Программа дисциплины "Основы теории управления" по специальности 230201 "Информационные системы и технологии" Форма обучения: заочная Уровень подготовки: специалист Курс (семестр): 3 (5)

Скачать 186.51 Kb.

Дата	14.01.2013
Размер	186.51 Kb.
Тип	Программа дисциплины

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования Московской области

«Международный университет природы, общества и человека «Дубна»
Филиал «Угреша»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

____________ С.В. Моржухина

«___» _______________20 г.

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

"Основы теории управления"
по специальности 230201

"Информационные системы и технологии"

Форма обучения: заочная
Уровень подготовки: специалист
Курс (семестр):3 (5)
Дзержинский, 2011 г.

Программа дисциплины "Основы теории управления" по специальности 230201 "Информационные системы и технологии": Учебная программа. Давидсон Г.И.. – Филиал «Угреша» Университета «Дубна», 2011.

Автор программы:

Давидсон Геннадий Иосифович, кандидат технических наук, кафедра МНТ
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и учебным планом по направлению подготовки (специальности)
230200 /230201 " Основы теории управления ".

Программа рассмотрена на заседании кафедры МНТ

Протокол заседания № _____ от «____» ________________ 20__ г.
Заведующий кафедрой

________________ / профессор, д.т.н. Балоян Бабкен Мушегович /

Рецензент: _________________________________________________________________

(ученая степень, ученое звание, Ф.И.О., место работы, должность)

ОДОБРЕНО

Директор филиала «Угреша»

___________________ / профессор, д.т.н. Балоян Бабкен Мушегович /

«____» _________ 20__ г.

Руководитель библиотечной системы ___________________ /_______________/

(подпись) (ФИО)

ОПД.Ф.08

Основы теории управления

Управление и информатика; общие принципы системной организации; устойчивость, управляемость и наблюдаемость; инвариантность и чувствительность систем управления; математические модели объектов и систем управления; формы представления моделей; методы анализа и синтеза систем управления. Цифровые системы управления; использование микропроцессоров и микро-ЭВМ в системах управления; особенности математического описания цифровых систем управления, анализа и синтеза систем управления с ЭВМ в качестве управляющего устройства; программная реализация алгоритмов управления в цифровых системах.

Аннотация

Дисциплина "Основы теории управления" является дисциплиной федерального компонента государственного образовательного стандарта подготовки инженеров и направлена на формирование комплекса научно-технических знаний, освоение которых поможет сформировать у будущих инженеров целостное представление о фундаментальных проблемах теории управления.

Для усвоения содержания программы студенты должны владеть материалом, излагаемом в курсах "Информатика", "Основы дискретной математики" и "Специальные главы теории дифференциальных уравнений, интегральные преобразования и численные методы".

После изучения и усвоения дисциплины студент будет подготовлен пониманию материала таких дисциплин как "Теория информационных процессов и систем" "Корпоративные информационные системы" и "Проектирование информационных систем".

По каждому разделу дисциплины проводится тестирование, по результатам которого формируется рейтинговая оценка работы студента в семестре. Итоговая оценка формируется на экзамене.
Цель и задачи дисциплины

Целью преподавания дисциплины является обучение студентов основам теории управления, необходимых при создании, исследовании и эксплуатации автоматизированных систем обработки информации и управления.

Задачи курса:

изучение базовых принципов построения систем управления,;
изучение форм представления и преобразования моделей линейных и нелинейных систем;
изучение методов анализа и синтеза линейных непрерывных и дискретных систем управления.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен:

Знать:

основные положения теории управления;
принципы и методы построения моделей систем управления;
методы расчета линейных непрерывных и дискретных систем.

Уметь:

применять принципы построения моделей объектов управления широкого класса;
применять методы анализа и синтеза при создании, исследовании и эксплуатации автоматизированных систем обработки информации и управления.

Иметь представление:

о роли и месте знаний по дисциплине в сфере профессиональной деятельности;
об областях применения и о тенденциях развития теории управления.

