МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К.И.САТПАЕВА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ К.И.САТПАЕВА
Институт Автоматики и телекоммуникаций
Кафедра Автоматизации и управления
«Утверждаю»
Директор института
Автоматики и телекоммуникаций
Бейсембаев А.А.
.
ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS)
по дисциплине «Проектирование систем автоматики»
специальность 050702 – Автоматизация и управление
Форма обучения дневная
Всего 3 кредита
Курс 4
Семестр 7
Лекций 30 часов
Практические занятия 15 часов
Рубежный контроль (количество) - 2
СРС 45 часов
СРСП (аудиторных) 15 часов
СРСП (офисных) 30 часов
Всего (аудиторных) 60 часов
Всего (внеаудиторных) 75 часов
Трудоемкость 135 часов
Курсовой проект
Экзамен 7 семестр
АЛМАТЫ 2008
Программа курса составлена доцентом кафедры Радиотехники, электроники и
телекоммуникаций Ширяевой О.И., в соответствии с
рабочей учебной программы
дисциплины "Проектирование систем автоматики" и нового образовательного стандарта,
утвержденного учебно-методическим советом института Автоматики и телекоммуникаций.
Рассмотрена на заседании кафедры «Автоматизация и управление»
«___» __________ 2008 г. Протокол №___
Заведующий кафедрой
/Сулейменов Б.А./
Одобрена методическим Советом института
«_____» _____________ 200___ г. Протокол №____
Председатель НМС
/
/
Сведения о преподавателях:
Ширяева О.И., к.т.н., доцент КазНТУ им.К.Сатпаева, закончила КазПТИ по
специальности «Автоматизация и информатизация в технических системах», ею издано три
учебно-методических пособия по дисциплине «Проектирование систем автоматики и
телемеханики».
Офис: кафедра АиУ
Адрес: Алматы, ул. Байтурсынова 147 б, КазНТУ
Тел.: 292-77-45
2
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1 Цель преподавания дисциплины
Цель дисциплины – подготовить специалистов, владеющих теоретическими аппаратами,
лежащими в основе теории проектирования систем автоматики и телемеханики и умеющих
выполнять расчетно-исследовательские работы по проектированию и эксплуатации систем
управления на основе средств современной вычислительной техники.
1.2 Задачи изучения дисциплины
В процессе обучения студенты должны получить теоретические знания, практические
умения и навыки в области проектирования систем автоматики; владеть теоретическими
основами, основными принципами и математическими методами проектирования систем;
владеть методами автоматизации построения математических моделей, анализа и синтеза
систем с использованием современных средств вычислительной техники и автоматизации
научных исследований; ознакомиться с тенденциями развития науки и техники и их влияния
на автоматизацию; изучить нормативные документы, государственные стандарты по
проектированию систем автоматики, суть системного подхода при проектировании,
требованиями, предъявляемыми к современным системам управления; структуру и
назначение государственной системы приборов; различные структурные и функциональные
схемы систем управления; основные алгоритмы, обеспечивающие работу типовых
промышленных регуляторов; технические средства систем автоматики; современные
технические и программные средства вычислительной техники.
1.3
Пререквизиты
– Теория линейных систем автоматического регулирования;
– Теория нелинейных систем автоматического регулирования;
– Элементы и устройства автоматики.
1.4 Постреквизиты
– Моделирование и идентификация;
– Робастные и инвариантные системы;
– Оптимальные системы управления.
2. СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ
Для данной дисциплины устанавливаются следующие виды контроля: текущий контроль,
рубежный контроль, итоговый контроль.
Видами текущего контроля являются лабораторные работы. К рубежному контролю
относится курсовой проект. К итоговому контролю относится экзамен.
Распределение рейтинга в % по видам контроля
таблица 1
№
Вид итогового
Виды контроля
Проценты
вариантов
контроля
1
Экзамен
Текущий контроль
100%
Рубежный контроль
100%
Итоговый контроль
100%
Сроки сдачи результатов текущего контроля должны определяться календарным
графиком учебного процесса по дисциплине (таблица 2). Количество текущих контролей
определяется содержанием дисциплины и ее объемом, которое указывается в учебно–
методическом комплексе дисциплины.
