x1013.00 Линейные системы автоматического управления

Содержание курса охватывает круг вопросов, связанных с теорией автоматического управления, и направлено на формирование у слушателей знаний и умений в области построения математических моделей систем управления непрерывными объектами и исследования их свойств с помощью математических методов анализа. Материал курса рассчитан на десять недель обучения.

О курсе

Курс посвящён изучению вопросов анализа и синтеза линейных систем автоматического управления. Целью освоения курса является достижение следующих результатов обучения: знание областей, в которых применяются системы автоматического управления; структуры типовой системы автоматического управления; принципов построения замкнутых систем управления; взаимосвязи между различными формами описания математических моделей линейных систем управления.

По окончании курса слушатель сможет самостоятельно получать модели объектов управления в различных формах, производить исследование свойств моделей линейных систем, выполнять расчеты, необходимые для построения линейных систем управления, определять параметры систем управления по качеству и характеру переходных процессов, выполнять сбор и анализ исходных данных, необходимых для расчета систем автоматического управления.

При изучении курса слушателям предлагается выполнять упражнения с использованием пакета математического моделирования Scilab. Результаты выполнения упражнений, полученные при моделировании в пакете Scilab, автоматически проверятся специальной системой.

Формат

В состав курса входят видеолекции, опросы, упражнения в пакете моделирования Scilab и интернет-экзамен. Длительность курса составляет 10 недель. Трудоемкость курса – 4 зачетных единицы. Средняя недельная нагрузка на слушателя – 12 часов.

Информационные ресурсы

1. Григорьев В.В., Лукьянова Г.В., Сергеев К.А. Анализ систем автоматического управления. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. – 105 с.
2. Первозванский А.А. Курс теории автоматического управления [Электронный ресурс]: учебное пособие. – СПб.: Лань, 2015. – 624 с. – Режим доступа: http://e.lanbook.com.de.ifmo.ru/books/element.php?pl1_id=68460
3. Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы. – СПб.: Питер, 2005.– 336 с.
4. Теория систем автоматического управления / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. – [Изд. 4-е, перераб. и доп.]. – СПб: Профессия, 2007 . – 747 с.
5. Григорьев В.В., Журавлева Н.В., Лукьянова Г.В., Сергеев К.А. Синтез систем управления методом модального управления. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. – 148 с.
6. Андриевский А.Б., Андриевский Б.Р., Капитонов А.А., Фрадков А.Л. Решение инженерных задач в Scilab: учебное пособие. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2013.
7. Дударенко Н.А., Нуйя О.С., Сержантова М.В., Слита О.В., Ушаков А.В. Математические основы теории систем: лекционный курс и практикум. Учебное пособие для высших учебных заведений / Под ред. А. В. Ушакова – изд. 2-е, расширенное и дополненное. – СПб.: НИУ ИТМО, 2014.

Требования

Для изучения данного курса слушатели должны обладать математической подготовкой в объеме курса высшей математики технического вуза. На компьютере должен быть установлен свободно распространяемый пакет моделирования Scilab версии 5.5.2, который можно бесплатно скачать по адресу: http://www.scilab.org/

Программа курса

В курсе рассматриваются следующие темы:

1. Введение в проблематику, типы задач и классификация систем управления
2. Математические модели систем управления, их формы и принципы составления
3. Структурные схемы и структурные преобразования
4. Структурные свойства и временные характеристики систем
5. Частотные характеристики систем
6. Типовые звенья и их характеристики
7. Устойчивость систем. Алгебраические и частотные критерии устойчивости
8. Критерии качества систем управления. Точностные характеристики
9. Общие принципы управления. Типовые регуляторы систем
10. Принципы модального управления

Каждая тема предполагает изучение в течение одной недели. На 10-й неделе запланирован итоговый интернет-экзамен.

В курсе имеется два типа дедлайна (предельного срока выполнения оценивающих мероприятий):
– мягкий дедлайн, при котором необходимо выполнить все оценивающие мероприятия текущей недели до ее завершения;
– жесткий дедлайн, при котором на выполнение оценивающих мероприятий после мягкого дедлайна дополнительно выделяется еще две недели, по окончании которых доступ к соответствующим мероприятиям закрывается.

Результаты обучения

• знание структур типовых систем автоматического управления, принципов построения замкнутых систем управления, взаимосвязи между различными формами описания математических моделей (РО-1);
• умение формировать модели объектов управления в различных формах, производить исследование свойств моделей линейных систем, выполнять расчеты, необходимые для анализа и синтеза линейных систем управления (РО-2);
• навыки моделирования динамических систем и среды их функционирования с использованием пакета Scilab (РО-3).

Формируемые компетенции

• 12.03.01 Приборостроение
  1. Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1)
  2. Способность выполнять математическое моделирование процессов и объектов на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и исследований (ПК-23)
  3. Владение широкой общей подготовкой (базовыми знаниями) для решения практических задач в области информационных систем и технологий (ОПК-1)
• 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
  1. Способность демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовностью использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2)
  2. Готовность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3)
  3. Готовность понимать существо задач анализа и синтеза объектов в технической среде (ПК-41)
• 15.03.06 Мехатроника и робототехника
  1. Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-9)
  2. Способность определять характеристики объектов профессиональной деятельности по разработанным моделям (ПК-1)
  3. Способность и готовность вести анализ устойчивости, точности и качества процессов управления; проводить регулировочные расчеты - синтез алгоритмов управления и корректирующих устройств; вести разработку алгоритмов и программных средств реализации корректирующих устройств (ПК-3)
• 27.03.04 Управление в технических системах
  1. Способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10)
  2. Способностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2)
  3. Способностью осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования систем и средств автоматизации и управления (ПК-9)
  4. Способность производить расчеты и проектирование отдельных блоков и устройств систем автоматизации и управления и выбирать стандартные средства автоматики, измерительной и вычислительной техники для проектирования систем автоматизации и управления в соответствии с техническим заданием (ПК-10)
  5. Способность проводить вычислительные эксперименты с использованием стандартных программных средств с целью получения математических моделей процессов и объектов автоматизации и управления (ПК-20)