| Закреплена за кафедрой | Кафедра радиофизики и теоретической физики |
|---|---|
| Направление подготовки | 03.04.03. Радиофизика |
| Профиль | Электромагнитные волны в средах |
| Форма обучения | Очная |
| Общая трудоемкость | 3 ЗЕТ |
| Учебный план | 03_04_03_ЭМВС-1-2020 |
|
|
||||||||||||||
Распределение часов по семестрам
| Курс (семестр) | 1 (2) | Итого | ||
|---|---|---|---|---|
| Недель | 9 | |||
| Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
| Лекции | 18 | 18 | 18 | 18 |
| Практические | 14 | 14 | 14 | 14 |
| Сам. работа | 49 | 49 | 49 | 49 |
| Часы на контроль | 27 | 27 | 27 | 27 |
| Итого | 108 | 108 | 108 | 108 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики
Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич
| 1.1. | получение базовых знаний о методах анализа и синтеза систем с обратной связью, в том числе с компьютером в качестве устройства управления. овладение математическим аппаратом, применяемым для описания моделей систем управления. получение навыков использования информационных технологий для моделирования и проектирования компьютерных систем управления. |
|---|
| Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.01.02 |
| ОПК-4 | способностью к свободному владению профессионально-профилированными знаниями в области информационных технологий, использованию современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" |
| ПК-2 | способностью самостоятельно ставить научные задачи в области физики и радиофизики и решать их с использованием современного оборудования и новейшего отечественного и зарубежного опыта |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | виды математических моделей, отражающих динамические свойства систем автоматического управления; принципы построения и работы современных компьютерных систем управления; методы исследования устойчивости и оценки качества линейных систем; математические модели и их особенности для импульсных и цифровых систем управления; дискретные передаточные функции импульсных и цифровых систем; методы исследования устойчивости и анализа импульсных и цифровых систем и их отличия от линейных непрерывных систем; характеристики и методы настройки ПИД-регуляторов; математические модели нелинейных систем и типовые нелинейные звенья; |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | строить математические модели систем автоматического управления (САУ) в виде структурных схем и уравнений состояния; исследовать устойчивость САУ и провести анализ динамических свойств системы; использовать современную вычислительную технику и программные продукты для анализа и синтеза САУ; построить математическую модель импульсной системы автоматического управления и разработать ее эквивалентную схему; построить математическую модель цифровой системы автоматического управления с микро-ЭВМ с учетом квантования по времени и уровню; разработать алгоритмы типовых цифровых регуляторов и выбрать их параметры; |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | навыками расчёта и проектирования компьютерных систем управления на базе аппаратных и программных средств; |
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Классификация и математические методы описания и моделирования непрерывных систем управления. | ||||||
| 1.1. | Архитектуры и классификация компьютерных систем управления. Принципы регулирования. Математические модели элементов линейных непрерывных систем управления. Понятие передаточной функции. Частотные и временные функции и характеристики. | Лекции | 2 | 2 | ОПК-4 | Л1.2, Л2.6, Л1.1 |
| 1.2. | Операторный метод решения дифференциальных уравнений.Расчёт передаточных характеристик звеньев систем управления. | Практические | 2 | 2 | ОПК-4 | Л1.2, Л2.2 |
| 1.3. | Составление дифференциальных уравнений систем управления. Структурные схемы и их преобразование. | Сам. работа | 2 | 4 | ПК-2 | Л1.2, Л2.6, Л2.5 |
| 1.4. | Типовые звенья систем управления. Классификация типовых звеньев. Минимально-фазовые звенья. Звенья первого и второго порядка. Неминимально-фазовые звенья. Звено чистого запаздывания. | Лекции | 2 | 2 | ОПК-4 | Л1.2, Л2.6 |
| 1.5. | Расчёт передаточных, частотных и временных характеристик типовых звеньев систем управления. | Практические | 2 | 2 | ПК-2 | Л2.6, Л2.5 |
| 1.6. | Математические модели одномерных и многомерных систем управления в пространстве состояний. | Практические | 2 | 2 | ПК-2 | Л2.1, Л1.2, Л2.5 |
