Лабораторные работы / практические занятия / индивидуальные занятия / самостоятельная работа под руководством преподавателя

КАЗАНСКИЙ ФИЛИАЛ

СОГЛАСОВАНО:	УТВЕРЖДАЮ:
Выпускающей кафедрой «Железнодорожная автоматика, Телемеханика и связь»	Директор Казанского филиала МИИТ
Протокол заседания кафедры №____ «___» __________20 15 г.	____________________ Н.Н. Даянова (подпись, Ф.И.О.) «____» ___________ 20 15 г.
СОГЛАСОВАНО:
Выпускающей кафедрой «Электрификация и электроснабжение»
Протокол заседания кафедры №______ «_____» ________20 15 г.

Кафедра: «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь»
^{(название кафедры)}
Авторы: д.т.н., проф. Матухин Е.Л.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Теория автоматического управления»

^{(название дисциплины)}

Направление/специальность: 23.05.05 (190901.65) Системы обеспечения движения поездов
^{(код, наименование специальности /направления)}
Профиль/специализация: «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» (СА); «Телекоммуникационные системы и сети на железнодорожном транспорте» (СТ), «Электроснабжение железных дорог» (СЭ)
Квалификация (степень) выпускника: инженер путей сообщения
Форма обучения: заочная

СОГЛАСОВАНО кафедра «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь» Протокол № «» 20 15 г.

 

Казань 2015 г.

 

ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью освоения учебной дисциплины «Теория автоматического управления» является формирование у обучающихся компетенций в соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами по специальности «Системы обеспечения движения поездов» и приобретение ими:
- знаний об основных положениях теории автоматического управления; принципах и методах построения моделей систем автоматического управления (САУ); методах анализа и синтеза САУ; методах расчета и оптимизации САУ при детерминированных и случайных воздействиях.
- умений применять принципы и методы построения моделей, методы анализа и синтеза САУ при создании, исследовании и эксплуатации технических систем и средств автоматизации управления; производить расчет и применять на практике различные методы коррекции динамических характеристик САУ с целью их оптимизации.
- навыков построения АФЧХ (годографов) и логарифмических АЧХ, ФЧХ частотных передаточных функций систем автоматического управления; оценки показателей качества САУ; коррекции частотных и временных характеристик САУ; применения современных методов анализа и синтеза САУ.

МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Учебная дисциплина «Теория автоматического управления» относится к [укажите, к какой части цикла относится дисциплина] части [укажите цикл, к которому относится дисциплина] цикла.
Для изучения данной дисциплины необходимы знания, умения и навыки, формируемые следующими предшествующими дисциплинами:
- Информатика;

- История развития техники управления движением поездов;

- Математика;

- Механика;

- Теоретические основы электротехники;

- Электроника.

Приобретенные в результате изучения дисциплины «Теория автоматического управления» знания, умения и навыки являются неотъемлемой частью формируемых у выпускника компетенций, в соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами по специальности «Системы обеспечения движения поездов», и будут использованы при изучении последующих учебных дисциплин:
- Автоматизация систем электроснабжения;

- Математическое моделирование систем и процессов;

- Микропроцессорные информационно-управляющие системы;

- Теоретические основы автоматики и телемеханики.

КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ / ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАЗОВАНИЯ И КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА ПО ЗАВЕРШЕНИИ ОСВОЕНИЯ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

№ п/п	Код и название компетенции	Ожидаемые результаты
	Выпускник должен обладать компетенцией ПК-1 способностью применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;	Знать: методы математического анализа и моделирования систем автоматического управления, теоретического и экспериментального их исследования.
Уметь: применять методы построения математических моделей, методы анализа и синтеза САУ при создании, исследовании и эксплуатации технических систем и средств автоматизации управления; производить расчет и применять на практике различные методы коррекции динамических характеристик САУ с целью их оптимизации
Владеть: методами оценки и исследования показателей качества САУ; коррекции частотных и временных характеристик САУ; современными методами анализа и синтеза САУ.
	Выпускник должен обладать компетенцией ПК-12 владением основами расчета и проектирования элементов и устройств различных физических принципов действия;	Знать: методы расчета и синтеза элементов и устройств систем автоматического управления, основанных на различных физических принципах действия.
Уметь: производить расчеты передаточных, временных и частотных функций элементов и устройств САУ различных физических принципов действия
Владеть: основами расчета и проектирования элементов и устройств различных физических принципов действия для систем автоматического управления.
	Выпускник должен обладать компетенцией ПК-14 умением использовать в профессиональной деятельности современные информационные технологии, изучать и анализировать информацию, технические данные, показатели и результаты работы систем обеспечения движения поездов, обобщать и систематизировать их, проводить необходимые расчеты;	Знать: современные компьютерные информационные технологии на уровне пользователя, эксплуатационно-технические требования, предъявляемые к системам обеспечения движения поездов, основные показатели и результаты работы эксплуатирумых на отечественных и зарубежных железных дорогах систем обеспечения движения поездов.
Уметь: использовать при разработке и проектировании устройств систем автоматического управления современные компьютерные информационные технологии, изучать и анализировать информацию, технические данные, показатели и результаты работы систем обеспечения движения поездов, обобщать и систематизировать их, производить с применением математического аппарата теории автоматического управления необходимые расчеты.
Владеть: современными компьютерными информационными технологиями при составлении презентаций по вопросам автоматического управления, разработке структурных схем моделей САУ, исследовании показателей качества работы систем автоматического управления; опытом выполнения расчетов с применением современного математического аппарата теории автоматического управления и программных средств.
	Выпускник должен обладать компетенцией ПК-21 умением анализировать технологический процесс эксплуатации, технического обслуживания и ремонта систем обеспечения движения поездов как объекта управления;	Знать: технологический процесс эксплуатации, технического обслуживания и ремонта систем автоматики и телемеханики как объекта управления.
Уметь: анализировать технологический процесс эксплуатации, технического обслуживания и ремонта систем автоматики и телемеханики в качестве объекта управления.
Владеть: навыками составления математической модели технологического процесса эксплуатации, технического обслуживания и ремонта систем обеспечения движения поездов как объекта управления.

