ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ для поступления в магистратуру по направлению 220400

ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«Аппаратные средства автоматики»
для поступления в магистратуру
по направлению 220400
«Управление в технических системах»
Тема 1. Типовые структуры и средства систем автоматизации.
Типовые структуры и средства систем автоматизации и управления
(САиУ) техническими объектами и технологическими процессами, классы и
типовые структуры САиУ. Термины и определения. Назначение и состав
технических средств САиУ, типовое обеспечение САиУ, комплексы
технических средств, программно-технические комплексы.
Тема 2. Датчики сигналов и измерительные преобразователи.
Приборы для измерения давления. Измерительные преобразователи
избыточного
давления.
Измерительные
преобразователи
абсолютного
давления. Измерительные преобразователи дифференциального давления.
Приборы для измерения температуры. Термометры сопротивления и
термопары.
Четырехпроводная
Расходомеры
и
счетчики.
и
двухпроводная
техника
Магнито-индуктивный,
монтажа.
ультразвуковой,
диафрагменный методы измерения. Дроссельные и механические счетчики
расхода. Приборы для измерения уровня. Ультразвуковые и радарные
измерительные
преобразователи.
Измерение
разделительного
слоя.
Погружные зонды, емкостные приборы.
Тема 3. Исполнительные устройства и регуляторы.
Электропневматические позиционеры.
клапанов.
Поступательные
исполнительные
приводы.
регулирующих
устройств.
и
поворотные
Приводы
Регулирование вентилей и
клапаны.
вращения
для
Общепромышленные
Электрические
управляющих
электроприводы
постоянного и переменного тока. Шаговые электроприводы. Сервоприводы.
1
и
Тема 4. Коммуникации в технических системах.
Сетевые
решения
для
автоматизации.
Обмен
данными,
децентрализованная периферия. Локальные и глобальные информационные
сети. Сети полевого уровня. Электрические и оптические каналы связи.
Инфракрасные
каналы
связи,
комбинированные
каналы
связи.
Коммуникационные процессоры.
Тема 5. Программируемые логические контроллеры.
Структура и основные компоненты программируемого логического
контроллера
(ПЛК).
Центральные
процессорные
устройства
(ЦПУ),
сигнальные модули, интерфейсные модули. ЦПУ для задач малой, средней и
сложной степени. Производительность и адресное пространство. Рабочая
память и память программ. Модули ввода-вывода дискретных и аналоговых
сигналов. Модули интеллектуальной периферии. Быстрые счетчики и
функциональные модули. Коммуникационные процессоры. Связь на основе
интерфейсов PPt, MPI. Технические характеристики, скорость обмена,
удаленность
приемников
датчиков/преобразователей
к
информации.
аналоговым
входам.
Подключение
Подключение
нагрузок/исполнительных устройств к аналоговым выходам. Функции
таймеров. Счетчики. Числовые функции. Представление аналоговых величин
для каналов аналогового ввода/вывода. PID-регулятор.
Диагностика
модулей. Аппаратная реализация таймеров, счетчиков.
Тема 6. Системы распределенного ввода/вывода.
Компоненты
систем
распределенного
ввода-вывода.
Станция
распределенной периферии, дополнительные компоненты. Резервирование
для опасных производств. Конструкции систем распределенного вводавывода. Функциональные особенности. Примеры на основе техники
SIMATIC ET 200S, ET 200 M, ET 200 B, ET 200 X.
2
Тема 7. Промышленные информационные сети.
Информационные сети. Каналы связи. Протоколы передачи данных.
AS интерфейс - интерфейс датчиков и приводов. PROFIBUS – промышленная
сеть полевого уровня. Топологии сетей. Промышленная информационная
сеть Industrial Ethernet. Критерии выбора сетей.
Тема 8. Человеко-машинный интерфейс.
Визуализация и управление в системах автоматизации. SCADA
системы. Человеческий
фактор и оперативность реакции
в случае
возникновения внештатных ситуаций. Аппаратура оперативного управления
и мониторинга. Кнопочные панели, текстовые дисплеи, текстовые и
графические панели оператора. Сенсорные панели и панели с встроенной
клавиатурой, многофункциональные панели, промышленные компьютеры.
Литература
1. Основы микропроцессорной техники: Курс лекций: Учеб. пособие
для вузов/ Ю.В. Новиков, П.К. Скоробогатов. - М.: Интернет-Университет
Информационных Технологий, 2003. – 440 с.
2. Микропроцессорные системы: Учеб. пособие / Под ред. Д.В.
Пузанкова.- СПб.: Политехника, 2002. – 935 с.
3. Гилмор Ч. Введение в микропроцессорную технику. Пер. с англ. –
М.: Мир, 1984.
4. Ю.С. Слепокуров, С.А. Ткалич. Программирование
микропроцессорных устройств на языке STEP 5. Основные функции:
Учебное пособие. – ВГТУ, 2001, на магнитном носителе (Уч_пос_Step 5.doc).