3
2.1 Календарный график сдачи всех видов контроля
таблица 2
по дисциплине «Проектирование систем автоматики»
Недели
1 2 3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
Виды контроля
П1 КП П2 КП П3 КП П4 РК1 П5 КП П6 КП П7 КП РК2
Недельное количество
контроля
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
Виды контроля: П – практика, КП – курсовой проект, РК – рубежный контроль
Оценка знаний студентов
Буквенный
Рейтинговый балл
эквивалент
(в процентах %)
А
95–100
А–
90–94
В+
85–89
В
80–84
В–
75–79
С+
70–74
С
65–69
С–
60–64
D+
55–59
D
50–54
F
0–49
Оценка
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
таблица 3
В баллах
4
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Тематический план курса составляется в виде таблицы 4, где указываются
наименование темы и количество академических часов по всем видам занятий,
предусмотренных для каждой темы. По выбранным видам занятий составляется график их
проведения.
3.1 Распределение часов по видам занятий
таблица 4
Наименование темы
Количество академических часов
Лекция Практические/ СРСП СРС
семинарские
1
2
3
4
5
1. Вводная лекция. Основные понятия и
определения процесса проектирования
2
1
3
3
2. САПР и его обеспечения
2
1
3
3
3. Этапы процесса проектирования систем
автоматики и телемеханики в соответствии с
действующими стандартами
4. Автоматизация математического
моделирование – первый этап эскизного
проектирования
5. Математические модели САУ в пространстве
состояний
2
1
3
3
2
1
3
3
2
1
3
3
4
1
6. Автоматизированный синтез систем
автоматики. Синтез модального регулятора
7. Автоматизированный синтез систем
автоматики. Формы полиномов для желаемой
динамики. Синтез наблюдающего устройства
8. Построение агрегатированной системы
сравнения для многосвязанной многомерной
системы управления
9. Основные понятия о методе сравнения
10. Технико-экономическое обоснование и
надежность проектируемого устройства
11. Стандарт построения автоматизированной
системы управления
12. Основы конструкторского проектирования
13.
Этапы
и
методы
конструкторского
проектирования
14. Основы технологического проектирования
15. Проектирование микропроцессорной системы
управления технологическим процессом
Всего (часов)
№
1
1
2
3
4
5
2
2
3
1
4
3
5
3
2
1
3
3
2
1
3
3
2
2
1
1
3
3
3
3
2
1
3
3
2
2
1
1
3
3
3
3
2
2
1
1
3
3
3
3
30
15
45
45
3.2 Темы лекционных занятий и их содержание
Наименование темы и содержание
таблица 4а
2
Вводная лекция. Основные понятия и определения процесса проектирования. 1.
Основные понятия и определения процесса проектирования
2. Особенности САУ, как объекта проектирования
3. Уровни автоматизации проектирования
САПР и его обеспечения.
1. САПР и его обеспечения
2. Особенности САПР, этапы истории развития САПР САУ
3. Функции, характеристики и примеры CAD/CSM/CAE систем
Этапы процесса проектирования систем автоматики и телемеханики в соответствии
с действующими стандартами.
1. Этапы проектирования и проектные процедуры
2. Этап согласования технического задания
3. Этап технического предложения
4. Этап испытаний
Автоматизация математического моделирование – первый этап эскизного
проектирования.
1. Математическое обеспечение системы проектирования
2. Требования к математическим моделям САУ
3. Место процедур формирования моделей при проектировании
Математические модели САУ в пространстве состояний.
1. Преобразование форм математического описания одномерных и многомерных
систем управления
2. Нормальная форма, каноническая форма
5
Кол.
часов
3
2
2
2
2
2
1
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
2
3
Автоматизированный синтез систем автоматики. Синтез модального регулятора.
2
1. Место процедур синтеза в проектировании
2. Синтез регулятора методом модального управления
3. Алгоритм решения поставленной задачи
Автоматизированный синтез систем автоматики.
2
Синтез наблюдающего устройства.
1. Обеспечение желаемой динамики системы управления
2. Биномиальные стандартные формы, полиномы Баттерворта, полиномы,
минимизирующие функционалы
3. Построение оптимального дискретного наблюдающего устройства
Построение агрегатированной системы сравнения для многосвязанной 2
многомерной системы управления.
1. Определение декомпозиции и децентрализации системы
2. Определение агрегатирования системы
3. Второй метод Ляпунова, как основа построения агрегатированной системы
сравнения
4. Исследование устойчивости многосвязной сложной системы
Основные понятия о методе сравнения.
