Управление техническими системами icon

Управление техническими системами


Смотрите также:
Рабочая программа дисциплины «Управление техническими системами» для специальности 260601 ...
Программа дисциплины «История и методология науки об управлении» Направление...
«Автоматизация и управление»...
Рабочая программа учебной дисциплины "управление техническими системами" Цикл...
Управление техническими системами...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «управление техническими системами» для студентов 4...
Учебная программа профилирующей дисциплины «Управление техническими системами»...
Программа международной научно-практической конференции Технология...
Управление техническими системами...
Управление техническими системами...
Курс Весенняя экзаменационная сессия 2010/2011 года (с 30 мая 2011 по 19 июня 2011) Группы...
Управление техническими системами...



Загрузка...
скачать


Министерство образования Российской Федерации


Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана


«УТВЕРЖДАЮ»


Первый проректор -

проректор по учебной работе

МГТУ им. Н.Э. Баумана


___________________ Е.Г. Юдин


«_____» _______________ 2003 г.


УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ


(учебная программа)

Для студентов факультета Э, кафедры Э-3


Специальности: 100900 – нетрадиционные и возобновляемые источники энергии,

101400 – газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели


Виды учебных работ

Всего

8 сем.

9 сем.

Выделено на дисциплину

204

102

102

Аудиторная работа

153

68

85

лекции

семинары

лабораторные работы

85

34

34

34

17

17

51

17

17

Самостоятельная работа

51

34

17

домашнее задание № 1

домашнее задание № 2

домашнее задание № 3

домашнее задание № 4

самостоятельная проработка курса и

подготовка к контрольным мероприятиям



18

10 (3-8)

12 (9-15


12



5 (3-8)

6 (9-15)


6

Виды отчетности по дисциплине










контрольная работа

рубежный контроль

зачет

экзамен




КР(10)


Зач.


РК(10)


Экз.



^

Факультет

Энергомашиностроение


Кафедра Э-6

«Теплофизика»


РАЗДЕЛ 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Основными целями изучения дисциплины являются получение специалистом знаний в области автоматического управления и регулирования, освоение методов анализа и синтеза автоматических систем газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

Задачи дисциплины заключаются в освоении студентом основных разделов теории управления и формировании на их основе навыков по принципам построения систем управления; методам теоретического и экспериментального исследования и синтеза систем управления; выбору и использованию технических средств автоматических систем газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

^ Профессиональные навыки, умения и знания, приобретаемые в результате изучения дисциплины.

Навыки и умения. Студент должен уметь:

  • сформулировать цель управления и разработать техническое задание на проектируемую систему автоматического управления;

  • применить методы теории управления при исследовании и проектировании системы автоматического управления с использованием современных вычислительных средств;

  • выбрать технические средства для реализации конкретной системы управления газотурбинной установкой и нетрадиционными источниками энергии.

Знания. Студент должен знать следующее.

Законы:

  • управления техническими объектами;

  • построения систем автоматического управления и регулирования;

  • устойчивости систем автоматического управления.

Величины, характеризующие:

  • статические режимы и динамические процессы систем автоматического управления;

  • параметры объектов и систем управления;

  • показатели качества работы систем управления;

  • параметры частотных характеристик.

Понятия:

  • установившиеся и динамические режимы работы; статические, временные и частотные характеристики;

  • передаточная функция, функциональная и структурная схемы;

  • динамическое звено, система автоматического управления (регулирования);

  • устойчивость и качество процессов управления.

Методики:

  • линеаризации характеристик элементов систем;

  • получения математического описания систем автоматического управления;

  • расчета динамических характеристик (переходных процессов, частотных характеристик);

  • исследования устойчивости и качества процессов управления;

  • анализа линейных, особых линейных, дискретных и нелинейных систем;

  • синтеза и оптимизации систем автоматического управления.

Приборы и изделия:

  • чувствительные элементы, датчики, преобразовательные и исполнительные устройства регуляторов газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии;

  • приборы для экспериментального исследования систем автоматического управления;

  • электронные цифровые и аналоговые вычислительные машины;

  • управляющие микроЭВМ.


^ РАЗДЕЛ 2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ЛЕКЦИИ – 85 час.

1.Введение. Основные понятия и определения - 4 час.

  1. Раскрытие сущности понятий управления и регулирования в технических системах. Задачи автоматического управления и регулирования в технических системах и основные типы автоматических систем. Развитие теории и техники автоматического регулирования и управления. Эволюция идей управления. Сущность и задачи автоматического управления и регулирования (формулировка цели управления, получение математической модели, идентификация, анализ, оптимизация, синтез).

