1

1
Программа курса (силлабус) по дисциплине «Автоматизация и
управление техническими системами» для студентов КазНТУ имени К.И.
Сатпаева по специальности
5В070200- Автоматизация и управления
составлена доцентом Орынбет М.М. кафедры АиУ.
Рассмотрена на заседании кафедры «Автоматизация и управления»
«_9_» _января___2012г.
Протокол №8__
Заведующий кафедрой
д.т.н., проф. Сулейменов Б.А.
Одобрена
методическим
Советом
телекоммуникационных технологий
«_30_» _января_____ 2012г.
Института
информационных
и
Протокол №__5__
Председатель
Ахметов Б.С.
Сведения о преподавателе:
Орынбет Марат Маханбетұлы, доцент кафедры АиУ, к.т.н.
В 1982 г. окончил КазПТИ по специальности автоматика и телемеханика. В
1991 году окончив аспирантуру в Московском государственном техническом
университете им. Н.Э. Баумана, защитил кандидатскую диссертацию по
специальности 051301-Управление в технических системах. С 2010 г. работает
доцентом кафедры АиУ КазНТУ имени К.И. Сатпаева.
Офис: кафедра «Автоматизации и управления»
Адрес: 480013, Алматы, ул. Байтурсынова 140, кааб. 402.
Тел. 292-56-57
© КазНТУ имени К.И. Сатпаева, 2012
2
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1 Цели преподавания дисциплины
Важным направлением научно-технического прогресса является
автоматизация технологического процесса производства, включающая в себя
расширенное применение систем автоматизации и управления, промышленных
роботов и гибких автоматизированных производственных систем.
Цель дисциплины состоит в изучении основных понятий, целей и
принципов построения систем автоматизации и управления техническими
системами, классификации и характеристик
систем автоматизации и
управления, а также методов моделирования и синтеза систем автоматизации и
управления.
1.2 Задачи изучения дисциплины
Основной задачей является ознакомление студентов с основными
методами построения систем автоматизации и управления и средствами
необходимыми для их реализации.
При изучении дисциплины студент должен:
Знать:
- характеристики и параметры элементов автоматики и измерительных
систем;
- типовые звенья и функциональную схему системы автоматического
управления;
- основы анализа и синтеза автоматической системы.
Уметь:
- выполнять композицию и декомпозицию технических систем средней
сложности;
- выбирать и строить математические модели в процессе анализа технических
систем;
- осуществлять системный анализ;
- разрабатывать компоненты систем автоматизации;
- анализировать и повышать качество функционирования технических систем;
1.3 Пререквизиты
Материал дисциплины базируется на сведениях, излагаемых в дисциплинах:
Физики – электричество, магнетизм; высшей математики – дифференциальное
и интегральное исчисление; электротехники - линейные и нелинейные цепи;
элементы и средства автоматики; теория автоматического управления;
автоматизация технологических процессов.
1.3 Постреквизиты
Данная дисциплина является основой для исследования и проектирования
систем автоматики, систем автоматизации и управления, математическое
моделирование и расчеты на ЭВМ.
3
2.СИСТЕМА ОЦЕНКА ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ
Таблица 1
Распределение рейтинговых % по видам контроля
Вид итогового
контроля
Экзамен
Вид контроля
%
Итоговый контроль
Рубежный контроль
Текущий контроль
100
100
100
Сроки сдачи результатов текущего контроля должны определятся
календарным графиком учебного процесса по дисциплине (таблица 2).
Количество текущих контролей определяется содержанием дисциплины и ее
объемом, которые указывается в учебно-методическим комплексе дисциплины.
Таблица 2
Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине
«Автоматизация и управление техническими системами»
Недел
и
Виды
контр
оля
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
С1
Л1
Л2
С2
Л3
Л4
С3
Л5
Л6
С4
Л7
РК
1
С
5
Л
8
2
Л9
С6
Л1
0
Л11
С7
Л1
2
Л13
С8
Л1
4
Л1
5Р
К2
Кол.
2
1
2
1
2
2
2
1
2
1
2
1
2
Контр
Л – лабораторные занятия; С – самостоятельная работа, РК – рубежный контроль.