5. Ганс Бергер. Автоматизация посредством STEP 7 с использованием
LAD и FBD и программируемых контроллеров SIMATIC S7 -300/400.
SIEMENS, 2001. – 605 с.
3
6. Каталог: Компоненты техники автоматизации SIEMENS, ST-70,
2011.
7.
Дорф Р. Современные системы управления. М. Лаборатория
базовых знаний., 2002. – 832 с.
8. Гудвин Г.. Проектирование систем управления. М. Бином, 2004. –
911 с.
9. Мельников А.А. Управление техническими объектами автомобилей
и тракторов: Системы электроники и автоматики: Учеб. пособие. М.:
Издательский центр «Академия», 2003. – 376 с.
10. Таратынов О.Ю., Ткалич С.А. Конфигурирование аппаратуры и
коммуникаций SIMATIC S7: руководство пользователя. Воронеж: Интеграл
СТ, 2007. – 112 с.
11. Таратынов О.Ю., Ткалич С.А. Программирование контроллеров на
языке STEP 7 LAD: руководство программиста. Воронеж: Интеграл СТ, 2007.
– 184 с.
ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«Теория автоматического управления»
для поступления в магистратуру
по направлению 220400
«Управление в технических системах»
Тема 1. Основные понятия теории управления.
Цели и принципы управления, динамические системы. Математическое
описание объектов управления: пространство состояний, передаточные
функции, структурные схемы. Основные задачи теории управления:
стабилизация, слежение, программное управление, оптимальное управление,
экстремальное
Автоматические
регулирование.
и
Классификация
автоматизированные
систем
системы
управления.
управления
технологическими процессами и производствами. Основные подходы к
4
анализу и синтезу автоматических и автоматизированных управляемых
систем. Структуры систем управления: разомкнутые системы, системы с
обратной связью, комбинированные системы. Динамические и статические
характеристики систем управления: переходная и весовая функции и их
взаимосвязь, частотные характеристики. Типовые динамические звенья и их
характеристики
Тема 2. Устойчивость непрерывных линейных систем управления.
Проблема устойчивости. Общее понятие об устойчивости линейных
систем. Необходимое и достаточное условие устойчивости по Ляпунову.
Типы
переходных
процессов.
Влияние
корней
характеристического
уравнения на характер переходного процесса. Понятие о критерии
устойчивости. Алгебраические критерии Рауса, Гурвица. Необходимые и
достаточные условия устойчивости систем 1,2 и 3-го порядков, вытекающие
из критерия
Гурвица. Частотный критерий устойчивости Найквиста,
Различные формулировки критерия для устойчивых и неустойчивых
разомкнутых систем. Понятие о критическом коэффициенте усиления.
Анализ
устойчивости
систем
по
логарифмическим
частотным
характеристикам. Запас устойчивости по амплитуде и фазе и их физический
смысл. Устойчивость систем с запаздыванием. Понятие о критическом
времени запаздывания и способы его определения. Анализ устойчивости
систем методами линейной алгебры. Понятие о конформном преобразовании
комплексной плоскости. Критерий В.И.Зубова. Анализ устойчивости систем
в пространстве её параметров. Построение границ устойчивости по критерию
Гурвица. Понятие о D- разбиении пространства параметров системы. Dразбиение по одному и двум параметрам. Правила штриховки и выделение
области устойчивости.
Тема 3. Анализ переходных процессов и качества непрерывных
линейных систем.
5
Понятие о переходном процессе и показателях качества системы
управления. Общие сведения о методах анализа качества. Использование для
прямого анализа систем преобразования Лапласа. Построение переходных
процессов в линейных САУ. Свойства масштабов временной и частотной
области. Метод трапеций. Частотные методы анализа качества САУ. Связь
частотных характеристик систем с показателями качества системы. Анализ
систем с помощью ВЧХ замкнутой САУ и ЛАЧХ разомкнутой системы.
Общие сведения о корневых методах оценки качества САУ. Прямой и
косвенный методы корневого анализа. Анализ систем с вещественными и
комплексными
различных
корнями.
порядков.
(2
Формы
наилучшего
часа).
Точность
расположения
систем
корней
управления
в
установившихся режимах и методы её анализа. Статизм и добротность
системы.Анализ точности САУ при гармонических воздействиях. Связь
показателей точности с частотными свойствами системы.
Тема 4. Повышение качества регулирования и синтез линейных
САУ.
Общая постановка задачи синтеза САУ и коррекция качества системы.
Виды коррекции: параллельная, последовательная и в виде обратной связи.
Принцип действия различных видов коррекции и их взаимосвязь. Коррекция
САУ путем ввода в систему дополнительных внешних воздействий (системы
комбинированного регулирования). Синтез САУ по желаемой ЛАЧХ
разомкнутой системы. Теоретические основы метода. Этапы синтеза.
