221400 Основы автоматического управления

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Московский институт электроники и математики Национального
исследовательского университета "Высшая школа экономики"
Факультет электроники и телекоммуникаций
Программа дисциплины
«Основы автоматического управления»
для направления 221400.62 «Управление качеством» подготовки бакалавра
Автор программы:
Юрин А.И., к.т.н., [email protected]
Одобрена на заседании кафедры Микросистемной техники, материаловедения и технологий «___»____________ 20 г
Зав. кафедрой В.П. Кулагин
Рекомендована секцией УМС «___»____________ 20 г
Председатель
Утверждена УС факультета «___»_____________20 г.
Ученый секретарь ________________________
Москва, 2013
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедрыразработчика программы.
-2«ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ»
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины «Основы автоматического управления» является
изучение основных положений теории автоматического управления и регулирования в рамках решения задач разработки средств метрологического
обеспечения для систем управления качеством.
В качестве одной из основных задач изучаемой дисциплины является
приобретение теоретических знаний и практических навыков при определении важных динамических характеристик средств измерений, систем
измерений, систем автоматического управления и регулирования на основе
анализа и синтеза структурных схем и их соответствующих динамических
уравнений и параметров.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ
СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

основные нормируемые метрологические динамические характеристики средств измерений в соответствии с ГОСТ 8.009-84;

виды тестовых сигналов и их характеристики и свойства, используемые при определении динамических характеристик;

взаимосвязь между динамическими характеристиками средств измерений, систем автоматического управления и регулирования, систем
управления качеством и видами тестовых сигналов;

взаимосвязь выходных и входных статистических параметров по известным характеристикам элементов, составляющих структурную
схему средства измерений.
На основании полученных знаний студенты должны уметь:

анализировать и составлять структурные схемы средств измерений и
контроля, систем автоматического управления и регулирования, систем управления качеством;

исследовать, на основании анализа структурной схемы, динамические
характеристики, как каждого элемента, так и всей схемы в целом;

оценивать устойчивость, как каждого элемента структурной схемы,
так и всей схемы;

использовать вычислительную технику для моделирования динамических характеристик элементов, входящих в общую схему;

