МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Основы теории автоматического управления
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра вычислительной техники и электроники
Направление подготовки09.03.01. Информатика и вычислительная техника
ПрофильИнформатика и вычислительная техника
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость4 ЗЕТ
Учебный план09_03_01_ИиВТ-1-2020
Часов по учебному плану 144
в том числе:
аудиторные занятия 56
самостоятельная работа 61
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 5

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 3 (5) Итого
Недель 18
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 16 16 16 16
Лабораторные 24 24 24 24
Практические 16 16 16 16
Сам. работа 61 61 61 61
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 144 144 144 144

Программу составил(и):
к.ф.-м.н., доцент, Пашнев В.В.

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент, Рудер Д.Д.

Рабочая программа дисциплины
Основы теории автоматического управления

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 09.03.01 Информатика и вычислительная техника (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 19.09.2017г. №929)

составлена на основании учебного плана:
09.03.01 Информатика и вычислительная техника
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра вычислительной техники и электроники

Протокол от 08.06.2020 г. № 79/19-20
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
к.ф.-м.н., Пашнев Владимир Валентинович, доц., зав. кафедрой "Вычислительной техники и электроники"

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 вычислительной техники и электроники

Протокол от 08.06.2020 г. № 79/19-20
Заведующий кафедрой к.ф.-м.н., Пашнев Владимир Валентинович, доц., зав. кафедрой "Вычислительной техники и электроники"

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Цель преподавания дисциплины состоит в ознакомлении студентов с принципами построения моделей систем автоматического управления, их анализа и оптимизации.
Задачи изучения дисциплины. В результате изучения дисциплины студенты должны знать основные положения теории управления, принципы и методы построения моделей динамических систем управления.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.02