 

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Общая трудоемкость дисциплины составляет:
- 6 зачетных единиц,
- 216 часов.

Объем учебной дисциплины

Вид учебной работы	Всего по учебному плану	Курсы
Контактная работа обучающихся с преподавателем (всего), часов
В том числе: Лекции (Л), часов
Практические (ПЗ) и семинарские (С) занятия, часов
Лабораторные работы (ЛР) (лабораторный практикум) (ЛП), часов
Индивидуальные занятия (ИЗ), часов
Самостоятельная работа под руководством преподавателя (СР), часов
Контроль самостоятельной работы (КСР), часов
Самостоятельная работа (СРС) (всего), часов
Промежуточный контроль успеваемости, часов
ОБЩАЯ трудоёмкость дисциплины: - часов
- зачетных единиц
Текущий контроль (К, КП, КР, КСР)				К(2)
Промежуточный контроль (За, ЗаО, Экз)				За, Экз

Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам)

№ п/п	Курс	Тема (Раздел). Краткое содержание раздела	Виды учебной деятельности в часах / в том числе в интерактивной форме	Формы текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации
Л	ЛР	ПЗ	КСР	СРС	Всего
		Раздел 1. Введение 1.1 Общие сведения об управлении и системах управления (СУ). 1.2 Задачи и область применения теории автоматического управления	1 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	5 -- 0	6 -- 0	К(2), За, Экз
		Раздел 2. Основные понятия теории управления. 2.1 Понятие об объектах управления. 2.2 Поведение объектов и СУ. 2.3 Информация и принципы управления. 2.4 Классификации СУ. 2.5 Математические модели СУ. 2.6 Способы построения моделей. 2.7 Особенности структурных моделей СУ.	1 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	5 -- 0	6 -- 0	К(2), За, Экз
		Раздел 3. Модели и характеристики линейных систем управления 3.1 Модели вход-выход: дифференциальные уравнения; передаточные функции; временные и частотные характеристики. 3.2 Модели вход-состояние-выход. 3.3 Формы представления математических моделей. 3.4 Преобразование форм представления моделей. 3.5 Построение математических моделей СУ. 3.6 Характеристики СУ с последовательным и параллельным соединением звеньев, соединением звеньев с обратной связью. 3.7 Построение структурных схем по передаточной функции. 3.8 Типовые звенья. 3.9 Составление уравнений динамики типовых звеньев.	2 -- 0	1 -- 0	2 -- 0	2 -- 0	20 -- 0	27 -- 0	К(2), За, Экз
		Раздел 4. Анализ линейных систем управления. 4.1 Задачи анализа. 4.2 Анализ устойчивости СУ, алгебраические критерии устойчивости. линейных САУ. 4.3 Частотные критерии устойчивости, критерии устойчивости Михайлова и Найквиста. 4..4 Понятие об инвариантности СУ, формы инвариантности: селективная инвариантность к степенным воздействиям, селективная инвариантность к гармоническому воздействию, инвариантность систем с типовой структурой. 4.5 Понятие о чувствительности СУ, чувствительность систем с типовой структурой и со сложной структурой. 4.6 Показатели качества переходных процессов в линейных СУ. 4.7 Управляемость и наблюдаемость СУ, алгебраические критерии управляемости и наблюдаемости, принцип дуальности.	1 -- 0	1 -- 0	2 -- 0	2 -- 0	20 -- 0	26 -- 0	К(2), За, Экз
		Раздел 5. Синтез линейных систем управления 5.1 Общие сведения о синтезе СУ. 5.2 Задачи и методы синтеза линейных СУ: синтез наблюдателя состояния; синтез СУ, инвариантных к возмущениям; синтез следящих систем. 5.3 Методы коррекции СУ, расчет передаточных функций корректирующих устройств. 5.4 Параметрический синтез СУ. 5.5 Методы синтеза оптимальных и адаптивных СУ.	1 -- 0	2 -- 0	1 -- 0	2 -- 0	20 -- 0	26 -- 0	К(2), За, Экз
		Раздел 6. Дискретные системы управления. 6.1 Классификация дискретных систем по виду квантования. 6.2 Понятие об импульсных и цифровых СУ. 6.3 Обобщенные структурные схемы дискретных СУ. 6.4 Использование микропроцессоров и микроЭВМ в СУ.	1 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	15 -- 0	16 -- 0	К(2), За, Экз