  2. Основные понятия и определения: регулирование, управление, система автоматического регулирования (САР) и управления (САУ). Функциональная схема САУ. Установившиеся и неустановившиеся режимы работы, статические и динамические характеристики. Задачи управления и регулирования для газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

  1. Принципы построения и виды систем автоматического управления - 6 час.

  1. Принципы регулирования по возмущению и отклонению. Главная отрицательная обратная связь. Типовая схема САУ, основные элементы САУ: объект управления (регулирования), датчик, сравнивающий элемент, преобразователь, исполнительное устройство (серводвигатель), управляющее устройство. Классификация САУ по наличию главной обратной связи (замкнутые, разомкнутые), назначению (стабилизации, программного управления, следящие), наличию ошибки регулирования на установившихся режимах (статические, астатические), типу регулятора (прямого и непрямого действия), принципу действия (непрерывные, импульсные, дискретные). Одноконтурные и многоконтурные системы.

  2. Регулируемые объекты газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии: газовая турбина, компрессор, камера сгорания, воздушные и газовые ресиверы, теплообменники, газогенераторы, ветровые установки. Статические характеристики. Устойчивость объектов регулирования, самовыравнивание. Качество переходных процессов. Необходимость применения регулирования.

  1. Линейная теория автоматического регулирования - 41 час.

  1. Метод получения дифференциальных уравнений элементов САР. Принцип линеаризации. Использование преобразования Лапласа для решения дифференциальных уравнений. Операторная форма записи дифференциальных уравнений. Понятие передаточной функции. Структурная схема.

  2. Динамические свойства САР. Типовые возмущающие воздействия. Переходная и весовая функции. Частотные характеристики. Логарифмические частотные характеристики. Характерные примеры дифференциальных уравнений, передаточных функций, структурных схем объектов регулирования, датчиков, исполнительных устройств САУ газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии и их динамические характеристики.

  3. Типовые звенья САР. Типы динамических звеньев САР: позиционные, интегрирующие, дифференцирующие. Устойчивые и неустойчивые звенья. Элементы САР как типовые звенья. Характеристики типовых звеньев.

  4. Типовые соединения звеньев. Типы соединений звеньев: последовательное; параллельное; звено, охваченное обратной связью. Передаточные функции типовых соединений звеньев. Преобразование структурных схем.

  5. Системы автоматического управления и регулирования.

  1. Виды математического описания САУ: в сигналах вход - выход, в пространстве состояний. Примеры получения математического описания САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии. Понятие об управляемости и наблюдаемости.

  2. Методы решения дифференциальных уравнений САУ: непосредственное решение однородного и неоднородного уравнений, использование преобразования Лапласа, численное решение на ЭВМ, моделирование на аналоговых установках.

  3. Устойчивость САР. Понятие устойчивости по Ляпунову. Типы переходных процессов САР. Комплексная плоскость расположения корней характеристического уравнения. Критерии устойчивости: Рауза-Гурвица, Михайлова, Найквиста.

  4. Показатели качества работы САР. Прямые показатели качества переходных процессов: точность, быстродействие, колебательность. Косвенные показатели работы САР: степень устойчивости, интегральные показатели, частотные показатели разомкнутой и замкнутой систем. Диаграмма Вышнеградского. Характерные показатели качества работы САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

  1. Законы регулирования и типы регуляторов: пропорциональный, интегральный, дифференциальный, пропорционально-интегральный, пропорционально-интегрально-дифференциальный. Законы регулирования, используемые в регуляторах газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

  2. Способы повышения качества процесса регулирования: подбор общего коэффициента передачи цепи регулирования, повышение порядка астатизма, использование регулирования по производным, использование методов теории инвариантности, использование корректирующих устройств. Понятие коэффициентов ошибок. Комбинированное регулирование. Типы корректирующих устройств. Примеры повышения качества процесса регулирования газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

  3. Методы синтеза САР. Понятие о синтезе САР. Параметрический синтез. Синтез по устойчивости. Построение областей устойчивости. Синтез по качеству. Критерии качества. Структурный синтез. Частотный метод синтеза корректирующих устройств.

  1. Особые линейные САР - 4 час.

Системы с переменными параметрами. Системы с запаздыванием. Системы с распределенными параметрами. Дифференциальные уравнения, методы оценки устойчивости и качества особых линейных систем. Примеры особых линейных САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

  1. Нелинейные САР - 10 час.

