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-2

Специальность: 101200 – двигатели внутреннего сгорания





Виды учебных работ

Всего

8 сем.

9 сем.

Выделено на дисциплину

204

102

102

Аудиторная работа

153

68

85

лекции

семинары

лабораторные работы

102

17

34

51

-

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 комбинированных тепловых двигателей.

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 комбинированных двигателей.

^ 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 комбинированным тепловым двигателем.

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 комбинированных двигателей;

  • приборы для экспериментального исследования систем автоматического управления;

  • электронные цифровые и аналоговые вычислительные машины;

  • управляющие микроЭВМ.


^ РАЗДЕЛ 2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ЛЕКЦИИ – 102 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.

  1. Принципы построения и виды систем автоматического управления - 4 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. Понятие устойчивости объектов регулирования, самовыравнивание. Качество переходных процессов. Необходимость применения регулирования.

  1. Особенности процессов управления и регулирования в комбинированных двигателях – 8 час.

3.1. Задачи управления и регулирования для бензиновых и дизельных двигателей, двигателей Стирлинга. Управление системами топливоподачи, зажигания, воздухоснабжения, газораспределения, охлаждения. Комплексная система управления транспортной установкой.

3.2. Регулируемые параметры и объекты регулирования комбинированных двигателей: частота вращения вала поршневой части, давление наддувочного воздуха в турбокомпрессоре, температура охлаждающей жидкости в теплообменнике. Статические характеристики объектов регулирования. Оценка устойчивости объектов регулирования по статическим характеристикам и переходным процессам. Примеры систем управления и регулирования для комбинированных двигателей. Построение функциональных схем САР для комбинированных двигателей.

3.3. Методы регулирования частоты вращения дизельных двигателей: всережимное, двухрежимное и трехрежимное регулирование. Влияние метода регулирования на экономические и экологические показатели работы двигателей. Управление дизельными двигателями с впрыском бензина. Системы управления бензиновыми двигателями с впрыском бензина.

  1. Линейная теория автоматического регулирования - 48 час.

4.1.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.

4.2.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 комбинированных двигателей и их динамические характеристики.

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

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

4.5.Системы автоматического управления и регулирования.

4.5.1.Виды математического описания САУ: в сигналах вход - выход, в пространстве состояний. Примеры получения математического описания САР комбинированных двигателей. Понятие об управляемости и наблюдаемости.

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

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

4.5.4.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 комбинированных двигателей: степень неравномерности, длительность переходного процесса регулирования, заброс частоты вращения.

4.6.Законы регулирования и типы регуляторов: пропорциональный, интегральный, дифференциальный, пропорционально-интегральный, пропорционально-интегрально-дифференциальный. Законы регулирования, используемые в регуляторах комбинированных двигателей.

4.7.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 процессов регулирования комбинированных двигателей.

4.8.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 систем регулирования комбинированных двигателей.

  1. Нелинейные САР - 10 час.

6.1.Статические и динамические нелинейности. Типовые нелинейные характеристики. Особенности процессов в нелинейных САР. Автоколебания. Примеры нелинейных характеристик систем управления комбинированными двигателями. Использование реле в системах управления комбинированными двигателями.

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

6.3.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 комбинированными двигателями.

  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.

10. 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 комбинированными двигателями. Понятие о нечетком управлении. Нейросетевые системы управления. Иерархические системы управления. Понятие о системах искусственного интеллекта. Использование микропроцессорных устройств в системах управления комбинированными двигателями. Перспективные направления развития САУ комбинированными двигателями.

  1. Методы расчета регуляторов двигателей – 4 час.

Статический расчет регуляторов прямого и непрямого действия дизельных двигателей. Конструктивные особенности исполнительных устройств регуляторов для различных систем топливоподачи. Определение основных параметров электронного управляющего устройства системы управления двигателем.


^ ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Семинары – 17 час.

  1. Методы математического описания САУ: в сигналах вход-выход, в пространстве состояний. Примеры математического описания САУ комбинированными двигателями.

  2. Критерии устойчивости САР.

  3. Законы регулирования и типы регуляторов в САР комбинированных двигателей.

  4. Методы повышения качества работы САР комбинированных двигателей: определение общего коэффициента передачи цепи регулирования, повышение порядка астатизма, построение комбинированной САР.

  5. Методы синтеза САР комбинированных двигателей: параметрический синтез методом Д-разбиения по заданной степени устойчивости, частотный метод подбора корректирующих устройств.

  6. САР комбинированных двигателей с запаздыванием. Определение критического времени запаздывания.

  7. САР комбинированных двигателей с распределенными параметрами.

  8. Фазовые портреты нелинейных САР комбинированных двигателей с реле.

  9. Расчет параметров автоколебаний нелинейных САР комбинированных двигателей методом гармонической линеаризации.

Лабораторные работы – 34 час.

1. Ознакомление с принципом действия и устройством САУ комбинированными двигателями.

2. Исследование типовых звеньев и их характеристик.

3. Экспериментальное исследование и идентификация математических моделей элементов САР комбинированных двигателей.

4. Экспериментальное исследование САР комбинированного двигателя.

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 комбинированного двигателя 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-2.

Заведующий кафедрой Э-2 _____________________ Иващенко Н.А.

«_____» __________________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 134,79 Kb.
оставить комментарий
Дата29.09.2011
Размер134,79 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