Объем дисциплины и виды учебной работы

Таблица 1

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
Вид учебной работы	Всего часов	6
Общая трудоемкость дисциплины	68	68
Аудиторные занятия	8	8
Лекции	4	4
Практические занятия (ПЗ)	4	4
Самостоятельная работа	60	60
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат (эссе)
Контрольная работа (тестирование)
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	экзамен	экзамен

Разделы (темы) дисциплины и виды занятий

Таблица 2

№ раздела	Содержание учебного материала (дидактические единицы), обобщенные требования к знаниям и умениям	Лекции	ПЗ (С)	ЛР	СРС
Раздел 1.	Управление и информатика. Общие принципы системной организации Тема 1.1 Информатика и кибернетика. Предмет и метод теории управления. Тема 1.2 Задачи, аксиомы, принципы и алгоритмы управления.	1			2 2
Раздел 2.	Математические модели объектов и систем управления. Формы представления моделей Тема 2.1. Модели "вход-выход". Тема 2.2. Модели в пространстве состояний. Тема 2.3. Структурные схемы .	1			8 4 4
Раздел 3.	Методы анализа систем управления Тема 3.1 Устойчивость систем управления. Тема 3.2 Управляемость и наблюдаемость. Тема 3.3. Инвариантность и чувствительность. Тема 3.4. Анализ качества систем управления.		1		2 2 2 2
Раздел 4.	Методы синтеза систем управления Тема 4.1. Задачи синтеза систем управления.. Тема 4.2. Методики формирования желаемых передаточных функций.	1	1		2 4
Раздел 5.	Цифровые системы управления Тема 5.1. Классификация дискретных систем по виду квантования. Тема 5.2 Использование микропроцессоров и микро-ЭВМ в системах управления.				2 2
Раздел 6	Особенности математического описания цифровых систем управления Тема 6.1. Решетчатые функции и разностные уравнения. Тема 6.2. Модели дискретных систем в пространстве состояний		1		4 4
Раздел 7	Особенности анализа систем управления с ЭВМ в качестве управляющего устройства Тема 7.1 Структурные схемы и передаточные функции дискретных цифровых систем. Тема 7.2 Устойчивость цифровых систем.				2 2
Раздел 8	Особенности синтеза систем управления с ЭВМ в качестве управляющего устройства Тема 8.1 Построение желаемых частотных характеристик. Тема 8.2 Синтез дискретных корректирующих устройств. Программная реализация алгоритмов управления в цифровых системах.	1	1		4 2
Раздел 9	Нелинейные системы управления Тема 9.1 Структурные схемы нелинейных систем. Тема 9.2 Фазовое пространство. Устойчивость.				2 2

Содержание лекционного курса

Таблица 3

№ п/п	Содержание лекции
Лекция 1	Информатика и кибернетика .Предмет и метод теории управления. Понятия об управлении и системах управления (СУ). Объекты управления – технические, экономические, биологические и др. Поведение объектов и СУ. Классификации СУ.
Лекция 2	Модели "вход-выход": дифференциальные уравнения; передаточные функции; временные и частотные характеристики. Структурные схемы. Правила преобразования структурных схем.
Лекция 3	Задачи синтеза систем управления. Стабилизация неустойчивых объектов. Синтез СУ, инвариантных к возмущениям.
Лекция 4	Построение желаемых частотных характеристик. Синтез дискретных корректирующих устройств.

Тематика практических занятий (семинаров)

Таблица 4а

№ п/п	№ раздела (темы)	Виды и содержание практической работы
	Тема 2.3	Передаточная функция последовательного и параллельного соединения элементов. Передаточная функция соединения с обратной связью.
	Тема 3.2 Тема 3.3	Определение условий устойчивости системы по критерию Гурвица. Определение условий устойчивости системы по критерию Найквиста.
	Тема 3.4 Тема 4.2	Анализ качества следящей системы. Расчет корректирующего устройства для следящей системы
	Тема 8.1	Расчет корректирующего устройства для дискретнойследящей системы

Лабораторный практикум

Таблица 4б

№ п/п	№ раздела (темы)	Наименование и содержание лабораторных работ
		Не предусмотрено