Формирование НЧ, СЧ и ВЧ участков ЛАЧХ и их сопряжение. Определение
структуры корректирующего звена и его реализация. Методы повышения
точности систем в установившемся режиме. Сопоставительный анализ
различных методов. (2 часа). Повышение точности САУ путем обеспечения
условий инвариантности в структурах комбинированного регулирования с
задающим
и
возмущающим
воздействиями.
Методы
обеспечения
устойчивости работы линейных САУ при параметрической и структурной
6
неустойчивости системы. Алгебраические методы синтеза линейных САУ.
Метод типовых переходных характеристик. Синтез систем с модальным
управлением. Сущность метода. Построение систем с полным и неполным
модальным управлением. Построение систем модального управления с
наблюдающими устройствами. Принцип действия наблюдающих устройств.
Синтез наблюдателей полного и пониженного порядков. Обеспечение
требуемой точности систем с модальным управлением. Синтез инвариантных
систем модального управления.
Тема 5. Анализ и синтез многомерных линейных систем.
Особенности задач анализа и синтеза многомерных систем. Понятие об
управляемости и наблюдаемости систем управления. Физический смысл
указанных свойств системы. Критерии управляемости и
наблюдаемости.
Причины неполной управляемости и наблюдаемости систем. Принцип
дуальности. Практические аспекты анализа и синтеза частично управляемых
и частично наблюдаемых САУ. Методы анализа устойчивости многомерных
систем. Особенности анализа устойчивости по сравнению с одномерными
системами.
Синтез
автономных
многомерных
САУ
связанного
регулирования. Постановка задачи синтеза. Условия автономности систем по
задающим и возмущающим воздействиям. Методы обеспечения требуемых
показателей качества многомерных систем. Совместное выполнение условий
автономности системы и требований к качеству переходного процесса.
Синтез неавтономных многомерных САУ связанного регулирования.
Практические задачи и методы синтеза таких систем.
Тема 6. Анализ и синтез нелинейных систем автоматического
управления.
Устойчивость
нелинейных
систем
автоматического
управления.
Устойчивость автономной и неавтономной нелинейной САУ. Виды
устойчивости. Прямой метод Ляпунова для получения достаточных условий
7
устойчивости. Функции Ляпунова. Теорема Ляпунова. Анализ достаточного
условия
абсолютной
устойчивости
с
помощью
критерия
Попова
Формулировка критерия и практические приемы его использования с
применением кривой Попова. Анализ условий возникновения и устойчивости
автоколебаний в нелинейных САУ методом гармонического баланса.
Методы
анализа
и
синтеза
нелинейных
САУ
с
периодической
нелинейностью. Примеры практического применения таких систем. Понятие
о скользящем режиме и способы его реализации. Синтез нелинейных САУ,
работающих в скользящем режиме. Синтез нелинейных САУ с переменной
структурой. Теоретические предпосылки синтеза таких систем и его
практические приемы.
Литература
1.
Дорф Р. Современные системы управления. М. Лаборатория
базовых знаний., 2002. – 832 с.
2. Никулин Е.А. Основы теории автоматического управления.
Частотные методы анализа и синтеза систем. Учебное пособие для вузов.
СПб. БВХ –Петербург, 2004. – 604 с.
3. Андриевский Б.Р., Фрадков А.Л. Избранные главы теории
автоматического управления. СПб: Наука,1999. – 467 с.
4. Егоров А.И. Основы теории управления. М. Физматлит, 2004 г. –
504 с.
5. Теория автоматического управления. Учебник
/ Под ред. В.Б.
Яковлева М. Высшая школа, 2005 г. – 567 с.
6. Лурье Б.Я., Энрайт П.Дж. Классические методы автоматического
управления. СПб. БВХ –Петербург, 2004. – 640 с.
7. Гудвин Г.. Проектирование систем управления. М. Бином, 2004. –
911 с.
8
8. Петров Ю.П. Новые главы теории управления и компьютерных
вычислений. СПб. БВХ –Петербург, 2004. – 192 с.
9. Теория автоматического управления. Учебное пособие / Под ред.
Ю.М. Соломенцева М. Высш. шк., 1999. – 268 с.
10.Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные
системы. Учебное пособие. СПб. Питер, 2005. – 336 с.
11. Теория автоматического управления / Под ред. А.А.Воронова. В 2-х
ч. М.: Высшая школа, 1986. 367 с. (ч.1), 504с. (ч.2) .
12. Ройтенберг Я.Н. Автоматическое управление. М.: Наука, 1992.
13.
Попов
Е.Н.
Теория
нелинейных
систем
автоматического
управления. М.: Наука, 1988.
14. Методы классической и современной теории автоматического
управления: Уч. в 3-х т. М.: Изд. МГТУ, 2000.
9