Таблица 3 Оценка знаний студентов
Оценка
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Буквенный
эквивалент
Рейтинговый балл
(в процентах %)
В баллах
А
АВ+
В
ВС
С
СD
D
F
95-100
90-94
85-89
80-84
75-79
70-74
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
4
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
4
2
2.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1 Распределение часов по видам занятий
Таблица 4
Количество академических
часов
лекци Лаб.з
и
аняти СРС СРСП
Наименование темы
1
2
3
4
5
1. Классификация САиУ.
1
2
3
3
2. Принципы построения САиУ.
1
2
3
3
3. Фнкциональные и технические структуры
САиУ.
1
2
3
3
4. Функциональные структуры САиУ в
зависимости от способа включения ЭВМ в
контур управления.
1
2
3
3
5. Основные этапы исследования и
проектирования САиУ.
1
2
3
3
6. Обобщенная функциональная схема ЭМСАиУ.
1
2
3
3
7. Математические модели базовых элементов
САиУ.
1
2
3
3
8. Синтез САиУ.
1
2
3
3
9. Синтез одноконтурных и многоконтурных
САР.
1
2
3
3
10. Типовая методика синтеза контуров
регулирования САиУ.
1
2
3
3
11. Синтез САР скорости «Г-ДПТ»
1
2
3
3
12. Синтез системы двухзонного регулирования
скорости.
1
2
3
3
13. САР положения.
1
2
3
3
14. Синтез следящих САиУ.
1
2
3
3
15. Типовые структуры следящих
электроприводов.
1
2
3
3
15
30
45
45
Всего
5
3.2 Темы лекционных занятий и их содержание
Таблица 4а
№
п
п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Наименование тем
Классификация САиУ. Рассматриваются основные классификационные признаки
технических систем.
Принципы построения САиУ. Введены базовые понятия. Представлены системы в
форме графа. Разбиение системы на подсистемы. Иерархия подсистем.
Функциональные и технические структуры САиУ. Рассматриваются внутренние и
внешние
технические
структуры,
функциональные
структуры
локальной,
централизованной, иерархической САиУ.
Функциональные структуры САиУ в зависимости от способа включения ЭВМ в контур
управления. ЭВМ в режиме сбора и обработки данных и информации, советчика,
супервизорного и непосредственного управления
Основные этапы исследования и проектирования САиУ Основные функции НИР.
Математическое описание ОУ. Критерии качества управления. Синтез САиУ. Этапы
проектирования.
Обобщенная функциональная схема ЭМ САиУ Приимущества ЭМ САиУ.
Функциональная схема. Основные подсистемы.
Математические модели базовых элементов САиУ. ММ силовых электромеханических
модулей, электродвигателей,. Структурная схема ДПТ. Схема замещения.
Синтез САиУ. Типовые методы улучшения динамических показателей. Форсирование
управляющего воздействия. Компенсация больших постоянных времени.
Синтез одноконтурных и многоконтурных САР. Критерии качества регулирования.
Переходные функции, процессы. Структурные схемы. Технический и симметричный
оптимум.
Типовая методика синтеза контуров регулирования САиУ. Методика структурнопараметрического синтеза: декомпозиция, критерий качества, определение структуры и
параметров, выбор элементной базы.
Синтез
САР скорости «Г-ДПТ». Синтез контура регулирования тока якоря.
Параметрическая декомпозиция. Расчет параметров регулятора.
Синтез системы двухзонного регулирования скорости. Изменение координат САиУ в
функции скорости. Функциональная схема. Настройка контуров регулирования.
САР положения. Режимы перемещения. Графики перемещения рабочего органа. САР
положения с линейным и параболическим регулятором.
Синтез следящих САиУ. Добротность САиУ. Синтез инвариантных САиУ.
Типовые структуры следящих электроприводов. Функциональные схемы СП с СКВТ,
импульсным датчиком.
3.3 Наименование тем лабораторных занятий, их содержание и объем в
часах
Таблица 4б
№
1
2
Колво
Наименование тем лабораторных занятий
часо
в
Исследование объекта управления. Приобретение навыков по анализу объектов
2
автоматизации, построению их математических моделей.