| 1.7. | Логарифмические частотные характеристики. Моделирование систем управления в Simulink. | Сам. работа | 2 | 6 | ПК-2 | Л1.2, Л2.2 |
| 1.8. | Устойчивость линейных систем управления. Критерии устойчивости Гурвица, Михайлова и Найквиста. | Лекции | 2 | 2 | ОПК-4 | Л1.2, Л2.6, Л2.5 |
| 1.9. | Расчёт устойчивости линейных систем управления. | Практические | 2 | 2 | ПК-2 | Л1.2, Л2.2 |
| 1.10. | Оценка качества управления. Показатели качества управления в статическом и динамическом режиме работы системы управления. | Сам. работа | 2 | 5 | ПК-2 | Л2.2 |
| Раздел 2. Линейные импульсные и цифровые системы управления | ||||||
| 2.1. | Понятие дискретного преобразования Лапласа. Z-преобразование. Передаточные функции и частотные характеристики дискретных систем. | Лекции | 2 | 4 | ОПК-4 | Л1.2, Л2.6, Л2.2 |
| 2.2. | Передаточные функции разомкнутых дискретных систем. Уравнения и передаточные функции замкнутых дискретных систем. | Практические | 2 | 2 | ОПК-4 | Л2.6, Л2.2 |
| 2.3. | Устойчивость дискретных систем. переходные и установившиеся процессы в замкнутых дискретных системах. Оценка качества управления. | Сам. работа | 2 | 8 | ПК-2 | Л1.2, Л2.2 |
| Раздел 3. Анализ и моделирование компьютерных систем управления. | ||||||
| 3.1. | ПИД-регуляторы. Идентификация моделей динамических систем. Классический ПИД-регулятор. Модификации ПИД-регулятора. | Лекции | 2 | 4 | ОПК-4 | Л1.2 |
| 3.2. | Расчёт параметров ПИД-регулятора. Особенности реальных регуляторов. Автоматическая настройка и адаптация. Нечёткая логика, нейронные сети в ПИД-регуляторах. | Сам. работа | 2 | 6 | ПК-2 | Л2.6 |
| 3.3. | Нелинейные и экстремальные системы управления | Лекции | 2 | 2 | ОПК-4 | Л1.2 |
| 3.4. | Разработка компьютерной системы управления на базе программируемого логического контроллера (ПЛК). | Практические | 2 | 2 | ОПК-4 | Л1.2, Л2.6 |
| 3.5. | Аппаратная база компьютерных систем управления | Сам. работа | 2 | 10 | ПК-2 | Л2.3, Л2.4 |
| 3.6. | Программное обеспечение. OPC-сервер. Обзор сред проектирования систем автоматизации. Пользовательский интерфейс, SCADA-пакеты. Работа с пакетом MasterSCADA. | Лекции | 2 | 2 | ОПК-4 | |
| 3.7. | Работа с пакетом GENESIS. | Практические | 2 | 2 | ОПК-4 | |
| 3.8. | Инструментальные пакеты для разработки ПО компьютерных систем управления. | Сам. работа | 2 | 10 | ПК-2 | |
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| Вопросы к экзамену: 1. Системы автоматизации управления в промышленности. Основные термины, понятия и определения, используемые в теории автоматического управления. Классификация систем автоматического управления и краткая характеристика классов. 2. Использование дифференциальных уравнений для описания динамики САУ. Составление и решение дифференциальных уравнений. Свободное и вынужденное движение. Пример составления и решения ДУ для звена на примере RLC-цепочки. 3. Переход от ДУ к алгебраическим уравнениям относительно комплексной пере-менной р. Преобразование Лапласа и его свойства. Преобразование Лапласа производной и интеграла. Примеры расчета изображений типовых сигналов (единичная ступенька, -импульс, сигнал ). Операторный метод решения дифференциальных уравнений. 4. Передаточная характеристика элемента САУ. Нули и полюса передаточной ха-рактеристики. Расчет передаточной характеристики RLC-цепочки. Расчет сигна-ла на выходе элемента САУ по его передаточной функции. Пример расчета. 5. Частотные характеристики звеньев САУ. Логарифмические частотные характе-ристики элементов САУ. Примеры использования. 6. Переходная и импульсная переходная характеристика элемента САУ. Пример расчета сигнала на выходе элемента САУ с помощью импульсной переходной характеристики. 7. Метод пространства состояний. Математическое описание в виде векторно-матричной системы дифференциальных уравнений. Моделирование САУ с помощью структурных схем. 8. Классификация типовых звеньев систем автоматического регулирования. Пере-даточные, частотные и временные характеристики интегрирующего и апериоди-ческого звеньев. 9. Передаточные, частотные и временные характеристики идеального и реального дифференцирующего звеньев. Передаточные и частотные характеристики коле-бательного звена. 10. Передаточные характеристики типовых соединений САУ (последовательного, параллельного, встречно-параллельного). Правила преобразования структурных схем. Передаточные характеристики по воздействию, по ошибке и по возмуще-нию. 11. Устойчивость линейных непрерывных систем. Критерий устойчивости Рауса-Гурвица, Михайлова, Найквиста, определение устойчивости по логарифмиче-ским характеристикам. Запас устойчивости по амплитуде и по фазе. 12. Качество переходных процессов. Показатели качества процессов регулирования. Расчет статической ошибки в статической и астатической системе. 