исследовать точность и определять числовые оценки статистических
параметров каждого элемента и всей схемы.
При изучении теоретического материала студенты должны приобрести навыки в работе на ПЭВМ с пакетом специализированных программ
для анализа динамических характеристик, определения импульснойпереходной, переходной характеристик, АЧХ и ФЧХ.
-33. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
и (или) другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
108
54
18
36
54
-
Модуль
1
108
54
18
36
54
-
54
54
зачет
зачет
Всего часов
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Раздел дисциплины
Основные понятия теории автоматического управления и
регулирования.
Характеристики систем автоматического регулирования,
типы тестовых сигналов и их связь с динамическими
метрологическими характеристиками средств измерений,
систем автоматического управления и регулирования.
Структурные схемы систем автоматического регулирования и средств измерений, соединения звеньев (блоков)
структурных схем, преобразование структурных схем.
Устойчивость и качество линейных систем автоматического регулирования. Алгебраические и частотные критерии устойчивости.
Точность систем автоматического регулирования. Методы исследования точности систем управления.
Основы теории оптимальности, построение оптимальных
систем автоматического регулирования. Статистическая
теория оптимальных систем.
Заключение.
Лекции
ПЗ
(или С)
ЛР
2
4
-
5
12
-
4
8
-
2
4
-
2
4
-
2
4
-
1
-
-
4.2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Основные понятия ТАР. Классификация САУиР по характеристикам. Изучение функций и параметров пакета прикладного программного обеспечения для моделирования САУиР.
Раздел 2. Динамические характеристики САУиР. Моделирование элементарных звеньев на ЭВМ. Основные типы сигналов, используе-
-4мых для определения динамических характеристик. Применение средств ВТ
при исследовании характеристик звеньев. Определение импульсной переходной характеристики, переходной характеристики элементарных звеньев.
Преобразование структурных схем. Реакция САУиР на показательное возмещение, связь между импульсной переходной характеристикой и передаточной функцией. Определение передаточной функции САУиР по известным передаточным функциям составляющих. Определение АЧХ и ФЧХ линейных стационарных систем. Определение устойчивости САУиР.
Раздел 3. Структурные схемы САУиР, соединение звеньев. Построение амплитудно-фазовых характеристик. Преобразование структурных
схем и определение передаточных функций. Определение систематических и
случайных составляющих выходных сигналов элементарных звеньев.
Раздел 4. Устойчивость и качество линейных систем автоматического регулирования. Общее определение устойчивости, устойчивость
линейных стационарных систем. Алгебраические и частотные критерии
устойчивости. Характеристическое уравнение линейной стационарной системы, алгебраические критерии устойчивости Рауса-Гурвица. Синтез оптимальных САУиР. Частотные критерии устойчивости Найквиста-Михайлова.
Раздел 5. Точность систем автоматического регулирования.
Исследование точности САУиР, случайные процессы и функции, стационарность и эргодичность. Определение систематической и случайной составляющих выходного сигнала.
Раздел 6. Основы теории оптимальности, синтез оптимальных
САУиР. Синтез оптимальных САУиР при различных сигналах на входе.
Раздел 7. Заключение. Обзор изученного материала.
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1
2
2
2,3
3
4
4
5
Наименование лабораторных работ
Определение переходных и импульсных переходных характеристик линейных стационарных звеньев.
Определение амплитудно- и фазочастотных характеристик линейных стационарных звеньев.
Вычисление АЧХ, ФЧХ по заданным передаточным функциям, по
структурным схемам, построение амплитудно-фазовых характеристик.
Оценивание систематической и случайной составляющих выходных сигналов при моделировании линейных стационарных звеньев
на ЭВМ.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1. Рекомендуемая литература
а) основная литература:
1. Основы автоматического управления. Под ред. В.С. Пугачева, -М.:
Наука, 1974.
-52. Солодовников В.В., Решетов В.В. Теория автоматического управления. Конспект лекций. МВТУ, часть 1, 2, 3, 4. -М.: 1976.
3. Пугачев В.С., Казаков И.Е., Евланов Л.Г. Основы статистической
теории автоматических систем. -М.: машиностроение, 1974.
4. Кавалеров Г.И., Мандельштам С.М. Введение в информационную
теорию измерений. -М.: Энергия, 1974.
5. Топчеев. Ю.И., Цыплаков А.П. Задачник по теории автоматического регулирования. -М.: Машиностроение, 1977.
б) дополнительная литература:
1. Описание пакета прикладных программ MICROCAP.
2. Методические указания по проведению практических занятий по
курсу «Основы автоматического управления».
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины
Пакеты прикладных программ DIZIGNER, MICROCAP.
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
Лабораторные работы и частично практические занятия проводятся в
компьютерном классе ВЦ МИЭМ.
8. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Изложение материала по дисциплине должно опираться на ранее
изученные дисциплины: «Математический анализ», «Линейная алгебра»,
«Теория функций комплексного переменного», «Теория вероятностей и
математическая статистика», «Теоретическая и прикладная механика».
2. Закрепление материала, изучаемого в дисциплине, должно проводиться при выполнении лабораторных работ.
3. В часы самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя изучаются отдельные теоретические вопросы, которые не излагались на лекциях, осваиваются расчеты с помощью средств вычислительной техники.
4. Предполагается подготовка обзоров по темам, рекомендуемым
преподавателем, изучение материалов лекций и подготовка ответов на
контрольные вопросы, подготовка к практическим занятиям и выполнение
заданий с соответствующим оформлением, подготовка к выполнению лабораторных работ.
5. Оставшиеся часы, отведенные на самостоятельную работу, могут
быть использованы для выполнения индивидуальных заданий, написания
рефератов, проведение консультаций и текущего контроля усвоения учебного материала (контрольные работы или тестирование).
Автор программы: __________________ /Юрин А.И./