Українська академія друкарства

Факультет комп’ютерної поліграфічної інженерії

Кафедра автоматизації та комп'ютерних технологій

1. Анотація до курсу

Розвиток науки і техніки ставить нові проблеми, завдання і вимоги до управління технологічними процесами і об’єктами. Програма базується на найновіших знаннях у цій галузі. В даному курсі викладаються основні засади, методи аналізу, синтезу систем автоматичного керування які забезпечують якісне автоматичне управління об’єктами і технологічними процесами у різних галузях науки і техніки. Подані в програмі знання можуть слугувати студентам суміжних напрямків підготовки в яких методи теорії автоматичного керування є предметом викладання.

2. Мета і цілі курсу

Метою вивчення дисципліни є підготовка студента до самостійного розв’язання теоретичних і практичних задач при аналізі і синтезі системи автоматичного керування шляхом побудови моделей та моделювання.

Цілі курсу – формування у студентів мети знань, вмінь, навичок, компетентностей і здатності їх застосування для аналізу синтезу і проектування систем автоматичного керування

Завдання вивчення дисципліни є вивчення та практичне засвоєння методів, моделей і систем автоматичного керування , а також способи їх програмної і апаратної реалізації.

3. Результати навчання

Основним предметом вивчення дисципліни у студента повинні бути сформульовані уявлення про:

• Історію, цілі і завдання дослідження у галузі моделювання об’єктів і систем автоматичного керування, принципи і засоби їх побудови та області їх застосування.
• Проблеми аналізу і синтезу лінійних систем.
• Проблеми аналізу нелінійних систем.
• Проблеми оптимального і екстремального управління.

В результаті вивчення дисципліни студент повинен знати:

• Принципи і засоби автоматичного керування.
• Методи складання диференційних рівнянь і передаточних функцій об’єктів і систем.
• Типові ланки системи керування.
• Моделі та методи аналізу лінійних систем.
• Методи синтезу лінійних систем керування.
• Методи синтезу нелінійних систем керування.
• Методи оптимального управління.
• Методи екстремального управління.
• Методи аналізу систем при дії випадкових збурень.

В результаті вивчення дисципліни студент повинен придбати вміння та навички:

1.    Здійснювати математичне описання моделей об’єктів і систем керування.

2.    Скласти структурну схему системи, визначити за нею передатні функції системи і здійснити її аналіз.

3.    Будувати логарифмічні частотні характеристики системи.

4.    Здійснити синтез системи і визначити параметри корегованого пристрою.

5.    Проводити імітаційне моделювання системи автоматичного кирування в програмному пакеті Simulink.

Програмні компетентності

1.    Знання і розуміння сучасної теорії автоматичного керування та її методів і вміння їх ефективно використовувати для аналізу, синтезу та оптимізації систем автоматичного керування технологічними процесами і комп’ютерно-інтегрованими технологіями.

2.    Здатність ефективно застосовувати теорію автоматичного керування при проведенні експериментів і наукових досліджень.

3.    Здатність застосовувати методи і будувати  моделі об’єктів та сучасних систем керування.

4.    Здатність розробити структурну схему замкнутої системи і провести її аналіз.

5.    Здатність синтезувати коригувальний пристрій для забезпечення заданої якості регулювання.

6.    Здатність застосовувати методи теорії автоматичного керування для побудови інтелектуальних систем управління.

Загальні компетентності

• Здатність до аналізу та синтезу.
• Уміння застосувати знання на практиці.
• Робота з програмними пакетами Simulink.
• Здатність до самонавчання.
• Навички роботи з інформацією різних джерел.
• Здатність адаптуватися до нової галузі знань.
• Розв’язання задач.
• Уміння працювати автономно.
• Розробка проекту.
•  

4. Обсяг курсу

5. Ознаки курсу

6. Пререквізити курсу

Раніше вивчені дисципліни, знання яких необхідні для освоєння курсу: «Вища математика», «Фізика», «Хімія», «Теорія ймовірності і математична статистика», «Електротехніка і електромеханіка», «Електроніка і мікросхемотехніка», «Мікропроцесорна техніка», «Технічні засоби автоматизації», «Теорія автоматичного керування» та ін.

Постреквізити. Дисципліни, які будуть використовувати результати навчання даного курсу: «Цифрові системи керування», «Автоматизація технологічних процесів», «Автоматизовані системи керування виробництвом», «Проектування інтегрованих систем управління».

7. Зміст курсу (список тем)

Модуль 1. Основи автоматичного керування і описання САР

1. Об’єкти регулювання та їх моделі.