Исследование устойчивости САР. Приобретение навыков по исследованию
2
устойчивости системы регулирования.
6
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Исследование и расчет оптимальных параметров настройки ПИ и ПИД
регуляторов. Приобретение навыков исследование динамических характеристик
объекта регулирования.
Построение графиков переходных процессов САР по расширенным расчетным
характеристикам. Приобретение навыков в работе по построению графиков
переходных процессов автоматических систем управления.
Расчет оптимальной настройки САР по расширенным расчетным
характеристикам. Освоить методику расчета оптимальной настройки
одноконтурной САР по расширенным частотным характеристикам определения
параметров настройки ПИ-регуляторов.
Определение параметров настройки ПИ- регуляторов. Освоить методику расчета
оптимальной настройки одноконтурной САР по расширенным частотным
характеристикам определения параметров настройки ПИ-регуляторов.
Выбор настроек регуляторов. Освоить методику настройки ПИ и ПИДрегуляторов с учетом характера возмущающих воздействий.
Выбор настроек регуляторов с учетом характера возмущающих воздействий.
Освоить методику настройки ПИ и ПИД- регуляторов с учетом характера
возмущающих воздействий.
Основы изучения Experion PKS. Configuration Studio.
Основы изучения Experion PKS. Quick Builder.
Основы изучения Experion PKS. Quick Builder. Часть 1B
Основы изучения Experion PKS. Quick Builder Modicon точки Modbus интерфейс
Основы изучения Experion PKS. Quick Builder. Allen-Bradley Точка. AllenBradley интерфейс
Основы изучения Experion PKS. HMIWeb Display Builder Часть 1A
Основы изучения Experion PKS. HMIWeb Display Builder. Часть 1B
Всего (часов)
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
30
3.4Самостоятельная работа студента
Перечень тем для самостоятельных работ под руководством
преподавателя (СРСП)
1.Математические модели регуляторов САиУ.
2. Пропорциональный регулятор (П-регулятор).
3. Интегральный регулятор (И-регулятор).
4.Дифференциальный регулятор (Д-регулятор).
5.Пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор).
6.Пропорционально-дифференциальный регулятор (ПД-регулятор).
7.Пропорционально-интегрально-диференциальный регулятор (ПИДрегулятор)
8.Апериодический регулятор (АП-регулятор).
9.Модальный регулятор (М-регулятор).
10.Корректирующие устройства и методы их синтеза. Последовательные
корректирующие устройства.
11. Паралельные корректирующие устройства.
12. Корректирующие устройства по внешнему воздействию. Инвариантность.
13. Частотный метод синтеза последовательных корректирующих устройств.
14. Частотный метод синтеза паралельных корректирующих устройств.
15.Связь частоты среза с оценками качества переходного процесса.
Метод корневого годографа.
7
Перечень тем занятий в рамках самостоятельной работы студента (СРС)
1.Цифровые системы управления.
2. Методы синтеза цифровых САиУ. Метод аналогии и билинейного
преобразования.
3. Методы синтеза цифровых САиУ. Метод переменного коэффициента
усиления.
4. Методы синтеза цифровых САиУ. Метод аналитического конструирования
регуляторов.
5.Цифро-аналоговые системы управления.
6.Цифровые системы с жесткой логикой управления.
7.Архитектура управляющего комплекса на базе одноплатной микро-ЭВМ.
8.Методы и средства искусственного интеллекта в САиУ.
3.5 График проведения занятий
Таблица 5
№
Дата
1
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Время
3
Наименование тем
4
Лекции
Классификация САиУ.
Принципы построения САиУ.
Функциональные и технические структуры САиУ.
Функциональные структуры САиУ в зависимости от
способа включения ЭВМ в контур управления.
Основные этапы исследования и проектирования САиУ.
Обобщенная функциональная схема ЭМСАиУ.
Математические модели базовых элементов САиУ
Синтез САиУ.