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-2: Способен осуществлять концептуальное, функциональное и логическое проектирование систем среднего и крупного масштаба и сложности;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.Студенты должны иметь представление об областях применения теории автоматического управления, об особенностях использования вычислительной техники в качестве управляющих устройств.
3.2.Уметь:
3.2.1.Студенты должны уметь применять основные методы получения и преобразования моделей динамических систем, анализа и синтеза систем управления, в том числе систем с цифровыми управляющими устройствами.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.Студенты должны обладать навыками расчета линейных непрерывных и цифровых систем.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Вводные понятия. Назначение систем автоматического управления.
1.1. Основные понятия и определения. Объект управления, управление, система автоматического управления (САУ), теория автоматического управления, управляющее устройство, чувствительный элемент, управляющие воздействия, задающие воздействия, возмущающие воздействия. Простейшая схема САУ. Замкнутые и разомкнутые САУ, линейные и нелинейные САУ. Управление по отклонению и возмущению. Лекции 5 1 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
1.2. Примеры систем управления. Сам. работа 5 10 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
Раздел 2. Математические модели физических систем.
2.1. Статические и динамические характеристики системы. Преобразование Лапласа. Свойства преобразования Лапласа. Применение преобразования Лапласа для решения дифференциальных уравнений. Разложение дробно-рациональной функции на простые дроби. Нули и полюсы дробно-рациональной функции. Теоремы преобразования Лапласа (производная, интеграл, запаздывание, умножение оригинала на экспоненту, интеграл свертки) Лекции 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
2.2. Решение дифференциальных уравнений операторным методом Практические 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
2.3. Функция Хевисайда, функция Дирака и их изображения. Решение дифференциальных уравнений с помощью преобразования Лапла-са. Сам. работа 5 8 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
Раздел 3. Передаточная функция линейной системы.
3.1. Понятие передаточной функции линейной системы. Пример нахождения передаточной функции. Вынужденное и свободное движение системы. Характеристическое уравнение системы. Метод полного (операторного) сопротивления для нахождения передаточных функций. Лекции 5 1 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
3.2. Соединение звеньев в САУ. Системы с обратной связью. Определение передаточных функций. Практические 5 1 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
3.3. Нахождение передаточной функции операционного усилителя с помощью оператора Лапласа. Сам. работа 5 8 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
Раздел 4. Элементарные звенья САУ и их передаточные функции.
4.1. Усилительное звено, интегрирующее звено, дифференцирующее звено, апериодическое звено. Их передаточные функции и переходные характеристики. Передаточная функция и переходная характеристика колебательного звена. Лекции 5 1 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
4.2. Переходная характеристика типовых звеньев. Нахождение передаточных функций САУ. Практические 5 1 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
4.3. Автоматические регуляторы и их передаточные функции. Пропорцио-нальный регулятор, интегральный регулятор, пропорционально-интегральный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор. Сам. работа 5 8 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
Раздел 5. Структурные схемы САУ.
5.1. Модели систем управления в виде структурных схем. Пример построения структурной схемы. Упрощение схем (параллельное соединение блоков (звеньев), последовательное соединение блоков, перенос узла через блок, перенос сумматора через блок, исключение контура с обратной связью). Лекции 5 1 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
5.2. Промежуточный тест по линейным САУ. Практические 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
5.3. Модели систем управления в виде системных графов. Формула Мэйсона. Сам. работа 5 8 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
Раздел 6. Характеристики звеньев САУ
6.1. Переходная характеристика, импульсная переходная характеристика системы. Частотные характеристики системы. Амплитудно-фазовая характеристика (АФХ) системы, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) системы, фазово-частотная характеристика (ФЧХ) системы. Логарифмические частотные характеристики. Частотные характеристики типовых звеньев. Частотные характеристики усилительного и колебательного звена. Лекции 5 1 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
6.2. Задачи на постороение Амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик. Практические 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
6.3. Связь между АЧХ и ФЧХ. Частотные характеристики интегрирующего, дифференцирующего и апериодического звеньев. Сам. работа 5 4 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
Раздел 7. Модели в переменных состояния.
7.1. Дифференциальные уравнения состояния (модели вход-состояние-выход). Метод получения переменных состояния по известной передаточной функции. Первая и вторая канонические формы. Решение уравнений состояния. Фундаментальная матрица. Получение передаточной функции по известным уравнениям состояния. Лекции 5 1 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
7.2. Дискретный способ вычисления временных характеристик. Сам. работа 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
Раздел 8. Устойчивость линейных систем.
8.1. Понятие устойчивости. Общее условие устойчивости линейных систем. Необходимое условие устойчивости. Критерий устойчивости Гурвица. Использование АФХ для анализа устойчивости. Критерий устойчивости Найквиста. Области и запасы устойчивости. Частотные оценки запаса устойчивости. Корневые оценки запаса устойчивости. Метод D-разбиения. Лекции 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
8.2. Устойчивость линейных систем. Практические 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
8.3. Критерий устойчивости Михайлова. Устойчивость систем управления с запаздыванием. Сам. работа 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
Раздел 9. Качество систем управления.
9.1. Показатели качества переходных процессов (быстродействие, перерегулирование, установившаяся ошибка, интегральные оценки качества). Оценка качества процесса по распределению корней характеристического уравнения системы. Частотные показатели качества системы. Взаимосвязь частотной и импульсной переходной характеристик. Взаимосвязь частотной и переходной характеристик. Лекции 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
