x1014.00 Элементы систем автоматического управления

В рамках данного курса слушатели подробно изучат элементы систем автоматического управления, их устройство и характерные особенности, а также способы их представления в виде математических моделей. В процессе обучения слушатели получат знания в области функционирования систем автоматического управления и навыки построения моделей таких систем с применением пакета математического моделирования Scilab.

О курсе

Данный курс посвящён электромеханическим системам автоматического управления и их элементам. Рассматривается их устройство и характерные особенности, а также способы представления в виде математических моделей. Подобные системы часто встречаются в нашей повседневной жизни: эскалаторы, станки, электромобили и даже миксер. Эти устройства имеют разные назначение, форму, могут быть простыми или сложными, отличаться наличием или отсутствием тех или иных элементов. В курсе многие сложные устройства и структуры объясняются на простых и вполне понятных примерах.

Цель курса - дать базовые знания в области анализа и построения математических моделей элементов и систем автоматического управления, а также навыки анализа и синтеза подобных систем в пакете математического моделирования Scilab.

По окончании курса слушатели смогут проводить вычислительные эксперименты с использованием стандартных программных средств и математических моделей процессов и объектов автоматизации и управления, а также приобретут способность применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.

Формат

В состав курса входят видеолекции, упражнения и практические задания в пакете моделирования Scilab. Курс рассчитан на 11 недель, при этом на последней неделе запланирован интернет-экзамен. Трудоёмкость курса – 3 зачётные единицы, средняя недельная нагрузка на обучающегося - 9 часов.

Информационные ресурсы

1. «Электрические машины автоматических устройств» .Автор: А.А. Усольцев. – http://ets.ifmo.ru/usolzev/a_maschinen.pdf.
2. «Электромеханические и мехатронные системы. ч.2. (Основы управления)» конспект. Автор: Толмачев В.А. http://www.ets.ifmo.ru/tolmachev/temp.chm.
3. «Выпрямители» конспект. Автор: Томасов В.С. http://www.ets.ifmo.ru/tomasov_rc/rc.chm.
4. «Электрический привод» конспект. Автор А.А. Усольцев http://ets.ifmo.ru/usolzev/el_antr.pdf.

Требования

Для успешного освоения курса необходимы знания высшей математики (дифференциальное исчисление, матричное исчисление), электротехники (электрические машины) и основ теории автоматического управления. 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. Одномассовые и многомассовые объекты
2. Описание и принцип работы системы «Двигатель – механизм»
3. Управляемый электрический преобразователь. Переходные процессы
4. Устройство управления. Регуляторы
5. Оптимизация системы. Настройка на Технический и Симметричный оптимумы
6. Контур регулирования момента
7. Контур регулирования скорости
8. Контур регулирования положения
9. Двухконтурная система регулирования скорости
10. Двухконтурная система регулирования положения

Каждая тема предполагает изучение в течение одной недели. На 2-й, 4-й, 6-й и 9-й неделях запланированы упражнения по пройденному материалу. На 3-й, 5-й, 7-й, 8-й и 10-й неделях запланированы SciLab-упражнения. На 11-й неделе обучающие сдают экзаменационный тест по всему материалу курса.

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 теории электромеханических и мехатронных систем (РО-1);
• умение применять методы теории автоматического управления для решения задач анализа и синтеза электромеханических систем (РО-2);
• навыки применения пакета Scilab для моделирования электромеханических систем автоматического управления и их элементов (РО-3).

Формируемые компетенции

• 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. Способность и готовность анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6)
  3. Готовность понимать существо задач анализа и синтеза объектов в технической среде (ПК-41)
• 15.03.06 Мехатроника и робототехника
  1. Способность и готовность: разрабатывать математические модели составных частей объектов профессиональной деятельности методами теории автоматического управления; применять необходимые для построения моделей знания принципов действия и математического описания составных частей мехатронных и робототехнических систем (информационных, электромеханических, электрогидравлических, электронных элементов и средств вычислительной техники); реализовывать модели средствами вычислительной техники; определять характеристики объектов профессиональной деятельности по разработанным моделям (ПК-1)
• 27.03.04 Управление в технических системах
  1. 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)
  2. Способность выполнять эксперименты на действующих объектах по заданным методикам и обрабатывать результаты с применением современных информационных технологий и технических средств (ПК-19)
  3. Способность проводить вычислительные эксперименты с использованием стандартных программных средств с целью получения математических моделей процессов и объектов автоматизации и управления (ПК-20)