Синтез одноконтурных и многоконтурных САР
Типовая методика синтеза контуров регулирования САиУ.
Синтез САР скорости «Г-ДПТ»
Синтез системы двухзонного регулирования скорости.
САР положения.
Синтез следящих САиУ.
Типовые структуры следящих электроприводов.
Лабораторные занятия
Исследование объекта управления.
Исследование устойчивости САР.
Исследование и расчет оптимальных параметров
настройки ПИ и ПИД регуляторов.
Построение графиков переходных процессов САР по
расширенным расчетным характеристикам.
Расчет оптимальной настройки САР по расширенным
расчетным характеристикам.
Определение параметров настройки ПИ- регуляторов.
Выбор настроек регуляторов.
Выбор настроек регуляторов с учетом характера
возмущающих воздействий.
Основы изучения Experion PKS. Configuration Studio.
8
10
11
12
13
14
15
Основы изучения Experion PKS. Quick Builder.
Основы изучения Experion PKS. Quick Builder. Часть 1B.
Основы изучения Experion PKS. Quick Builder
Modicon точки Modbus интерфейс
Основы изучения Experion PKS. Quick Builder. AllenBradley Точка. Allen-Bradley интерфейс
Основы изучения Experion PKS. HMIWeb Display Builder
Часть 1A
Основы изучения Experion PKS. HMIWeb Display Builder.
Часть 1B
4 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Основная литература
1. Основы автоматизации управления производством: Учеб. Пособие для студ.
техн. Вузов / Макаров И.М., Евтихиев Н.Н., Дмитриев Н.Д. и др.; Под ред.
И.М. Макарова. – М.: Высш. Школа, 1983. – 504 с.
2. Автоматизация типовых технологических процессов и установок: Учебник
для вузов / А.М. Корытин, Н.К. Петров, С.Н. Радимов, Н.К. Шапарев. – 2-е
изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 432 с.
3. Рей У. Методы управления технологическими процессами: Пер. с англ. - М.:
Мир, 1983.- 368 с.
4. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление
электроприводами: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоиздат. Ленингр.
отд-ние, 1982. – 392 с.
5. Синтез электромеханических приводов с цифровым управлением / Вейц
В.Л., Вербовой П.Ф., Вольберг О.Л., Съянов А.М.; Отв. Ред. Войтех А.А.;
АН Украины. И-нт электродинамики. Киев: Наук. Думка, 1991. – 232 с.
6. Программно-информационные
комплексы
автоматизированных
производственных систем / С.А. Клейменов, С.Н. Рябов, С.А. Барбашов,
А.И. Павленко; Под ред. С.А. Клейменова. – М.: Высш. шк., 1990. – 224 с.
7. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими
объектами. М.: Энергоатомиздат. 1985, 296с.
Дополнительная литература
1.САПР: Система автоматизир. проектирования: Учеб. Пособие для втузов. В 9
кн. Кн. 4. Математические модели технических объектов / В.А. Трудоношин,
Н.В. Пивоварова; Под ред. И.П. Норенкова. – Мн.: Высш. шк., 1988. – 159 с.
2,Аппак М.А. Автоматизированные рабочие места на основе персональных
ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1989. - 176 с.
3.Электротехнический справочник. В 3 т. Т. 3: В 2 кн. Кн. 2. Использование
электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ: И. Н. Орлова и др. –
7-е изд., испр.и доп. – М.: ЭАИ, 1988.- 616 с.
[email protected]
9
СОДЕРЖАНИЕ
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1 Цель преподавания дисциплины………………………………………………3
1.2 Задачи изучения дисциплины………………………………………………….3
1.3 Пререквизиты…………………………………………………………… …….3
1.4 Постреквизиты…………………………………………………………… ……3
2СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ………..……………………………………..…3
3СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ………..………………………………….…..4
3.1Распределение часов по видам занятий…………..……………………….…..4
3.2Содержание лекционных занятий…………………..…………………………5
3.3 Содержание лабораторных занятий………………..…………………………7
3.4Самостоятельная работа студента……………………………………… …….7
3.5График проведения занятий…………………………………………..………..8
4 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ….….……9
10