2
1. Метод сравнения и второй метод Ляпунова
2. Теорема Красовского
Технико-экономическое обоснование и надежность проектируемого устройства.
2
1. Общие положения
2. Особенности расчета надежности проектирования систем
3. Основные этапы общей методики расчета надежности и безопасности
Стандарт построения автоматизированной системы управления.
2
1. Построение автоматизированной системы управления
2. Развернутый способ выполнения схем автоматизации
3. Упрощенный способ выполнения схем автоматизации
4. Представление датчиков на схемах автоматизированного управления
Основы конструкторского проектирования.
2
1. Конструкторское проектирование САУ
2. Защитные конструктивные меры
3. Основные положения конструкторских документов
Этапы и методы конструкторского проектирования.
2
1. Конкретизация понятия конструкторского проектирования
2. Задачи геометрического синтеза
3. Подэтапы и методы конструкторского проектирования
Основы технологического проектирования.
2
1. Основные задачи при технологической подготовке производства
2. Проектные процедуры
3. Классификация баз данных при технологическом проектировании
Проектирование микропроцессорной системы управления технологическим 2
процессом.
1. Структурная схема управления с применением микропроцессоров
2. Типовой микропроцессорный комплект
3. Этапы проектирования микропроцессорной системы автоматического управления
технологическими процессами
Всего (часов)
30
6
№
занятия
1
2
3
4
5
6
7
3.3 Темы практических занятий и их содержание
Наименование темы
Математические модели проектируемых САУ
Проектирование рабочей документации автоматизации САУ
Модальное управление
Наблюдающее устройство
Декомпозиция, децентрализация и агрегатирование
Проектная документация конструкторских процессов
Проектная документация технологических процессов
Всего (часов)
3.4 Планы занятий в рамках самостоятельной работы
студентов под руководством преподавателя (СРСП)
Наименование темы
№
занятия
Знакомство с процедурами MALAB для проектирования САУ.
1
Осуществить построение различных математических моделей.
2
Осуществить построение математичкой модели для выбранной САУ
3
Осуществить построение математичкой модели для выбранной
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
таблица 4б
Колич.
Часов
2
2
2
2
2
2
3
15
таблица 4г
Колич.
часов
3
3
3
САУ в
3
абстрактном виде
Моделирование выбранной САУ на основе MALAB
Моделирование выбранной САУ на основе MALAB
Анализ динамических свойств выбранной САУ. Возможность применения
процедур декомпозиции и децентрализации, агрегатирования
Анализ динамических свойств выбранной САУ на основе MALAB
Синтез выбранной САУ. Выбор критерия качества, закон управления
Синтез выбранной САУ. Построение регулятора
Синтез выбранной САУ на основе MALAB. Отладка программы
Синтез выбранной САУ на основе MALAB. Моделирование результатов
Расчет надежности выбранной САУ
Разработка автоматизированной САУ
Разработка автоматизированной САУ с использованием AutoCAD
Всего (часов)
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
45
3.5 Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов (СРС) таблица 4д
№
Наименование темы
Колич.
занятия
часов
1 Освоение средств MATLAB для проектирования систем управления.
3
2 Знакомство с различными математическими моделями в пространстве состояний
3
3 Расчет различных форм математических моделей для индивидуального вариснта
3
Синтез
модального
многомерного
регулятора
для
индивидуального
варианта
4
3
5 Построение наблюдающего устройства для индивидуального варианта
3
6 Осуществление процедуры декомпозиции САУ для индивидуального варианта
3
7 Осуществление процедуры децентрализации САУ для индивидуального варианта
3
8 Осуществление процедуры агрегатирования САУ для индивидуального варианта
3
9 Исследование динамических свойств многомерной многосвязной системы
3
10
11
управления
Исследование задачи синтеза локальных и глобальных регуляторов
Разработка
устройства
технико-экономического
7
обоснования
проектируемого
3
3
12
13
14
15
Расчет надежности проектируемого устройства
Осуществление процедур конструкторского проектирования
Осуществление процедур технологического проектирования
Изучение возможности применения микропроцессоров
поставленных задач синтеза САУ
Всего (часов)
для
решения
3
3
3
3
45
Тематика курсового проекта.