Загальні відомості про об’єкти регулювання. Вибід рівнянь динаміки об’єктів регулювання, аналіз їх статичних та динамічних властивостей. Приклади об’єктів та їх класифікація.

2. Загальні відомості про системи керування.

Класифікація САР. Класифікація систем за алгоритмом відтворення: системи стабілізації, програмні системи, стежачі системи.

3. Функціональні елементи та схеми САК.

Типові функціональні елементи: давачі, задавачі, вимірювальні схеми, перетворювачі, підсилювачі виконавчі механізми регулювальні органи.

4.Математичний опис лінійних систем.

Вивід диференційних рівнянь окремих функціональних елементів системи. Опис САР за допомогою системи диференціальних рівнянь та їх розв’язок.

Модуль 2.Метод передавальних функцій та змінних стану

5. Передавальні функції типових ланок і їх передачі характеристики: підсилюючої ланки, інерційних, інтегруючої, диференціюючої.

7. Передавальні функції послідовно і паралельно з’єднаних ланок. Складання передавальних функцій розімкнутої і замкнутої системи автоматичного керування.

8. Метод змінних стану. Матричні рівняння об’єктів і систем у змінних стану.

9. Матричні передавальні функції. Визначення матричної передавальної функції системи на основі рівняння у змінних стану поданого в операторній і на основі матричної структурної схеми.

Модуль 3. Частотні методи аналізу

10. Математичні засади частотних методів аналізу систем автоматичного керування. Вирази амплітудочастотної і фазочастотної характеристик та амплітудофазоваї частотної характеристики та зв'язок між ними.

11. Частотні характеристики типових ланок: пропорційної,інерційної, інтегруючої, диференціюючи, ланок другого порядку.

12. Логарифмічні амплітудо-частотні характеристики типових ланок та їх побудови у логарифмічному масштабі.

13.Частотні характеристики розімкнутої системи автоматичного керування.

Визначення частотних характеристик. Побудова логарифмічних амплітудних характеристик для статичних і астатичних систем керування.

Модуль 4. Синтез систем автоматичного керування

14. Синтез систем автоматичного керування методом ЛАЧХ при послідовній корекції: побудова ЛАЧХ вихідної не скоригованої системи побудови бажаної ЛАЧХ, визначення ЛАЧХ коригувального пристрою.

15. Синтез систем автоматичного керування методом ЛАЧХ при паралельній корекції: побудова ЛАЧХ вихідної системи, побудова ЛАЧХ бажаної системи, визначення ЛАЧХ неохопленої системи, визначення ЛАЧХ паралельного корегувального пристрою. Визначення параметрів коригувального пристрою.

16. Синтез систем автоматичного керування на основі змінних стану. Подання вихідної розімкнутої системи матричним рівнянням у змінних стану. Визначення бажаної матриці та матриці управління. Спостерігаючі пристрої. Синтез систем на основі спостерігаючи пристроїв.

17. Застосування пакету Matlab: для імітаційного моделювання аналізу і синтезу  систем керування. Основні бібліотеки Simulink та їх основні блоки необхідні для моделювання систем у робочому вікні Simulink. Аналіз стійкості вихідної системи. Побудова коригувального пристрою. Аналіз синтезованої системи шляхом імітаційного моделювання у Simulink.

Модуль 5. Промислові регулятори

18. Загальні відомості про типові регулятори. Типові алгоритми управління та їх аналіз П-алгоритм, І-алгортим, ПІ-алгоритм, ПІД-алгоритм.

19. Схеми побудови регуляторів. Паралельна, послідовна та інші схеми побудови регуляторів. Аналіз систем з типовими регуляторами для простих об’єктів.

20. Системи регулювання із запізненням. Аналіз систем із випереджувачем Сміта. Аналіз систем із регулятором Ресвіка. Налагодження систем із запізненням.

21. Вибір і розрахунок параметрів налагодження регуляторів. Методи налагодження типових регуляторів. Метод Зінгера-Нікольса. Частотні методи. Методи основані на інтегральних критеріях. Графічні та табличні методи.

Модуль 6. Нелінійні системи керування

22. Типові нелінійності. Описання, аналіз і приклади типових нелінійних характеристик типу6 обмеження, зона нечутливості, релейні, гістерезисні, релейні із зоною нечутливості і гістерезисом.

23. Аналіз нелінійних систем методом фазового простору. Типові фазові траєкторії для різних типів перехідного процесу: коливного, розхідного аперіодичних. Приклад побудови фазових траєкторій та їх аналіз для  релейної системи із зоною нечутливості.