  1. Статические и динамические нелинейности. Типовые нелинейные характеристики. Особенности процессов в нелинейных САР. Автоколебания. Примеры нелинейных характеристик САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

  2. Устойчивость нелинейных САР. Оценка устойчивости по Ляпунову. Функция Ляпунова. Теоремы Ляпунова. Критерий абсолютной устойчивости Попова.

  3. Методы анализа нелинейных систем. Изображение процессов на фазовой плоскости. Метод точечных преобразований. Метод припасовывания. Метод гармонической линеаризации.

  1. Импульсные и дискретные САР - 4 час.

Процессы квантования непрерывных сигналов по уровню и времени. Методы модуляции: амплитудно-импульсная, широтно-импульсная, частотно-импульсная. Математические основы теории импульсных систем. Устойчивость и качество процессов в импульсных и дискретных системах.

  1. Системы оптимального управления - 6 час.

Виды оптимизации САУ. Постановка задачи оптимального управления. Критерии оптимальности, типы ограничений. Использование вариационных методов. Уравнения Эйлера-Лагранжа. Принцип максимума Понтрягина. Метод динамического программирования. Принцип оптимальности. Сравнительная характеристика методов оптимального управления. Особенности получаемых решений для устойчивых систем с обратной связью. Примеры синтеза оптимального управления газотурбинными установками и нетрадиционными источниками энергии.

  1. Анализ и синтез САУ при случайных воздействиях - 4 час.

Преобразование случайных сигналов в САУ. Понятие об оптимальных системах при случайных воздействиях. Применение фильтров Винера при синтезе оптимальных САУ. Понятие о фильтрах Калмана.

9. Современные методы управления сложными объектами - 6 час.

Понятие об адаптивных САУ. Типы адаптивных САУ: экстремальные системы, системы с подстройкой на эталон. Возможности использования адаптивных систем для управления газотурбинными установками и нетрадиционными источниками энергии. Понятие о нечетком управлении. Нейросетевые системы управления. Иерархические системы управления. Понятие о системах искусственного интеллекта. Использование микропроцессорных устройств в системах управления газотурбинными установками и нетрадиционными источниками энергии. Перспективные направления развития САУ газотурбинными установками и нетрадиционными источниками энергии.


^ ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Семинары –34 час.

  1. Примеры систем управления и регулирования для газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии. Принципы регулирования по возмущению и отклонению. Построение функциональных схем САР для газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

  2. Примеры объектов регулирования газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии. Статические характеристики объектов регулирования. Устойчивость (самовыравнивание) объектов регулирования.

  3. Получение математического описания (дифференциальных уравнений и передаточных функций) объектов регулирования и элементов САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

  4. Переходные процессы и частотные характеристики объектов регулирования и элементов САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

  5. Математическое описание, переходные процессы и частотные характеристики типовых звеньев.

  6. Типовые соединения звеньев: последовательное, параллельное, звено с обратной связью.

  7. Методы математического описания САУ: в сигналах вход-выход, в пространстве состояний. Примеры математического описания САУ газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

  8. Критерии устойчивости САР.

  9. Законы регулирования и типы регуляторов САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии.

  10. Методы повышения качества работы САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии: определение общего коэффициента передачи цепи регулирования, повышение порядка астатизма, построение комбинированной САР.

  11. Методы синтеза САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии: параметрический синтез методом Д-разбиения по заданной степени устойчивости, частотный метод подбора корректирующих устройств.

  12. САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии с запаздыванием. Определение критического времени запаздывания.

  13. САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии с распределенными параметрами.

  14. Фазовые портреты нелинейных САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии с реле.

  15. Построение переходных процессов нелинейных САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии методом припасовывания.

  16. Расчет параметров автоколебаний нелинейных САР газотурбинных установок и нетрадиционных источников энергии методом гармонической линеаризации.

  17. Определение структуры оптимального регулятора газотурбинной и нетрадиционной энергоустановки методами оптимального управления.

Лабораторные работы – 34 час.

1. Ознакомление с принципом действия и устройством САУ газотурбинными установками и нетрадиционными источниками энергии.

2. Исследование типовых звеньев и их характеристик.

3. Экспериментальное исследование и идентификация математических моделей элементов САР газотурбинной установки.

4. Экспериментальное исследование САР.

5. Исследование САР на аналоговой моделирующей установке.