9.2. Показатели качества систем. Ошибки регулирования. Устойчивость систем управления. Практические 5 4 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
9.3. Анализ процессов в системах низкого порядка Сам. работа 5 4 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
Раздел 10. Цифровые системы управления.
10.1. Дискретные системы. Частота Найквиста. Спектр дискретного сигнала. Теорема Котельникова. Z-преобразование. Импульсная характеристика. Функция передачи Лекции 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
10.2. Z-преобразование. Спектральный анализ. Решение задач. Практические 5 1 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
10.3. Устойчивость дискретных систем. Линейные разностные уравнения. Дискретное преобразование Лапласа. Дискретное преобразование Фурье. Алгебраический критерий устойчивости. Критерий Михайлова. Критерий Найквиста. Лекции 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
10.4. Разностные уравнения описания дискретных систем.Устойчивость дискретных систем. Практические 5 1 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
10.5. Реализация цифровых регуляторов. Сам. работа 5 3 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
Раздел 11. Контроль
11.1. Экзамен по курсу Экзамен 5 27 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
Раздел 12. Лабораторный практикум
12.1. Исследование разомкнутой линейной системы. Лабораторные 5 4 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
12.2. Проектирование непрерывного регулятора для линейной системы. Лабораторные 5 4 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
12.3. Иследование линейной системы с учетом внешнего возмущения. Лабораторные 5 4 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
12.4. Построение нелинейной системы управления. Лабораторные 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
12.5. Показатели качества нелинейной модели системы управления. Лабораторные 5 4 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
12.6. Оптимизация нелинейных систем. Лабораторные 5 2 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
12.7. Дискретная модель непрерывного регулятора. Лабораторные 5 4 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
12.8. Моделирование систем управления в пакете Simulink. Программирование в среде Matlab.Обработка результатов. Подготовка отчетов по лабораторным работам. Сам. работа 5 4 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2
Раздел 13. Аттестация
13.1. Экзамен 5 Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
Блок тематических контрольно-тестовых заданий в системе Moodle
Итоговый (курсовой) тест в системе Moodle
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
Не требуется
5.3. Фонд оценочных средств
Блок тематических контрольно-тестовых заданий в системе Moodle
Итоговый (курсовой) тест в системе Moodle
Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Охорзин В.А., Сафонов К.В. Теория управления: Учебники Издательство "Лань", 2014 https://e.lanbook.com/book/49470
Л1.2 Коновалов Б.И., Лебедев Ю.М. Теория автоматического управления: Учебные пособия Издательство "Лань", 2016 https://e.lanbook.com/book/71753
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Дьяконов В.П. MATLAB R2007/2008/2009 для радиоинженеров: Учебные пособия Издательство "ДМК Пресс", 2010 https://e.lanbook.com/book/1180
Л2.2 Ощепков А. Ю. Системы автоматического управления: теория, применение, моделирование в MATLAB: Учебные пособия Издательство "Лань", 2013 https://e.lanbook.com/book/5848
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Курс на образовательном портале https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=6475
6.3. Перечень программного обеспечения
Mozila FireFox
Условия использования: https://www.mozilla.org/en-US/about/legal/eula/
Chrome
Условия использования: http://www.chromium.org/chromium-os/licenses
LibreOffice
Условия использования: https://ru.libreoffice.org/about-us/license/
7-zip
Условия использования: https://www.7-zip.org/license.txt
Acrobat Reader
Условия использования: http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf
Microsoft Windows
6.4. Перечень информационных справочных систем
1 Федеральная служба государственной статистики РФ [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.gks.ru/.
2 Федеральный портал по научной и инновационной деятельности [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.sci-innov.ru/.
3 Научная и учебно-методическая литература [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.intuit.ru.
4 Научный журнал «Вестник Российской академии естественных наук» [Электрон-ный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.ras.ru/publishing/rasherald/rasherald_archive.aspx.
5 Научный журнал «Интеграл» [Электронный ресурс]. - Электронные данные. – Ре-жим доступа: http://www.portalnano.ru/read/databases/publication/journal_integral.
6 Научный журнал «Инновации» [Электронный ресурс]. - Электронные данные. – Режим доступа: http://ojs.innovjoum.ru/index.php/innov
7 Научный журнал «Информатика и системы управления» [Электронный ресурс]. – Электронные данные. - Режим доступа: http://ics.khstu.ru/
8 Научный журнал «Информационные системы и технологии» [Электронный ре-сурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://gu-unpk.ru/science/joumal/isit
9 Научный журнал «Информационные технологии» [Электронный ресурс]. - Элек-тронные данные. - Режим доступа: http://novtex.ru/IT/
10 Научный журнал «Нейрокомпьютеры: разработка, применение» [Электронный ре-сурс].-Электронные данные. – Режим доступа: http://www.radiotec.ru/catalog.php?cat=jr7
11 Научный журнал «Программные продукты и системы» [Электронный ресурс]. - Электронные данные. – Режим доступа: http://www.swsys.ru/
Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/);

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
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)
209К лаборатория схемотехники и микропроцессорных систем - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 15 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доски меловые 1шт. компьютеры: марка Aquarius модель Cel-2533 - 2 единицы; внутрисхемный программатор-отладчик PICkit 3 - 5шт.; компьютер Парус 945 - 13шт.; монитор 15"LG Flatron; монитор 17"Samsung 793 MB; набор PICkit 3; паяльная станция -5шт.; плата оценочная DEO-Nano - 8шт.;системный блок Celeron 2400$/ методические указания по выполнению лабораторных работ: Разработка микропроцессорных систем на базе микроконтроллера PIC16F84; Микроконтроллеры семейства MCS; Методы кодирования и сжатия информации
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
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

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

не требуется