Закреплена за кафедрой | Кафедра вычислительной техники и электроники |
---|---|
Направление подготовки | 09.03.01. Информатика и вычислительная техника |
Форма обучения | Очная |
Общая трудоемкость | 7 ЗЕТ |
Учебный план | 09_03_01_ИиВТ-4-2020 |
|
|
Распределение часов по семестрам
Курс (семестр) | 3 (5) | Итого | ||
---|---|---|---|---|
Недель | 19 | |||
Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
Лекции | 36 | 36 | 36 | 36 |
Лабораторные | 36 | 36 | 36 | 36 |
Практические | 36 | 36 | 36 | 36 |
Сам. работа | 117 | 117 | 117 | 117 |
Часы на контроль | 27 | 27 | 27 | 27 |
Итого | 252 | 252 | 252 | 252 |
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"
1.1. | 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. |
---|
Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.06 |
СПК-1 | способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования |
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. |
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 | 2 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
1.2. | Примеры систем управления. | Сам. работа | 5 | 16 | Л2.2, Л2.1, 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 | 4 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
2.2. | Решение дифференциальных уравнений операторным методом | Практические | 5 | 6 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
2.3. | Функция Хевисайда, функция Дирака и их изображения. Решение дифференциальных уравнений с помощью преобразования Лапла-са. | Сам. работа | 5 | 20 | Л2.2, Л2.1, 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 | 2 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
3.2. | Соединение звеньев в САУ. Системы с обратной связью. Определение передаточных функций. | Практические | 5 | 4 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
3.3. | Нахождение передаточной функции операционного усилителя с помощью оператора Лапласа. | Сам. работа | 5 | 20 | Л2.2, Л2.1, 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 | 2 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
4.2. | Динамические системы управления на ОУ. | Лекции | 5 | 2 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
4.3. | Переходная характеристика типовых звеньев. Нахождение передаточных функций САУ. | Практические | 5 | 4 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
4.4. | Автоматические регуляторы и их передаточные функции. Пропорцио-нальный регулятор, интегральный регулятор, пропорционально-интегральный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор. | Сам. работа | 5 | 12 | Л2.2, Л2.1, 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 | 2 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
5.2. | Промежуточный тест по линейным САУ. | Практические | 5 | 2 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
5.3. | Модели систем управления в виде системных графов. Формула Мэйсона. | Сам. работа | 5 | 12 | Л2.2, Л2.1, 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 | 4 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
6.2. | Задачи на постороение Амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик. | Практические | 5 | 4 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
6.3. | Связь между АЧХ и ФЧХ. Частотные характеристики интегрирующего, дифференцирующего и апериодического звеньев. | Сам. работа | 5 | 12 | Л2.2, Л2.1, 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 | 2 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
7.2. | Дискретный способ вычисления временных характеристик. | Сам. работа | 5 | 4 | Л2.2, Л2.1, 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 | 6 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
8.2. | Устойчивость линейных систем. | Практические | 5 | 4 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
8.3. | Критерий устойчивости Михайлова. Устойчивость систем управления с запаздыванием. | Сам. работа | 5 | 6 | Л2.2, Л2.1, 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 | 4 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
9.2. | Показатели качества систем. Ошибки регулирования. Устойчивость систем управления. | Практические | 5 | 6 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
9.3. | Анализ процессов в системах низкого порядка | Сам. работа | 5 | 6 | Л2.2, Л2.1, 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 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
10.2. | Z-преобразование. Спектральный анализ. Решение задач. | Практические | 5 | 3 | Л2.2, Л2.1, 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 | 4 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
10.4. | Разностные уравнения описания дискретных систем.Устойчивость дискретных систем. | Практические | 5 | 3 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
10.5. | Реализация цифровых регуляторов. | Сам. работа | 5 | 5 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
Раздел 11. Контроль | ||||||
11.1. | Экзамен по курсу | Экзамен | 5 | 27 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
Раздел 12. Лабораторный практикум | ||||||
12.1. | Исследование разомкнутой линейной системы. | Лабораторные | 5 | 4 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
12.2. | Проектирование непрерывного регулятора для линейной системы. | Лабораторные | 5 | 4 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
12.3. | Иследование линейной системы с учетом внешнего возмущения. | Лабораторные | 5 | 6 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
12.4. | Построение нелинейной системы управления. | Лабораторные | 5 | 6 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
12.5. | Показатели качества нелинейной модели системы управления. | Лабораторные | 5 | 6 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
12.6. | Оптимизация нелинейных систем. | Лабораторные | 5 | 6 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
12.7. | Дискретная модель непрерывного регулятора. | Лабораторные | 5 | 4 | Л2.2, Л2.1, 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 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 | |
Раздел 13. Аттестация | ||||||
13.1. | Экзамен | 5 | 0 | Л2.2, Л2.1, Л1.1, Л1.2 |
5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
Блок тематических контрольно-тестовых заданий в системе Moodle Итоговый (курсовой) тест в системе Moodle |
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
Не требуется |
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
Блок тематических контрольно-тестовых заданий в системе Moodle Итоговый (курсовой) тест в системе Moodle |
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 | e.lanbook.com |
Л1.2 | Коновалов Б.И., Лебедев Ю.М. | Теория автоматического управления: Учебные пособия | Издательство "Лань", 2016 | e.lanbook.com |
6.1.2. Дополнительная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л2.1 | Ощепков А. Ю. | Системы автоматического управления: теория, применение, моделирование в MATLAB: Учебные пособия | Издательство "Лань", 2013 | e.lanbook.com |
Л2.2 | Дьяконов В.П. | MATLAB R2007/2008/2009 для радиоинженеров: Учебные пособия | Издательство "ДМК Пресс", 2010 | e.lanbook.com |
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
Название | Эл. адрес | |||
Э1 | Курс на образовательном портале | portal.edu.asu.ru | ||
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/); |
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 |
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 |
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 |
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) |
не требуется |