1. Цели освоения дисциплины
| 1.1. | Получение знаний о фундаментальныхзаконах законах, физических явленияхи процессах,возникающих в колебательных системах. |
|---|
2. Место дисциплины в структуре ООП
| Цикл (раздел) ООП: Б1.О.05 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ОПК-1 | Способен применять базовые знания в области физики и радиофизики и использовать их в профессиональной деятельности, в том числе в сфере педагогической деятельности; |
| ОПК-2 | Способен проводить экспериментальные и теоретические научные исследования объектов, систем и процессов, обрабатывать и представлять экспериментальные данные; |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | Обладает базовыми знаниями, полученными в областях физики, радиофизики, а также в областях математических и естественных наук. Обладает знаниями об основных особенностях постановки и проведения экспериментов с использованием теоретического материала и методических рекомендаций в профессиональной деятельности. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | Умеет применять и синтезировать знания из различных областей физики и радиофизики в профессиональной деятельности. Умеет проводить теоретические расчеты в рамках научного исследования отдельных объектов, систем и процессов. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | Имеет навыки выбора математических и/или физических методов решения задач профессиональной деятельности, в том числе в сфере педагогической деятельности. Владеет навыками обработки, анализа и представления экспериментальных данных. |
4. Структура и содержание дисциплины
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Колебания и волны в линейных системах. | ||||||
| 1.1. | Собственные колебания в консервативной системе с однойстепенью свободы. Уравнение колебаний. Частота, амплтуда и фаза колебаний. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 1.2. | Собственне колебания с поглощением. Уравнение затухающих колебаний. Декремент затухания. Логарифмический декремент затухания. | Практические | 5 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 1.3. | Вынужденные колебания. Резонанс. Вынужденные колебания системы с затуханием. Добротность. Комплексное сопротивление. | Сам. работа | 5 | 10 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| Раздел 2. Параметрические системы. | ||||||
| 2.1. | Резистивная параметрическая цепь. Преобразование частоты. Супергетеродин. Зеркальныйканал приема. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 2.2. | Параметрический резонанс Энергетические соотношения в параметрическом конденсаторе. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 2.3. | Связь междутоком током и напряжением в параметрическом конденсаторе. | Практические | 5 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л2.1 |
| 2.4. | Варакторы. Одноконтурный параметрический усилитель. | Сам. работа | 5 | 8 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
| Раздел 3. Основные методы теории колебаний. | ||||||
| 3.1. | Классификация состояний равновесия в системах второго и третьего порядка; исследование их устойчивости (критерий Рауса-Гурвица). Динамические системы первого порядка с дискретным временем. Отображение Пуанкаре. Классификация неподвижных точек одномерных и двумерных точечных отображений. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 3.2. | Линейный и нелинейный осцилляторы. Фазовый портрет. Резонанс в нелинейном осцилляторе. Основы качественной теории и теории бифуркаций динамических систем на плоскости. Грубые предельные циклы, основные характеристики. Основные (коразмерности I) бифуркации динамических систем на плоскости: двукратное равновесие, нейтральное равновесие (бифуркация Андронова-Хопфа), двукратный предельный цикл, петля сепаратрисы седла и седло-узла, сепаратрисная связка. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 3.3. | Система с одной степенью свободы. Физические примеры. Метод разрывных колебаний. Метод Ван-дер-Поля (автономный и неавтономный случаи). Связанные автогенераторы. Явление захватывания, определение полосы синхронизации. | Практические | 5 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 3.4. | Динамика многомерных динамических систем - особые траектории (состояния равновесия, предельные циклы, инвариантные торы, хаотические аттракторы, бифуркации особых траекторий. | Сам. работа | 5 | 8 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| Раздел 4. Исследование базовых моделей теории колебаний. | ||||||
| 4.1. | Динамика сверхпроводящего Джозефсоновского контакта и маятника в вязкой среде. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 4.2. | Исследование уравнений Ван-дер-Поля. Конкуренция колебаний в многомодовых автогенераторах. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 4.3. | Синфазная иквадратурная амплитуды. Сопряженный сигнал. Преобразование Гильберта. | Практические | 5 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 4.4. | Преобразование Гильберта для узкополрсных сигналов. | Сам. работа | 5 | 16 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| Раздел 5. Колебания в нелинейных системах с одной степенью свободы | ||||||
| 5.1. | Расчет установившейся амплитуды колебаний генератора методом Ван дер Поля. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 5.2. | Генератор с LC-контуром. Схема генератора.Уравнение колебаний генератора. Баланс фаз и амплитуд. | Практические | 5 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 5.3. | Моделирование сечений процессов, сопровождающих прохождение излучния через вещество. | Сам. работа | 5 | 14 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 5.4. | Основные типы траекторий динамических систем. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 5.5. | Зависимость собственной частоты системы от расстройки между контурами. | Практические | 5 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