6. Исследование влияния структуры и параметров регулятора на качество работы САР.

7. Моделирование линейной САР на ЭВМ.

8. Исследование САР с запаздыванием.

9. Параметрическая оптимизация САР.

10. Моделирование нелинейной САР на ЭВМ.

11. Исследование системы с управляющей микроЭВМ.


^ ВНЕАУДИТОРНАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Домашние задания

  1. Анализ статических и динамических свойств газотурбинной установки как объекта регулирования – 10 час. Выдать 3 неделя, сдать 8 неделя

  2. Проектирование автоматического регулятора и анализ статических и динамических свойств САР –12 час. Выдать 9 неделя, сдать 15 неделя.

  3. Повышение качества работы САР – 5 час. Выдать 3 неделя, сдать 8 неделя

  4. Нелинейные САР – 6 час. Выдать 9 неделя, сдать 15 неделя.

Контрольная работа проводится на 10 неделе. Тема – Типовые звенья САР.

Рубежный контроль проводится на 10 неделе. Тема – Особые линейные САР.


^ РАЗДЕЛ 3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

3.1. Основная литература

  1. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник. Под ред. К.А. Пупкова, Т.1, Т.2, Т.3. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.

  2. Основы теории автоматического регулирования: Учебник для машиностр. спец. Вузов/ В.И. Крутов, Ф.М. Данилов, П.К. Кузьмик и др.; Под ред. В.И. Крутова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1984. - 368 с.

  3. Основы автоматического регулирования и управления: Учебн. пособие. Под ред. В.М. Пономарева и А.П. Литвинова. - М.: Высшая школа, 1974.- 439 с.

  1. Дополнительная литература

  1. Пупков К.А., Фалдин Н.В., Егупов Н.Д. Методы синтеза оптимальных систем автоматического управления: Учебник. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.-510 с.

  2. Теория автоматического управления. Ч1 и ч2: Учебн. Пособие. Под ред. А.А. Воронова - М.: Высшая школа, 1977.

  3. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Теория управления в технических системах: Учебн. пособие - М.: Машиностроение, 1993.

  4. Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления: Учебн. пособие для втузов. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Наука, 1989. - 304 с.

  5. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления: Учебн. пособие.- 2-е изд. - М.: Наука, 1988. - 256 с.

  6. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления/ Под ред. В.А. Бесекерского, изд. 5-е. - М.: Наука, 1978. - 512 с.

3.3. Учебные пособия

  1. Кузнецов А.Г. Синтез системы автоматического регулирования пневматической камеры. - М.: Изд-во МВТУ, 1988. - 28 с.

  2. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Управление в технических системах»/ Ф.М. Данилов, А.Г. Кузнецов, И.В. Леонов и др.; Под ред. В.И. Крутова. - М.: Изд-во МГТУ, 1990. - 64 с.

  3. Кузнецов А.Г., Марков В.А., Трифонов В.Л., Фаронов В.В. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Управление в технических системах». - М.: Изд-во МГТУ, 1997. - 23 с.

  4. Кузнецов А.Г., Марков В.А. Методические указания к домашним заданиям по курсу «Управление в технических системах». - М.: Изд-во МГТУ, 1997. - 23 с

3.4. Экспериментальные лабораторные стенды.

  1. Портативные аналоговые моделирующие установки, персональные компьютеры, лабораторные стенды с микроЭВМ.



Программа составлена на основании типовой программы «Управление техническими системами», утвержденной 16.05.2001 г.

Программу составили:

д.т.н., проф. каф. Э-6 ____________________Марков В.А.

к.т.н., доц. каф. Э-6 ____________________Кузнецов А.Г.

к.т.н., доц. каф. Э-6 ____________________Трифонов В.Л.


Заведующий кафедрой Э-6 ____________________ Хвесюк В.И.

«_____» _________________ 200 г.


Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры Э-3.

Заведующий кафедрой Э-3 _____________________Осипов М.И.

«_____» __________________200 г.


Программа рассмотрена и одобрена методической комиссией факультета Э.

Председатель методической комиссии ___________________ Пластинин П.И.

«_____» __________________ 200 г.


Руководитель НУК Э (декан) ___________________ Суровцев И.Г.

«_____» _________________200 г.


Начальник методического отдела _________________ Васильев Н.В.

«_____» _________________200 г.





Скачать 140,11 Kb.
оставить комментарий
Дата29.09.2011
Размер140,11 Kb.
ТипСамостоятельная работа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх