Document 985946

2
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1 Цель преподавания дисциплины
Цель изучение курса – формирование у студентов прочных знаний об
общих принципах построения и законах функционирования автоматических
систем управления, основных методах анализа и синтеза линейных систем
управления при детерминированных внешних воздействиях.
1.2 Задача изучения дисциплины
Студенты должны получить твердые навыки по составлению
функциональной и алгоритмической схем конкретных систем управления,
определению передаточной функции и параметров элементов системы, записи
передаточных функции и уравнении динамики линейной системы, оценке
показателей качества процесса управления.
1.3 Пререквизиты
«Автоматическое управление в энергетике » опирается на материалы
программы курсов «Математика », «Математика », «Физика », «Физика »,
«Математика в электроэнергетике», изучаемых студентами в предыдущих
семестрах.
1.4 Постреквизиты
Знания
полученные
студентами
при
изучении
дисциплины
«Автоматическое управление в энергетике» необходимы для более глубокого
усвоения последующих базовых и специальных дисциплин. К которым
относятся: «Электроэнергетика», «Автоматизация систем электроэнергетики»,
«Переходные процессы в электроэнергетике», «Расчет и проектирование
систем автоматизации энергетических комплексов».
2 СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ
Для обеспечения систематического и регулярного контроля за учебной
работой студентов в течение семестра в КазНТУ применяется рейтинговый
контроль знаний.
Таблица 1
Распределение рейтинга в % по видам контроля
№ варианта
1
Вид итогового контроля
Экзамен
Виды контроля
Итоговый контроль
Рубежный контроль
Текущий контроль
%
100
100
100
Сроки сдачи результатов текущего контроля определяются календарным
графиком учебного процесса по дисциплине (таблица 2).
3
Таблица 2
Календарный график сдачи всех видов контроля
по дисциплине «Автоматическое управление в энергетике »
Недели
1
2
3
4
5
6
Вид контроля ЛР1 ЛР2 СР1 ЛР3 ЛР3 СР2
7
8
9
10
11
12
13
14
15
РК
ЛР4
ЛР6
ЛР4
ЛР5 ЛР6
ЛР7 ЛР7 РК2
1
СР3
СР4
Недельное
количество
1
1
1
1
1
1 1 1
2
1
1
2
контроля
Виды контроля: ЛР – лабораторная работа; СР – самостоятельная работа;
РК – рубежный контроль;
1
1
1
Таблица 3
Оценка знаний студентов
Оценка
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Буквенный
эквивалент
А
АВ+
В
ВС+
С
СD+
D
F
В процентах %
В баллах
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
3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Изучение дисциплины «Автоматическое управление в энергетике »
предполагает обязательные лекционные, лабораторные занятия, а также
самостоятельную работу студентов (СРС и СРСП). Такие комплексные занятия
обеспечивают усвоение курса, способствуют приобретению студентами
прочных знаний.
Тематический план дисциплины с указанием наименований тем и
количества академических часов по всем видам занятий (по темам) приведен в
таблице 4.
4
Таблица 4
Распределение часов по видам занятий
Наименование
темы
1.Прикладная математика и
идентификация
2. Анализ линейных систем
автоматического регулирования
3. Синтез линейных систем.
Всего часов
Количество академических часов
Лекции
Лабораторные
СРСП
Ауд.
Офис
10
15
15
15
10
15
15
5
30
5
15
15
45
15
45
Таблица 5
3.1 Лекционные занятия и их содержание
№
1
1
2
Наименование
темы
(модуля)
2
1. Прикладная
математика и
идентификация
План и содержание лекций
3
1.1 Прикладная математика технических систем
1.2 Методы определения математических моделей
объектов по экспериментальным данным
1.3 Идентификация статических и динамических
характеристик промышленных объектов
1.4
Идентификация
основных
элементов
электроприводов промышленных объектов по их
техническим данным
1.5
Экспериментальные
методы
определения
динамических характеристик электроэнергетических
объектов управления
2.
Анализ 2.1. Основные понятия АУЭ. (САУ, воздействия в
линейных систем САУ, свойства управляемых объектов, обратные
автоматического
связи, классификация САУ. Разновидности САУ.
регулирования
Основные
задачи
АУЭ.
Дифференциальные
уравнения, переходные и передаточные функции,
частотные характеристики).
2.2. Типовые звенья САР, их передаточные функции и
частотные характеристики. (Метод классификации
элементов систем на типовые динамические звенья.
Определение передаточной функции и аналитических
выражений частотных характеристик типовых
звеньев: безынерционного, инерционного І порядка,
инерционного
ІІ
порядка,
колебательного,
интегрирующего,
дифференцирующего
и
запаздывающего).
2.3. Типовые звенья САР, их передаточные функции и
частотные характеристики. (Метод классификации
элементов систем на типовые динамические звенья.
Определение передаточной функции и аналитических
выражений частотных характеристик типовых
5
Объем
час.
4
3,0
4,0
1,0
1,0
1,0
1,0
2,0
1,0
3
звеньев: безынерционного, инерционного І порядка,
инерционного
ІІ
порядка,
колебательного,
интегрирующего,
дифференцирующего
и
запаздывающего).
2.4. Соединения типовых динамических звеньев.
Операторное
выражение
системы.
Характеристическое уравнение системы.
2.5. Исследование устойчивости линейных систем.
(Понятие и общее условие устойчивости линейных
систем. Алгебраические критерии устойчивости
Гурвица и Раусса. Частотные критерий устойчивости
Михайлова и Найквиста. Частные случаи критерия
Гурвица.
Критерий
Вышнеградского,
логарифмический
критерий
устойчивости.
Сравнительная оценка критериев устойчивости.
Выделение областей устойчивости – метод D –
разбиения. Влияние корней характеристического
уравнения и параметров системы на её устойчивость).
2.6. Исследование устойчивости линейных систем.
(Понятие и общее условие устойчивости линейных
систем. Алгебраические критерии устойчивости
Гурвица и Раусса. Частотные критерий устойчивости
Михайлова и Найквиста. Частные случаи критерияя
Гурвица.
Критерий
Вышнеградского,
логарифмический
критерий
устойчивости.
Сравнительная оценка критериев устойчивости.
Выделение областей устойчивости – метод D –
разбиения. Влияние корней характеристического
уравнения и параметров системы на её устойчивость).
2.7. Исследование качества процесса регулирования
линейных систем. (Прямые показатели качества.
Методы построения переходного процесса системы
(операторный метод, метод трапеций, метод
моделирования). Исследование качества методом
распределения корней. Метод интегральных оценок
качества. Частотный метод исследования качества).
2.8. Исследование качества процесса регулирования
линейных систем. (Прямые показатели качества.
Методы построения переходного процесса системы
(операторный метод, трапеций, метод моделирования.
Исследование качества методом распределения
корней. Метод интегральных оценок качества.
Частотный метод исследования качества).
2.9 Комплексное решение системы на определение
устойчивости ( n  5 )
2.10 Комплексное решение примера по построению
переходного процесса САР при n  4 для случаев
когда корни все действительные, комплексные.
3.Синтез
3.1.
Общие
сведения.
Синтез
методом
линейных систем. логарифмических частотных характеристик. ЛАЧХ и
6
1,0
2,0
2,0
2,0
1,0
1,0
2,0
2,0
Особые системы
ЛФЧ ТДЗ и систем. Методика построения ЛАЧХ
исходной и желаемой систем. Определение структуры
и параметров корректирующего устройства по его
ЛАЧХ. Корректирующие устройства. Синтез методом
корневых годографов.
3.2.
Общие
сведения.
Синтез
методом
логарифмических частотных характеристик. ЛАЧХ и
ЛФЧ ТДЗ и систем. Методика построения ЛАЧХ
исходной и желаемой систем. Определение структуры
и параметров корректирующего устройства по его
ЛАЧХ. Корректирующие устройства. Синтез методом
корневых годографов
3.3 Синтез линейных САР методом ЛАЧХ (численный
пример)
Итого:
2,0
1,0
30,0
Таблица 6
3.2 Лабораторные занятия
№
1
1
Наименование
модуля
2
1. Анализ линейных
систем
автоматического
регулирования
Содержание лабораторная работа
3
1.1 1е занятие: общие сведения – первые шаги
1.2. 2е занятие: элементарные переменые – язык LD
1.3. 3е занятие: таблицы и последовательности –
язык FBD
1.4. 4е занятие: Структурируемые типы – язык ST
1.5 5е занятие: язык SFC (1)
1.6. 6е занятие: язык SFC (2)
1.7. 7е занятие: конец проекта
Итого:
Объем
час
4
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
28,0
3.3 Самостоятельная работа студентов
Одной из основных целей кредитной системы обучения является обеспечение более высокого качественного уровня самостоятельной работы студентов. Что, в свою очередь, требует повышения качества учебно-методического обеспечения дисциплины. Самостоятельная работа студентов проводимая
под руководством преподавателя (СРСП) составляет 50% всей работы.
Общее количество часов самостоятельной работы студентов составляет
90 часов в семестре (15 недель), из них СРСП – 45 часов.
В таблице 7 приведены планы – содержание самостоятельной работы
студентов под руководством преподавателя (в аудиторное и внеаудиторное
время) и самостоятельной работы студентов без преподавателя (СРС).
Таблица 7
7
Планы СРСП
№
нед
Аудиторная
Внеаудиторная (офисная)
1
1
2
Ознакомление с содержанием и графиком
СРСП и СРС. Дискуссия по теме: Анализ
линейных систем автоматического
регулирования
Дискуссия по теме: Основные понятия
АУЭ I. (САУ, воздействия в САУ,
свойства управляемых объектов, обратные
связи, классификация САУ. Разновидности
САУ.
Основные
задачи
АУЭ
I.
Дифференциальные
уравнения,
переходные и передаточные функции,
частотные характеристики).
Дискуссия по теме: Типовые звенья САР,
их передаточные функции и частотные
характеристики. (Метод классификации
элементов
систем
на
типовые
динамические
звенья.
Определение
передаточной функции и аналитических
выражений
частотных
характеристик
типовых
звеньев:
безынерционного,
инерционного І порядка, инерционного ІІ
порядка,
колебательного,
интегрирующего, дифференцирующего и
запаздывающего).
Дискуссия по теме: Типовые звенья САР,
их передаточные функции и частотные
характеристики. (Метод классификации
элементов
систем
на
типовые
динамические
звенья.
Определение
передаточной функции и аналитических
выражений
частотных
характеристик
типовых
звеньев:
безынерционного,
инерционного І порядка, инерционного ІІ
порядка,
колебательного,
интегрирующего, дифференцирующего и
запаздывающего).
Дискуссия по теме: Соединения типовых
динамических звеньев. Операторное
выражение системы. Характеристическое
уравнение системы.
Исследование устойчивости линейных
систем. (Понятие и общее условие
устойчивости
линейных
систем.
Алгебраические критерии устойчивости
Гурвица и Раусса. Частотные критерий
3
Консультация по теме 1 (подтема 1.1.)
Выдача
задания
по
СР-1
и
консультация по СР-1.
2
3
4
5
8
Индивидуальная консультация по СР-1.
Консультации по теме 1 (подтема 1.2)
Выдача задания по СР-2.
Индивидуальная защита СР-1.
Консультации по теме 1 (подтема 1.3)
Индивидуальные консультации по теме
СР-2 и по теме 1 (подтема 1.4).
Индивидуальные консультации по теме
СР-2 и по теме 1 (подтема 1.5).
устойчивости Михайлова и Найквиста.
Частные случаи критерия Гурвица.
Критерий
Вышнеградского,
логарифмический критерий устойчивости.
Сравнительная
оценка
критериев
устойчивости.
Выделение
областей
устойчивости – метод D – разбиения.
Влияние корней характеристического
уравнения и параметров системы на её
устойчивость).
6
Дискуссия
по
теме:
Исследование
устойчивости линейных систем. (Понятие
и общее условие устойчивости линейных
систем.
Алгебраические
критерии
устойчивости Гурвица и Раусса. Частотные
критерий устойчивости Михайлова и
Найквиста. Частные случаи критерияя
Гурвица.
Критерий
Вышнеградского,
логарифмический критерий устойчивости.
Сравнительная
оценка
критериев
устойчивости.
Выделение
областей
устойчивости – метод D – разбиения.
Влияние корней характеристического
уравнения и параметров системы на её
устойчивость).
7
Дискуссия по теме: Исследование качества
процесса регулирования линейных систем.
(Прямые показатели качества. Методы
построения переходного процесса системы
(операторный метод, метод трапеций,
метод моделирования). Исследование
качества методом распределения корней.
Метод интегральных оценок качества.
Частотный метод исследования качества).
8
Дискуссия по теме: Исследование качества
процесса регулирования линейных систем.
(Прямые показатели качества. Методы
построения переходного процесса системы
(операторный метод, трапеций, метод
моделирования. Исследование качества
методом распределения корней. Метод
интегральных оценок качества. Частотный
метод исследования качества).
9
Дискуссия по теме: Комплексное решение
системы на определение устойчивости (
n  5 ).
10 Дискуссия по теме: Комплексное решение
примера по построению переходного
процесса САР при n  4 для случаев когда
корни
все
действительные
или
9
Индивидуальные консультации по теме
СР-2 и по теме 1 (подтема 1.6).
Рубежный контроль РК 1,
индивидуальный экспресс опрос по
теме 1. (подтема 1.1-1.7).
Выдача задания на СР-3,
индивидуальная консультация по CР-3
и по теме 1 (подтема 1.7-1.8).
Индивидуальный защита СР-3.и выдача
задании на СР- 4
Индивидуальная консультация по CР-4
и теме 1 (под тема 1.10).
комплексные.
11
12
13
14
15
Дискуссия по теме 2: Общие сведения.
Синтез
методом
логарифмических
частотных характеристик. ЛАЧХ и ЛФЧ
ТДЗ и систем. Методика построения
ЛАЧХ исходной и желаемой систем.
Определение структуры и параметров
корректирующего устройства по его
ЛАЧХ.
Корректирующие
устройства.
Синтез методом корневых годографов.
Дискуссия по теме 2: Общие сведения.
Синтез
методом
логарифмических
частотных характеристик. ЛАЧХ и ЛФЧ
ТДЗ и систем. Методика построения
ЛАЧХ исходной и желаемой систем.
Определение структуры и параметров
корректирующего устройства по его
ЛАЧХ.
Корректирующие
устройства.
Синтез методом корневых годографов.
Дискуссия по теме 2: Линейные системы с
запаздыванием и анализ их устойчивости и
качества.
Дискуссия по теме 2: Системы управления
по основному возмущению,
комбинированные системы. Синтез
регуляторов – компенсаторов в этих
системах.
Дискуссия по теме 2: Синтез
многосвязных систем регулирования.
Основные методы идентификации
промышленных объектов управления.
Консультации по СР-4 и по теме 2
(подтема 2.1)
Консультации по СР-4.
Индивидуальная защита СР-4.
Консультации по теме 2 (подтема 2.12.2.).
Консультации на тему «Синтез
последовательного корректирующего
устройства САР методом ЛАЧХ»
Консультации по теме 2 (подтема 2.32.4.).
Консультации по теме 2. (подтема
2.5.). Рубежный контроль РК-2
Планы СРС
№ нед
Наименование темы
1
Получение необходимой учебно-методической литературы
2
Выполнение СР-1 на тему: «Частотные характеристики типовых динамических
звеньев». Проработка литературы по теме 1.
3
Завершение СР-1.Расчет и построение частотных характеристик типовых
динамических звеньев и систем. Проработка литературы по теме 1.
4
Выполнение СР-2 на тему: «Устойчивость систем». Проработка литературы по
теме 1.
5
Выполнение СР-2. «Анализ устойчивость линейных систем» Проработка
литературы по теме 1 (подтема 1.4-1.5).
6
Подготовка к РК 1. Проработка литературы по теме 1 (подтема 1.5-1.6).
7
Подготовка к РК 1. Проработка литературы по теме 1 (подтема 1.7-1.8).
8
СР-3 на тему: «Расчет и построение переходных процессов САР». Проработка
литературы по теме (подтема 1.7-1.8).
9
Выполнению СР-3. «Расчет и построение переходного процесса разомкнутой САР
операторным методом». Проработка литературы по теме 2 (подтема 2.1).
10
10
11
12
13
14
15
Завершение СР-3. «Составление рабочей схемы набора системы на АВМ».
Проработка литературы по теме 2 (подтема 2.1-2.2).
Выполнение СР-4. Проработка литературы по теме 2 (подтема 2.3).
Выполнение СР-4. Проработка литературы по теме 2 (подтема 2.3-2.4).
Завершение СР-4. Подготовка к РК -2. Проработка литературы по теме 2 (подтема
2.5).
Проработка литературы по теме 2 (подтема 2.6).
Проработка литературы по теме 2 (подтема 2.6-2.7). Подготовка к экзамену по
экзаменационным вопросам.
При изучении дисциплины «Автоматическое управление в энергетике »
имеется возможность закреплять и конкретизировать материалы отдельных тем
курса проработкой и решением примеров, как под руководством преподавателя,
так и в порядке самостоятельной работы (выполнение СР-1 – СР-4).
Таблица 8
График проведения занятий
№
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Дата
2
Время
3
Наименование тем
4
Лекции
1.1. Основные понятия АУЭ I.
1.2. Типовые звенья САР, их передаточные функции и
частотные характеристики.
1.1.3. Типовые звенья САР, их передаточные функции и
частотные характеристики.
1.4. Соединения типовых динамических звеньев.
1.5. Исследование устойчивости линейных систем.
1.6. Исследование устойчивости линейных систем.
1.7. Исследование качества процесса регулирования
линейных систем.
1.8. Исследование качества процесса регулирования
линейных систем.
1.9 Комплексное решение системы на определение
устойчивости ( n  5 )
1.10 Комплексное решение примера по построению
переходного процесса САР при n  4 для случаев когда
корни все действительные или комплексные
2.1. Общие сведения. Синтез методом логарифмических
частотных характеристик.
2.2. Общие сведения. Синтез методом логарифмических
частотных характеристик.
2.3. Линейные системы с запаздыванием и анализ их
устойчивости и качества.
2.4. Системы управления по основному возмущению,
комбинированные системы. Синтез регуляторов –
компенсаторов в этих системах.
2.5. Синтез многосвязных систем регулирования.
Основные методы идентификации
промышленных
11
1
2
3
4
5
6
7
объектов управления.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
1.1 Ознакомление с моделирующей программой VisSim
1.2. Решение дифференциальных уравнений
1.3. Синтез линейных САУ частотным методом
1.4.
Устойчивость
теории
линейных
автоматического управления
систем
1.5 Синтез линейных систем модальным методом
1.6.Получить математическую характеристику структуры
1.7. Исследование свойств наблюдателей состояния
12
4 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4.1 Список основной литературы
1. Теория автоматического управления /Под общ. ред. А.В. Нетушила.
Часть – М.: Высшая школа, 1968, 424 с.
2. Воронов А.А. Основы теории автоматического управления. Ч 1 – М.:
Энергия, 1965, 396 с.
3. Адамбаев М.Д. Математические основы технических систем. –
Алматы: КазНТУ, 2008, 192 с.
4. Адамбаев М.Д. Теория автоматического управления. Методы
идентификации промышленных объектов управления. – Алматы, КазНТУ,
2004, 180 с.
5. Адамбаев М.Д. Математические методы идентификация. Учебник. –
Алматы: КазНТУ, 2005 – 179 с.
4.2 Список дополнительной литературы
1. Лукас В. А. Теория автоматического управления. – М.: Недра, 1990. –
416 с.
2. Васильев В.Г., Чуич В.Г. Системы автоматического управления. – М.:
Высшая школа, 1967, 419с.
3. Расчет автоматических систем /Под ред. А.В. Фатеева. – М.: Высшая
школа, 1973, 336 с.
4. Адамбаев М.Д. Теория линейных систем автоматического
регулирования. Методические указания к практическим занятиям (для
студентов 050718) Ч.1 Анализ систем. – Алматы: КазНТУ 2009, 34 с.
5. Адамбаев М.Д. Теория линейных систем автоматического
регулирования. Методические указания к самостоятельной работе (для
студентов 050718) Ч.1 Анализ систем. – Алматы: КазНТУ 2009, 34 с.
6. Адамбаев М.Д. Теория линейных систем автоматического
регулирования. Методические указания к курсовому проектированию (для
студентов 050718) Ч.1 Анализ систем. – Алматы: КазНТУ 2009, 18 с.
7. Адамбаев М.Д., Сабитқызы Б., Теория линейных систем
автоматического регулирования. Методические указания к лабораторным
занятиям (для студентов 050718) Ч.1 Анализ систем. – Алматы: КазНТУ 2009,
18 с.
13
5 СОДЕРЖАНИЕ
1. Цели и задачи дисциплины ……………………………………………………....3
2. Система оценки знаний …………………………………………………………..3
3. Содержание дисциплины ………………………………………………………...4
4. Список литературы……………………..………………………………………..13
14