4. ГРАФИК ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЙ
таблица 5
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Дата
Время
Наименование
темы
Лекции
Вводная лекция. Основные понятия и определения процесса
проектирования
САПР и его обеспечения
Этапы процесса проектирования систем автоматики и
телемеханики в соответствии с действующими стандартами
Автоматизация математического моделирование – первый этап
эскизного проектирования
Математические модели САУ в пространстве состояний
Автоматизированный синтез систем автоматики. Синтез
модального регулятора
Автоматизированный синтез систем автоматики. Синтез
наблюдающего устройства
Построение агрегатированной системы сравнения для
многосвязанной многомерной системы управления
Основные понятия о методе сравнения
Технико-экономическое обоснование и надежность
проектируемого устройства
Стандарт построения автоматизированной системы управления
Основы конструкторского проектирования
Этапы и методы конструкторского проектирования
Основы технологического проектирования
Проектирование микропроцессорной
системы
управления
технологическим процессом
Практические занятия
1
2
3
4
5
6
7
Математические модели проектируемых САУ
Проектирование рабочей документации автоматизации САУ
Модальное управление
Наблюдающее устройство
Декомпозиция, децентрализация и агрегатирование
Проектная документация конструкторских процессов
Проектная документация технологических процессов
8
5. УЧЕБНО–МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Основная литература
1. Ширяева О.И. Проектирование систем автоматизированного управления //
Методические указания к выполнению практических работ по курсу «Проектирование систем
автоматизированного управления» (для студентов очного и заочного обучения), 2003. – 24 с.
2. Ширяева О.И. Проектирование систем автоматизированного управления //
Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Проектирование систем
автоматизированного управления» (для студентов очного и заочного обучения), 2003. – 24 с.
3. Ширяева О.И. Проектирование систем автоматизированного управления //
Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Проектирование систем
автоматизированного управления» (для студентов очного и заочного обучения), 2003. – 24 с.
4. Норенков И.П. Автоматизированное проектирование. -М.: Информатика в техническом
университете. - 2000.
5. Сольницев Р.И. Автоматизация проектирования систем автоматического управления. М.: Высшая школа. – 1991.- 335 с.
6. Автоматизированное проектирование систем автоматического управления. – М.:
Машиностроение. - 1990. - 332 с.
Дополнительная литература:
1. Справочник по теории автоматического управления / под ред. Красовского А.А. –М:
Наука. -1987. -712 с.
2. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. –М.:
Машиностроение, 1976. – 184с.
3. Воронов А.А. Введение в динамику сложных управляемых систем. М.: Наука, 1985.
352 с.
4. ГОСТ 27.301-95. Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. М.:
Издательствово стандартов, 1997. – 15 с.
5. ГОСТ 24.701-86. Единая система стандартов автоматизированных систем управления.
Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения. М.: Издательство
стандартов, 1987. – 17 с.
6. РД 03-418-01. Методические указания по проведению анализа риска опасных
производственных объектов. Госгортехнадзор России, 2001. // Безопасность труда в
промышленности. –2001. -№10. С.40-50.
7. Софиев А.Э., Гинесин В.Г., Хвилевицкий Л.О. Экспертиза безопасности средств и
систем автоматизации технологических процессов. // Безопасность труда в промышленности.
–2002. -№4. –С.5-9.
8. Ястребнецкий М.А. Надежность технических средств в АСУ технологическими
процессами. М.: ЭНЕРГОИЗДАТ, 1982. –232 с.
9. ГОСТ 21.408-93. Правила выполнения рабочей документации автоматизации
технологических процессов М.: Издательство стандартов, 1997. – 15 с.
10. Жигалова Е.Ф. Автоматизация конструкторского и технологического проектирования:
Учебное пособие. - Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2002. 78 с.
11. Курейчик В.М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического
проектирования САПР.- М.: Радио и связь. - 1990. - 352 с.
12. Беляев И.Г., Курзенков Н.Г., Седых В.И., Слесаренко В.Н. Автоматизация процессов в
судовой энергетике. Учебник для студентов высших учебных заведений Владивосток, 1999
13. Лурье Я. Классические методы автоматического управления. – Санкт-Петербург:
БХВ-Петербург. -2004. – 640 с.
9
СОДЕРЖАНИЕ
1.
2.
3.
4.
5.
Цели и задачи дисциплины………………………………………………………….3
Система оценки знаний студентов……………...…………………………………..3
Содержание дисциплины…………………………………………………………....4
График проведения занятий ….……………………………………………………..8
Учебно-методические материалы по дисциплине ………………………………...9
10