| 5.6. | Колебания в системе 2-х связанных контуров. | Сам. работа | 5 | 16 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| 1. Что такое динамическая система, фазовое пространство, фазовая траектория. 2. Динамические системы на прямой. Чем определяется структура фазового пространства, состояния равновесия системы, устойчивость состояний равновесия, бифуркации состояний равновесия. 3. Состояния равновесия динамических систем. Метод линеаризации. Классификация состояний равновесия на плоскости и в трехмерном пространстве. 4. Линейный и нелинейный осцилляторы. Основные свойства. 5. Построение фазового портрета консервативной системы 6. Устойчивость сосредоточенных систем (в большом, в малом, устойчивость по Ляпунову, орбитная устойчивость). Критерии устойчивости: Рауса-Гурвица. 7. Одномерные динамические системы с дискретным временем. Особые траектории одномерных динамических систем с дискретным временем. Неподвижные точки одномерного отображения и их устойчивость. Диаграмма Кёнигса-Ламерея. 8. Отображение Пуанкаре. Предельный цикл, мультипликатор предельного цикла, устойчивость предельного цикла. 9. Грубость динамических систем. Особые траектории динамических систем на плоскости, критерии их грубости. 10. Автоколебания. Автоколебательная система. Мягкий и жесткий режимы. Мягкий и жесткий режимы возбуждения колебаний (бифуркационные диаграммы, грубые фазовые портреты, бифуркации, критерии мягкого и жесткого режимов возбуждения). 11. Бифуркации динамических систем на плоскости: двукратного равновесия, Андронова-Хопфа, двукратного предельного цикла, петли сепаратрис седла и седло-узла. (бифуркация, бифуркационное условие, фазовые портреты до и после бифуркации) 12. Метод разрывных колебаний (для каких систем применим, суть метода, как расставляются стрелочки на фазовых траекториях). 13. Метод Ван-дер-Поля для автономных и неавтономных систем (для каких систем применим, суть метода – замены переменных, формулы для получения укороченных уравнений, соответствие между особыми траекториями укороченной и исходной систем.) 14. Разбиение плоскости параметров (,λ) маятникового уравнения, с указанием грубых фазовых портретов для выделенных областей разбиения. Динамика маятника с постоянным вращающим моментом, ВАХ джозефсоновского контакта. 15. Резонанс в линейных и нелинейных системах. 16. Динамика автоколебательной системы под действием периодической внешней силы. (какой динамической системой описывается, какими методами исследуется, что такое АЧХ и как они строятся, какой сигнал называется слабым, сильным). Явление вынужденной синхронизации, какие фазовые траектории являются образами режима синхронизации, режима биений. Поведения генератора при выходе из режима синхронизации в случае слабого и сильного |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| немпредусмотрена |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Студент должен уметь: классифицировать динамическую систему (размерность, фазовые переменные, автономная/неавтономная, линейная нелинейная, с непрерывным или дискретным временем); исследовать динамическую систему на прямой; исследовать состояния равновесия двумерных нелинейных систем, строить фазовые портреты нелинейного осциллятора, исследовать динамические системы методами разрывных колебаний и Ван дер Поля. Студент должен знать динамику линейного и нелинейных осцилляторов; автоколебания и механизмы их возбуждения; устойчивость сосредоточенных систем; особые траектории и основные бифуркации динамических систем на плоскости, методы и подходы к изучению динамических систем на плоскости, динамику маятника с постоянным вращающим моментом, ВАХ джозефсоновского контакта. |
| Приложения |
|
Приложение 1.
ФОС ТК.pdf
|
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Алдошин, Г.Т. | Теория линейных и нелинейных колебаний: Учебное пособие | Санкт-Петербург : Лань, 2013 // ЭБС "Лань" | e.lanbook.com |
| Л1.2 | Горелик, Г.С. | Колебания и волны: Учебное пособие | Москва : Физматлит, 2007 // ЭБС "Лань" | e.lanbook.com |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Скубов, Д.Ю. | Основы теории нелинейных колебаний: Учебное пособие | Санкт-Петербург : Лань, 2013 // ЭБС "Лань" | e.lanbook.com |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | Курс на Едином образовательном портале | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Компилятор языка ФОРТРАН. Microsoft Windows Microsoft Office 7-Zip AcrobatReaderMicrosoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно); Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно); Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно); 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно); AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно); ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно); LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно); Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно); Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024); Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно); Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно); Редактор изображений Gimp (https://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
| 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 |
| 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) |
8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
| см. ФОС в приложении |