24. Метод гармонічної реалізації. Математичні основи гармонійної лінеаризації на основу ряда Фур’є. Комплексний коефіцієнт передавання нелінійного елемента. Приклад аналізу нелінійної системи. Визначення амплітуди і частоти коливання та стійкості нелінійної системи.

25. Метод абсолютної стійкості. Визначення абсолютної стійкості та стійкості в куті [0,К]. Абсолютна стійкість лінійних систем на основі критерія Найквіста. Теорема В.М. Попова про абсолютну стійкість нелінійних систем. Побудова модифікованої частотної характеристики системи. Визначення абсолютної стійкості і критичного значення коефіцієнта передачі.

Модуль 7. Оптимальне управління

26. Критерії і типові задачі управління. Задача на заміну устаткування. Задача завантаження устаткування. Транспортні задачі. Задачі розкрою матеріалу. Задача на суміші. Задачі управління ресурсами.

27. Оптимальні системи керування динамічними об’єктами. Постановка задачі. Критерії оптимальності. Функціями та їх властивості. Типові критерії: простий інтегральний пристрій, квадратичний,аналітичне конструювання регуляторів.

28. Типові методи оптимального управління. Класичний варіаційний метод. Принцип максимуму. Теорема про п-інтервалів та приклади їх застосування.

29. Екстремальне управління. Способи пошуку екстремуму у системах керування. Приклади схем екстремальних систем із запам’ятовуванням екстремуму і лінійних екстремальних систем із гармонічних пошуковим сигналом. Методи пошуку багатомірного екстремуму. Метод Гауса-Зайделя, метод градієнта, метод найскорішого спуску.

Модуль 8. Випадкові процеси в лінійних системах

30. Випадкові процеси та їх статистичні характеристики. Характеристики ергодичних стаціонарних, випадкових процесів, канонічне розкладання випадкових процесів.

31. Стаціонарний процес. Спектральна щільність. Автокореляційна функція та взаємокореляційна.

32. Проходження стаціонарних випадкових сигналів через стаціонарну лінійну систему. Аналіз похибок системи. Графічний спосіб визначення дисперсії. Фільтри.

8. Навчальний графік

«Теорія автоматичного керування»

для бакалаврів спеціальності 151«Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології»

5 семестр

Х – наявність консультації;

МК – модульний контроль;

ПК – підсумковий контроль.

9. Система оцінювання та вимоги

Контроль знань і умінь студентів (поточний і підсумковий) з дисципліни «Метрологія, технологічні вимірювання і прилади» здійснюється згідно з кредитно-модульною системою організації навчального процесу. Рейтинг студента із засвоєння дисципліни за семестр визначається за 100 бальною шкалою. Підсумкова (загальна оцінка) курсу навчальної дисципліни є сумою балів, одержаних за окремі оцінювані форми навчальної діяльності: поточне (виконання лабораторних робіт, захист індивідуальних завдань) та підсумкове засвоєння теоретичного матеріалу змістовних модулів (модульний контроль). Форма підсумкового контролю: залік та іспит.

Критерії оцінювання кожного виду навчального заняття передбачають врахування наступних чинників: правильність та повнота виконання роботи, дотримання графіку виконання, розуміння матеріалу, правильність наведеної відповіді, яка відображає розуміння вивченого матеріалу, вміння аналізувати отриману інформацію для вибору правильного методу і практичного засобу отримання вірного результату. Несвоєчасність виконання без поважних причин, наявність помилок у виконанні чи захисті роботи знижують отриману за неї кількість балів. За активність при проведенні практичних робіт та за своєчасне виконання всіх домашніх завдань, виконання рефератів по заданих темах та участь в олімпіадах різних рівнів студенти можуть отримувати додаткові бали

5 семестр

6 семестр

10. Рекомендована література

Основна:

1. Попович М.Г., Ковальчук О.В. Теорія автоматичного керування. – К.: Либідь, 2007. – 656 с.
2. Артюшин Л.М., Дурняк, Б.В., Машков О.А. Сівков М.С. Теорія автоматичного керування. – Львів: Вид-во УАД, 2004. – 272 с.
3. Стеклов В.К. Проектування систем автоматичного керування. – К.: Вища школа, 1995. – 232 с.
4. Гультяев А.Е. Matlab 5.2. Иммитационное моделирование в cреде Windows. Практическое пособие. – СПб.: Корона принт, 1999. – 388 с.
5. Луцків М.М. Системи управління зі спостерігаючими пристроями та динамічними регуляторами: Монографія. – Львів – Лодзь: Вид-во УАД, 2007. – 198 с.
6. Пістун Е.П., Стасюк І.М. Основи автоматики та автоматизації. – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2014. – 336 с.

Інформаційні ресурси : www:tau.ua