13. ПИД-регуляторы. Сравнительный анализ законов регулирования (пропорцио-нального, пропорционально-интегрального, ПИД). Временные и частотные ха-рактеристики ПИД-регулятора. Сравнительный анализ П, ПИ и ПИД-регулятора. 14. Нелинейные системы автоматического регулирования. Типы нелинейностей. Фазовые портреты нелинейных систем. Импульсные (релейные) системы в скользящем режиме. 15. Экстремальные системы управления. 16. Системы управления на основе нечёткой логики. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| См. Приложения |
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Жуков К.Г. | Модельное проектирование встраиваемых систем в LabVIEW: | М. : ДМК Пресс // ЭБС "Лань", 2011 | |
| Л1.2 | Б.И. Коновалов, Ю.М. Лебедев | Теория автоматического управления: учебное пособие | Лань, 2010 | |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Дьяконов В.П. | MATLAB 7.*/R2006/R2007: Самоучитель: учебное пособие | М.:ДМК Пресс, 2009 | |
| Л2.2 | В.А. Иванов, В.С. Медведев, Б.К. Чемоданов и др. | Математические основы теории автоматического регулирования: Учеб. пособие для вузов | М.: Высшая школа, 1977 | |
| Л2.3 | Баран Е.Д. | LabVIEW FPGA. Реконфигурируемые измерительные и управляющие системы: | М. : ДМК Пресс. // ЭБС "Лань", 2009 | https://e.lanbook.com/book/1095. |
| Л2.4 | Суранов А.Я. | LabVIEW 8.20: Справочник по функциям: Справочник | М.: ДМК Пресс // ЭБС "Лань", 2009 | e.lanbook.com |
| Л2.5 | Ч.Филлипс, Р. Харбор | Системы управления с обратной связью: | Лаборатория базовых знаний, 2001 | |
| Л2.6 | В.Н. Брюханов, М.Г. Косов, С.П. Протопопов [и др.] | Теория автоматического управления: Учебник для вузов | М.: Высшая школа, 1999 | |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | ТАУ энциклопедия. [Электронный ресурс] Режим доступа:http://tau-wiki.ru/index.php | |||
| Э2 | Единое окно доступа к образовательным ресурсам, раздел «Теория систем автоматического регулирования» ( Профессиональное образование/Образование в области техники и технологий/Кибернетика/ Теория систем автоматического регулирования / Ресурсы).[Электронный ресурс] Режим доступа:http://window.edu.ru/catalog?p_rubr=2.2.75.7.9 | |||
| Э3 | Курс "Компьютерные системы управления" на Образовательном портале [Электронный ресурс] | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Microsoft Windows Microsoft Office 7-Zip AcrobatReader | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| Помещение для самостоятельной работы | помещение для самостоятельной работы обучающихся | Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ |
| 304К | лаборатория телекоммуникаций и цифрового телевидения центр систем автоматизации и управления - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; стеллажи под лабораторное оборудование; проектор: марка INFOCUS модель IN24 - 1 единица; программно-аппаратный комплекс измерения технологических параметров на базе плат, система сбора данных AFS, средства отладки и программирования DL-NEXYS, станции паяльные ERSA (2шт.), телефон системный Panasonic KX-DT321RU-B (2шт.), IP-платформа Panasonic KX-NCP1000RU, Анализатор спектра R&S FSH8, модальная система анализа и генерации сигналов, персональные портативные устройства сбора данных NI myDAQ; методические указания по выполнению лабораторных работ по курсам "Техника приема и обработки сигналов", "Проектирование устройств на ПЛИС", "Цифровая и микропроцессорная техника". |
| Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
| 519М | электронный читальный зал с доступом к ресурсам «ПРЕЗИДЕНТСКОЙ БИБЛИОТЕКИ имени Б.Н. Ельцина» - помещение для самостоятельной работы | Учебная мебель на 46 посадочных мест; 1 Флипчарт; компьютеры; ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" и доступом в электронную информационно-образовательную среду; стационарный проектор: марка Panasonic, модель PT-ST10E; стационарный экран: марка Projecta, модель 10200123; система видеоконференцсвязи Cisco Telepresence C20; конгресс система Bosch DCN Next Generation; 8 ЖК-панелей |
| 001вК | склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования | Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032 |
| см. ФОС в приложении |