под руководством преподавателя
Лабораторные работы
| № п/п | Курс | Раздел учебной дисциплины | Наименование лабораторных работ | Всего часов/ из них в интерактивной форме |
| Линейные модели дискретных систем управления | Л.р.№1- Исследование систем автоматического регулирования с помощью логарифмических частотных характеристик. | 4\0 | ||
| Нелинейные модели систем управления | Л.р.№2-Исследование влияния нелинейности модели на динамических характеристиках системы САР. | 4/0 | ||
| Всего: | 8/0 |
Практические занятия
| № п/п | Курс | Раздел учебной дисциплины | Наименование практического занятия | Всего часов из них в интерактивной форме |
| Модели и характеристики линейных систем управления | Построение асимптотических ЛАЧХ и временных характеристик элементарных динамических звеньев. | 2/0 | ||
| Анализ линейных систем управления. | Расчет устойчивости линейных САУ с использованием алгебраических критериев. | 2/0 | ||
| Всего: | 4/0 |