		Раздел 7. Линейные модели дискретных систем управления 7.1 Решетчатые функции и разностные уравнения. 7.2 Математическое описание идеального импульсного элемента. 7.3 Уравнения и импульсная передаточная функция разомкнутой импульсной СУ. 7.4 Частотные характеристики и логарифмические частотные характеристики импульсных систем. 7.5 Представление дискретных СУ в форме пространства состояний.	1 -- 0	0 -- 0	2 -- 0	0 -- 0	15 -- 0	18 -- 0	К(2), За, Экз
		Раздел 8. Анализ импульсных систем управления. 8.1 Структурные схемы и передаточные функции замкнутых импульсных СУ. 8.2 Процессы в импульсных системах. 8.3 Оценка точности импульсных СУ в установившемся режиме. 8.4 Устойчивость импульсных систем.	1 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	15 -- 0	16 -- 0	К(2), За, Экз
		Раздел 9. Синтез импульсных систем управления 9.1 Общие сведения о синтезе импульсных систем. 9.2 Построение желаемых частотных характеристик. 9.3 Способы коррекции. 9.4 Синтез дискретных корректирующих устройств.	1 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	15 -- 0	16 -- 0	К(2), За, Экз
		Раздел 10. Нелинейные модели систем управления 10.1 Понятие о нелинейных моделях. 10.2 Безынерционные нелинейные элементы. 10.3 Динамические нелинейные элементы. 10.4 Нейронные сети как многомерные нелинейные элементы. 10.5 Нелинейные модели с раскрытой структурой. 10.6 Расчетные формы нелинейных моделей. 10.7 Методы линеаризации нелинейных моделей.	1 -- 0	0 -- 0	1 -- 0	0 -- 0	15 -- 0	17 -- 0	К(2), За, Экз
		Раздел 11. Устойчивость положений равновесия 11.1 Понятие об устойчивости невозмущенного движения. 11.2 Первый метод Ляпунова, применение метода для исследования устойчивости. 11.3 Второй (прямой) метод Ляпунова и его применение. 11.4 Частотный метод исследования абсолютной устойчивости. необходимые и достаточные условия абсолютной устойчивости.	1 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	15 -- 0	16 -- 0	К(2), За, Экз
		Раздел 12. Оптимальное управление. 12.1 Постановка задачи оптимального управления. 12.2 Критерии оптимизации. 12.3 Методы теории оптимального управления: классическое вариационное исчисление, принцип максимума, динамическое программирование.	0 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	8 -- 0	8 -- 0	К(2), За, Экз
		Раздел 13. Адаптивное управление 13.1 Целевые условия и уравнения адаптивных СУ. 13.2 Алгоритмы адаптивного управления. 13.3 Системы с алгоритмами прямого адаптивного управления. 13.4 Системы идентификационного типа. 13.5 Основные этапы синтеза адаптивных СУ. 13.6 Тенденции и перспективы развития методов исследования систем автоматического управления.	0 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	0 -- 0	5 -- 0	5 -- 0	К(2), За, Экз
Всего:	12 -- 0	4 -- 0	8 -- 0	6 -- 0	173 -- 0	203 -- 0

Лабораторные работы / практические занятия / индивидуальные занятия / самостоятельная работа под руководством преподавателя

Лабораторные работы

№ п/п	Курс	Раздел учебной дисциплины	Наименование лабораторных работ	Всего часов/ из них в интерактивной форме
		Линейные модели дискретных систем управления	Л.р.№1- Исследование систем автоматического регулирования с помощью логарифмических частотных характеристик.	4\0
		Нелинейные модели систем управления	Л.р.№2-Исследование влияния нелинейности модели на динамических характеристиках системы САР.	4/0
Всего:	8/0

Практические занятия

№ п/п	Курс	Раздел учебной дисциплины	Наименование практического занятия	Всего часов из них в интерактивной форме
		Модели и характеристики линейных систем управления	Построение асимптотических ЛАЧХ и временных характеристик элементарных динамических звеньев.	2/0
		Анализ линейных систем управления.	Расчет устойчивости линейных САУ с использованием алгебраических критериев.	2/0
Всего:	4/0