Виды самостоятельной работы студентов

Таблица 5

№ п/п	Вид работы, литературные источники
Тема 1.1	Построить модель развития экономики в целом (модель Харрода) [5]
Тема 1.2	Провести функциональное исследование выражения –p₁logp₁-p₂logp₂, p₁+p₂=1 [4], [5]
Тема 2.1	Построить модель поршня с вязким трением. Построить модель последовательного электрического контура. Проанализировать решения уравнений модели. [1], [2]
Тема 2.2	Найти передаточную функцию системы по заданному дифференциальному уравнению. Преобразовать модель "вход-выход" к модели в пространстве состояний. Решить систему операторным методом. [1], [3], [5]
Тема 2.3	Привести заданную структурную схему системы к стандартной форме. Построить переходную функцию системы по заданной ПФ. Показать параметры системы на графике. [3], [5]
Тема 3.2	Найти условия устойчивости системы по заданной ПФ с помощью критерия Гурвица. [1], [3], [5]
Тема 3.3	Найти условия устойчивости следящей системы. Определить запас устойчивости. [1], [3], [5]
Тема 3.4	Исследовать качество следящей системы. Определить параметры регулятора. [1], [3], [5]
Тема 4.1	Исследовать качество следящей системы. Определить параметры регулятора. [1], [3], [5]
Тема 4.2	Исследовать качество следящей системы. Определить параметры регулятора. [1], [3], [5]
Тема 6.1	Найти решение разностного уравнения [1], [4], [5]
Тема 7.1	Исследовать устойчивость импульсной системы по передаточной функции[1], [4], [5]
Тема 7.2	Исследовать устойчивость импульсной системы по передаточной функции[1], [4], [5]
Тема 8.2	Определить управляемость и наблюдаемость системы по модели в пространстве состояний. [1], [4], [5]
Тема 9.1	Преобразовать структурную схему системы с нелинейностью к стандартному виду. [1], [3], [5]
Тема 9.2	Построить фазовую траекторию по заданной ПФ с нелинейностью. Исследовать систему с нелинейностью на устойчивость. [1], [3], [5]

Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная литература

1 Шишмарев В.Ю. Основы автоматического управления : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В.Ю. Шишмарев. – М.: Издательский центр "Академия", 2008. – 352с.
Дополнительная литература

2 Математические основы теории автоматического управления: Учеб. пособие: В 3 т. / В.А. Иванов, В.С. Медведев, Б.К. Шишмарев, А.С. Ющенко; Под ред. Б.К. Шишмарева.–3-е изд., перераб. и доп.– т.1-т.3.–М:. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006.–552 с.: ил.

3 Теория автоматического регулирования: Учеб. пособие для вузов/А.С. Востриков, Г.А. Французова.–2-е изд., стер.–М.:Высш. шк., 2006.–365 с.: ил.

4 Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики: Учеб. пособие для вузов.– 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 496 с.
Авторские методические разработки

5 Давидсон Г.И. Лекции по курсу "Основы теории управления"
Технические и электронные средства обучения, иллюстрированные материалы

Расчетные компьютерные программы: программный модуль "Моделирование в технических устройствах" (ПК МВТУ), MATLAB (Control System Toolbox); SIMULINK.
Материально-техническое обеспечение дисциплины

Персональный компьютер.
Формы текущего, промежуточного и итогового контроля
Текущий контроль

Контроль за выполнением заданий, рекомендованных в качестве самостоятельной работы.

Промежуточный контроль

Тестирование

Контрольный опрос

Итоговый контроль

Экзамен проводится в устной форме по билетам, состоящим из двух теоретических вопросов с учетом рейтинговой оценки работы студента в течение семестра.

Методика формирования результирующей оценки

Промежуточный контроль проводится в форме тестов и контрольных опросов. Результаты промежуточного контроля оцениваются в баллах и сводятся в рейтинговую ведомость. Максимальная оценка результатов тестирования, доклада и контрольной работы – 14 баллов, контрольного опроса – 12 баллов. По итогам семестра при шести этапах промежуточного контроля максимальная оценка может достигать 80 баллов (4х14+2х12). Преподаватель по итогам работы студента в семестре может увеличить или уменьшить эту оценку в пределах 5 баллов. При получении максимальной оценки студент допускается к экзамену с предварительной (рейтинговой) оценкой «хорошо», при получении от 60 до 79 баллов – «удовлетворительно» и менее 60 баллов – «неудовлетворительно».

Примеры вопросов, включаемых в тесты

Управление - это (отметьте один):

Процесс формирования поведения объекта управления.
Философская категория, решающая задачу формирования управляющих воздействий.
Процесс формирования управленческих решений.
Информационное и энергетическое воздействие на объект управления.
Философская категория, решающая задачу отработки заданных воздействий.

В системе автоматического управления происходит (отметьте все, что подходит):

Формирование и отработка желаемого поведения объекта на основании цели управления в виде управляющих воздействий.
. Отработка желаемого поведения объекта на основании цели управления в виде управляющих воздействий.
Формирование желаемого поведения объекта на основании цели управления в виде управляющих воздействий.
Формирование и отработка желаемого поведения объекта на основании цели управления в виде управляющих воздействий с участием человека.

