2. Задана модель в пространстве состояния

УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора-проректора
Института кибернетики по учебной работе
________________ С.А. Гайворонский
«___»_____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА МОДУЛЯ ДИСЦИПЛИНЫ
ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП
230100 Информатика и вычислительная техника
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ
Программное обеспечение средств вычислительной
техники и автоматизированных систем
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА
КУРС
СЕМЕСТР
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
ПРЕРЕКВИЗИТЫ
КОРЕКВИЗИТЫ
бакалавр
2011 г.
4
8
3 кредита ECTS
Б2.Б3.2, Б2.Б3.3,
Б3.В.4.7
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции
24 час.
Лабораторные занятия
24 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
48 час.
48 час.
ИТОГО
96 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
экзамен
кафедра АиКС
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ АиКС ____________ Цапко Г.П.
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
____________ Рейзлин В.И.
РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОФИЛЯ
____________ Кочегурова Е.А.
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
____________ Коновалов В.И.
2011 г.
Б3.Б3.1, Б3.Б3.2
1. Цели освоения дисциплины
Изучение дисциплины направлено на достижение цели Ц3 ООП : «Подготовка
выпускников к комплексным инженерным исследованиям для решения задач, связанных с
разработкой аппаратных и программных средств объектов профессиональной деятельности».
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина входит в состав вариативной части профессионального цикла по профилю
«Программное обеспечение средств вычислительной техники и автоматизированных систем». В
предыдущем ФГОС дисциплина являлась обязательной для всего направления.
Пререквизитами
данной
дисциплины
являются:
математический
анализ,
электротехника и электроника. Знания и умения, полученные при изучении дисциплины
«Основы теории управления», могут быть востребованы при освоении предмета «Программное
обеспечение АСУ ТП».
3. Результаты освоения дисциплины
Основным планируемым результатом является возможность проводить теоретические и
экспериментальные исследования, включающие поиск и изучение необходимой научнотехнической информации, математическое моделирование, проведение эксперимента, анализ и
интерпретацию полученных данных в области создания аппаратных и программных средств
информационных и автоматизированных систем. (Р5).
Результаты освоения дисциплины позволят студенту:
знать
математические модели динамических систем, типовые звенья систем автоматического
управления (САУ), критерии устойчивости и показатели качества САУ, методы описания
цифровых систем управления (З.5.3.4);
уметь
оценивать устойчивость САУ, рассчитывать показатели качества, составлять алгоритмы
управления цифровыми системами (У.5.3.4);
владеть
методами анализа и синтеза линейных стационарных САУ, методами настройки
цифровых регуляторов (В.5.3.4)
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1.Универсальные (общекультурные)
владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию
информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);
использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной
деятельности, применение методов математического анализа и моделирования,
теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
2. Профессиональные
готовность к самостоятельной работе (ПК-1);
обоснование принимаемых проектных решений, постановка и выполнение
экспериментов по проверке их корректности и эффективности (ПК-6);
готовность применять математический аппарат для решения поставленных задач,
способностью применить соответствующую процессу математическую модель и проверить ее
адекватность (ПК-12);
4. Структура и содержание дисциплины
4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины
1. Введение и общие принципы построения систем управления
Основные термины и определения. Техническая кибернетика. Управление ручное,
автоматическое, автоматизированное. Классификация систем автоматического управления по
различным признакам. Разомкнутые системы управления, системы с управлением по
отклонению и управлением по возмущению. Классификация моделей, применяемых для
описания систем автоматического управления и их элементов. Задачи анализа и синтеза
систем управления. Метод пространства состояний. Управляемость, наблюдаемость.
2. Анализ одномерных линейных САУ
Динамические звенья САУ и их характеристики в частотной и временной областях.
Структурные
схемы САУ и их преобразование. Передаточные функции замкнутой,
разомкнутой системы, по задающему воздействию, по возмущению, по ошибке.
3. Устойчивость линейных САУ
Понятие об устойчивости САУ. Алгебраические
критерии
устойчивости.
Графоаналитические (частотные критерии устойчивости). Критерий Михайлова. Критерий
устойчивости Найквиста. Определение и построение областей устойчивости САУ.
4. Качество процессов управления
Анализ свойств САУ в стационарном статическом режиме. Способы повышения
точности САУ. Качество переходных процессов в САУ. Критерии качества переходных
процессов: частотные, корневые, интегральные. Понятия чувствительности и инвариантности
систем управления. Методы коррекции свойств САУ.
5. Цифровые и нелинейные системы управления
Математическое описание дискретных систем. Z-преобразование и его использование
для описания дискретных систем. Методы оценки устойчивости. Разностные уравнения.
Понятие о нелинейных системах. Математические методы, используемые для
анализа и синтеза нелинейных систем.
6. Алгоритмы и программы управления в САУ
Аналоговые
П-, И-, ПИ-, ПД-, ПИД- алгоритмы. Программная реализация
алгоритмов управления в цифровых системах. Модификации алгоритмов, нелинейные
алгоритмы. Алгоритмы фильтрации сигналов.
Особенности построения АСУ ТП. Задачи, решаемые в АСУ ТП. Техническое и
программное обеспечение АСУ ТП.
4.2. Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения
Распределение
таблице 1.
трудоемкости по разделам курса и формам обучения приведено в
Таблица 1
Название раздела/темы
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Аудиторная работа (час)
СРС
Колл,
Лекции Практ./сем.
Лаб. (час) Контр.Р.
Итого
Занятия
1.Введение
2.
Анализ
одномерных
линейных САУ
3. Устойчивость линейных
САУ
4.
Качество
процессов
управления
5. Цифровые и нелинейные
системы управления
6. Алгоритмы и программы
управления в САУ
4
4
зан.
2
8
6
6
2
2
14
20
4
8
10
2
24
4
6
6
4
6
4
6
24
24
16
2
12
10
40
8
96
4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения приведено
в таблице 2. Разделы дисциплины соответствуют п.4.1.
Таблица 2.
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения
№
Формируемые
компетенции
1
2
Разделы дисциплины
3
4
5
6
7
1.
З.5.3.4
+
+
+
+
+
+
2.
У. 5.3.4.
+
+
+
+
+
3.
В.5.3.4.
+
+
+
+
5. Образовательные технологии
Достижение планируемых результатов
освоения дисциплины
образовательными технологиями, сочетание которых приведено в таблице 3.
обеспечивается
Таблица 3.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лек Лаб. Пр. зан./ Тр*.,
СРС
ц. раб. Сем.,
Мк**
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного обучения.
Обучение на основе опыта
Опережающая самостоятельная работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
Другие методы
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
К. пр.
* - Тренинг, ** - Мастер-класс
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
6.1 Текущая СРС состоит в проработке лекционного материала, подготовке к
лабораторным работам и контрольным работам. Она составляет 48 часов и включает:
1) проработку лекционного материала и подготовку к выполнению и защите
лабораторных работ (40 ч.)
2) подготовку к контрольным работам ( 8 ч.)
6.2.Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) состоит
в выполнении индивидуальных заданий по темам, не предусмотренным лекционными
занятиями.
Контроль самостоятельной работы
Текущий контроль осуществляется при выполнении индивидуального домашнего
задания, контрольных тестов, проводимых на лекциях, рубежной контрольной работы и при
защите отчетов по лабораторным работам. Оценка результатов самостоятельной работы
организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.
Оценка преподавателем самостоятельной работы студентов отражена в рейтинг-плане.
6.3
6.4
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
http://www.aics.ru/files/subj/52/Met_uk_lab_rab_2009/doc
Коновалов В.И.Идентификация и диагностика систем Учебное пособие. - Томск, изд.
ТПУ, 2010. - 156 с. (раздел 4).
Имаев Д.Х., Ковальски З., Яковлев В.Б., Кузьмин Н.Н., Пошехонов Л.Б., Цапко Г.П.
Анализ и синтез систем управления. Теория. Методы. Примеры решения типовых задач с
использованием персонального компьютера. - Информационо-издательский центр Сургутского
гос. ун-та, 1998. - 172 с.: ил.
Основы теории управления. Методические указания к выполнению лабораторных работ
для студентов специальности 220400.- Томск: Изд. ТПУ, 2002 –8 с.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
Фонд оценочных средств включает в себя:
1. 3 тестовых контрольных работы, охватывающих первые три раздела курса
2. Индивидуальное домашнее задание
3. Рубежную контрольную работу.
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №1 ПО КУРСУ «ОСНОВЫ ТЕОРИИ
УПРАВЛЕНИЯ»
1. Задана модель динамической системы в форме дифференциального уравнения:
Найти :
1. Модель статики
2. Передаточную функцию
3. Уравнение состояния (систему дифф.уравнений 1-го порядка в матричной форме)
4. Импульсную переходную(весовую) функцию
5. Переходную функцию
6. Вещественную частотную характеристику
7. Мнимую частотную характеристику
8. Амплитудную частотную характеристику
9. Аналитическое выражение для ЛАЧХ
2. Задана модель в пространстве состояния: матрицы состояния А, управления В, наблюдения
Н. Найти модель в форме передаточной функции.
3. Задана модель в форме передаточной функции. Перейти к уравнению состояния,
избавившись от производных входного сигнала.
4. По модели, заданной в пространстве состояний, определить управляемость системы.
Вопросы, выносимые на зачетную контрольную работу
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Структурные преобразования линейных стационарных систем
Оценка точности САУ в установившемся режиме
Алгебраические критерии устойчивости
Частотные критерии устойчивости
Запас устойчивости
Критерии оценки качества САУ
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)
Основная литература
1.Ерофеев А.А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. – СПб.:
Политехника, 1998. – 295 с.
2. Кориков А.М. Основы теории управления: Учебное пособие. 2-е изд. – Томск: Изд-во
НТЛ, 2002. – 392 с.
3. Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы. – СПб:
Питер, 2005 - 336 с.: ил.(серия - Учебное пособие)
4. Имаев Д.Х., Ковальски З. и др. Анализ и синтез систем управления. Теория. Методы.
Примеры решения типовых задач с использованием персонального компьютера. Информационо-издательский центр Сургутского гос. ун-та, 1998. - 172 с.: ил.
5. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Теория автоматического
управления техническими системами. - М.: изд-во МГТУ, 1993. - 648 с.
6. Алексеев А.А., Имаев Д.Х., Кузьмин Н.Н., Яковлев В.Б. Теория управления:
Учеб./СПб.:изд.СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1999.-435 с.
Дополнительная литература
1. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы
систем автоматического регулирования. - М.: Машиностроение, 1985. - 536 с.: ил.
2. Лукас В.А. Теория автоматического управления. - М.: Недра, 1990. - 520с.: ил.
3. Сборник программированных задач по курсу “Теория автоматического управления” /
Под ред. А.М.Малышенко . - Томск: изд-во ТПИ, 1978. - 113 с.: ил.
4. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления / Под ред.
В.А.Бесекерского. - М.: Наука, 1978. - 512 с.: ил.
5. Трофимов А.И., Егупов Н.Д., Дмитриев А.Н. Методы теории автоматического
управления, ориентированные на применение ЭВМ. - М.: Энергоатомиздат, 1997. - 656 с.: ил.
6. Теория автоматического управления. Ч. 1 / Под ред. А.А.Воронова. - М.: Высшая
школа, 1986. - 367 с.: ил.
7. Дорф Р. Современные системы управления/ Р.Дорф, Р. Бишоп; пер. с анг. Б.И.
Копылова. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2004. – 832 с.
8. Лурье Б.Я., Энрайт П. Дж. Классические методы автоматического управления/ Под
ред. А.А. Ланнэ. – Спб.: БХВ-Петербург, 2004. – 640 с.
9. Программное обеспечение и Internet-ресурсы
1. Пакет Classic 3.0 разработка
Санкт-Петербургского государственного
электротехнического университета (ЛЭТИ), кафедра автоматики и процессов управления.
2. www.wikibooks.org.
3. http://www.aics.ru/files/subj/52/Met_uk_lab_rab_2009/doc
4. www.intuit.ru..
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Компьютеры класса IBM PC с операционной системой Windows-*.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями
ФГОС по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника» и профилю
«Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем».
Программа одобрена на заседании кафедры автоматики и компьютерных систем
(протокол № __8__ от «__2_» ____06___ 2011___ г.).
Автор
Коновалов В.И..
Рецензент
Замятин С.В.