Одной из основных проблем ТАУ является проблема (отметьте все, что подходит):

Устойчивости
Управляемости
Наблюдаемости
Синтеза
Все из вышеперечисленного
Ничего из вышеперечисленного

Возмущение – это (отметьте все, что подходит):

Входной сигнал
Выходной сигнал
Управляющий сигнал
Помеха
Нагрузка

В условиях статики математическая модель объекта – это (отметьте один):

Система обыкновенных дифференциальных уравнений.
Система дифференциальных уравнений в частных производных.
Система алгебраических и дифференциальных уравнений.
Система алгебраических уравнений.

В условиях динамики математическая модель объекта – это (отметьте все, что подходит):

Система обыкновенных дифференциальных уравнений.
Система дифференциальных уравнений в частных производных.
Система алгебраических и дифференциальных уравнений.
Система алгебраических уравнений.

Общий метод получения линеаризованных уравнений динамики из уравнений статики заключается в следующем (отметьте все, что подходит):

1. Записать уравнение в приращениях

2. Вычесть из уравнения в приращениях уравнение статики.

3. Отбросить члены порядка выше первого.

4. Сложить уравнение в приращениях с уравнением статики.

5. Заменить приращения производными.
Объект описывается вектор-функцией y=y(u, g, f), где y –выходная, g – входная переменные, f – возмущения.

Объект называется одномерным, если (отметьте один):

y – скаляр, g, u, f – векторы.
y – вектор, g, u, f – скаляры.
Все переменные – векторы.
Все переменные – скаляры.

Объект является устойчивым, если после снятия воздействия (отметьте один):

Отклонение от точки равновесия возрастает.
Отклонение от точки равновесия уменьшается.
Отклонение от точки равновесия остается постоянным.

Динамическая модель системы в пространстве состояний – это (отметьте один):

Алгебраические уравнения состояния и наблюдения.
Алгебраическое уравнение состояния и дифференциальное уравнение выхода.
Дифференциальное уравнение состояния и алгебраическое уравнение наблюдения.
Дифференциальные уравнения состояния и выхода.

Основное свойство регулятора прямого действия – это (отметьте один):

Отсутствие ошибки регулирования.
Наличие ошибки регулирования.
Устойчивость при высокой точности.

Система является стационарной, если (отметьте один):

Переменные модели не зависят от времени.
Параметры модели зависят от времени.
Параметры модели постоянны.
Переменные модели постоянны.

Перечень вопросов, выносимых на экзамен

Предмет и метод теории управления.
Задачи и аксиомы теории управления.
Принцип необходимого разнообразия.
Объект управления. Воздействия. Состояние.
Типы объектов управления. Общее описание.
Статика и динамика. Устойчивость.
Разомкнутые и замкнутые СУ.
Уравнение состояния: одномерный случай.
Уравнение состояния: многомерный случай. Свободное и вынужденное изменение переменной состояния. Фундаментальная матрица.
Преобразование Фурье-Лапласа. Передаточная функция.
Правила преобразования структурных схем.
Типовые звенья линейных систем.
Частотные характеристики линейных систем.
Правила построения линеаризованного динамического описания по статической характеристике.
Устойчивость линейных систем. Алгебраические критерии.
Устойчивость линейных систем. Частотные критерии.
Фазовое пространство и неподвижные точки.
Управляемость и наблюдаемость. Критерии для линейных систем.
Понятие о дискретных системах. Разностные уравнения.
Общее решение однородного разностного уравнения. Условие устойчивости.
Дискретное преобразование Лапласа и z-преобразование.
Нелинейные системы. Типовые нелинейности.
Структурные схемы нелинейных систем.
Устойчивость нелинейных систем по Ляпунову.

Тематика курсовых проектов или курсовых работ

(если курсовые работы предусмотрены учебным планом)
Не предусмотрено

Тематика рефератов, эссе

Не предусмотрено

Тематика выпускных квалификационных работ

Не предусмотрено

Методические рекомендации для студентов

подготовку к тестированию проводить с использованием основного учебника [1] и конспектов лекций [5];
построение моделей и расчет регуляторов выполнять вручную с последующей проверкой результатов с использованием программных средств ПК МВТУ или MATLAB.

Методические рекомендации для преподавателей

промежуточный контроль теоретических знаний проводить в виде тестирования с последующим анализом характерных ошибок;
практические занятия проводить с использованием программного модуля "Моделирование в технических устройствах" (ПК МВТУ) или MATLAB (Control System Toolbox); SIMULINK.

Похожие: