Теорія автоматичного керування-2. Теорія цифрових систем керування - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Програма навчальної дисципліни

Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Так Великі дані, Інтернету речей, Інтернету сервісів – з цим, рано чи пізно доведеться зіткнутися не тільки підприємствам високотехнологічних країн світу, а й у тій чи інших формах й нашим вітчизняним. Але щоб підготувати ґрунт для такої інформатизації, необхідно навчитися плануванню та прогнозуванню виробничих процесів, реалізації не тільки моделі єдиного інформаційного простору, але й цифрової моделі фізичних об'єктів та процесів.

Мета дисципліни : формування у студентів здатності виконувати аналіз та синтез цифрових систем керування на базі математичної платформи передавальних функцій та структурних схем

Предмет дисципліни: Математичні основи теорії цифрового керування. Методи аналізу стійкості та якості цифрових систем. Методи синтезу цифрових регуляторів. Цифровий ПВД-регулятор. Методи реалізації цифрових регуляторів.

Основні завдання навчальної дисципліни

Програмні результати навчання

Застосовувати знання фундаментальних наук, системного аналізу, технологій моделювання та виконувати синтезу систем керування компонентів нижнього рівня інформаційних систем (ПРН 13).

Компетентність:

• Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу (КЗ 1);

• Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях (КЗ 2);

• Здатність до розуміння предметної області та професійної діяльності (КЗ 3).

• Здатність аналізувати відомі реалізації компонентів нижнього рівня інформаційних систем з урахуванням вимог технологічних та бізнес-процесів, виконувати синтез контролерів, регуляторів, давачів, виконавчих пристроїв, будувати адекватні моделі нижнього рівня ієрархії інформаційних систем та здійснювати їх інтеграцію (КС 13)

• Здатність виконувати аналіз та синтез цифрових систем керування на базі математичної платформи передавальних функцій та структурних схем

Знання:

• Типових функціональнихі схем цифрових систем;

• Математичного опису цифрових систем;

• Особливостей аналізу цифрових систем у частотній області;

• Методи аналізу стійкості та якості

• Методів синтезу цифрових регуляторів

• Методів створення моделей реалізаціі цифрових регуляторів

Уміння:

• Створювати математичні моделі цифрових систем керунвання;

• Виконувати аналіз систем у частотній області;

• Виконувати аналіз стійкості цифрових систем керування;

• Визначати показникі якості перехідного процесу та помилку в установленому;

• Виконувати аналіз доцільності проведення синтезу;

• Виконувати синтез цифрових регуляторів

• Виконувати реалізацію цифрових регуляторів, як програмну модель контролера;

• Використовувати прикладний пакет Matlab/Simulink для моделювання та дослідження систем керування.

Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітьою програмою)

пререквізити: знати спеціальні розділи математики (рішітчасту функцію, різнецеві рівняння, пряму та обернену різниці), квантування сигналів, теорію автоматичного керування, розуміння предметної області та професійної діяльності.

Постреквізити:

Розроблення цифрових систем керування, як складових інформаційно-керуючих систем

Зміст навчальної дисципліни

Розділ 1. Математичний апарат дослідження цифрових систем

Тема 1.1. Загальні положення теорії дискретних систем

Тема 1.2. Характеристика імпульсних систем

Тема 1.3. Математичний апарат дослідження ЦС

Тема.1.4. Аналіз елементів цифрової системи

Тема 1.5. Передавальні функції системи

Розділ 2. Аналіз цифрових систем

Тема 2.1. Аналіз цифрових систем у частотній області

Тема 2.2. Загальний алгоритм аналізу стійкості цифрових систем

Тема 2.3. Критерії стійкості

Тема 2.4. Аналіз ЦС в часовій області

Тема 2.5. Аналіз сталої помилки цифрової системи

######### Розділ 3. Синтез цифрових систем

Тема 3.1 Загальний метод формування бажаної передавальної функції

Тема 3.2. Синтез цифрової системи оптимальної за швидкодією

Тема 3 4. Цифровий ПІД-регулятор

Тема 3.5. Синтез цифрових систем з аперіодичним перехідним процесом

Тема 3.6. Види програмування цифрових регуляторів

Навчальні матеріали та ресурси

4.1. Базова

1. Лучко С.В. Расчет импульсных и цифровых автоматических систем/С.В. Лучко. Л.: ВИКИ им. Можайского А.Ф., 1976,149с.

2. Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования/ Г.Ф.Зайцев.-Киев, Вища школа, 1988.-431

3. Куо Б. Теория и проектирование цифрових систем управления/Б. Куо. Перевод с анг. – М.: Машиностроение, 1986, 448 с.

4. Изерман Р. Цифровые системы управления/ Р. Изерман. Пер. с анг.- М.: Мир, 1984, 541 с.

4.2. Допоміжна

1.Краснопрошина А.А. Современный анализ систем управления с применением Matlab/Simulink. Учебное пособие /. А.А. Краснопрошина, Н.Б. Репникова, А.А. Ильченко. Киев: «Корнийчук», 1999.

Навчальний контент

Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

5.1. Лекційні заняття

5.2. Лабораторні заняття (комп’ютерний практикум)

Основним завданням циклу лабораторних занять є проведення експериментальних досліджень за відповідною тематикою на моделях цифрових систем керування, які розроблені з використанням прикладного пакету Matlab з відповідними аналітичними розрахунками за варіантною системою

5.3. Самостійна робота

Самостійна робота студентів включає:

• підготовка до виконання 9 лабораторних робіт (комп’ютерного практикума) з проведенням аналітичних розрахунків за варіантною системою з конкретної теми -18 год;

• Підготовка до 2 тестів (1МКР) – 2 год.;

• Підготовка до заліку.

• Самостійне опрацювання тем:

Політика та контроль

Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Система вимог, які ставляться перед студентом:

• відвідування лекційних та лабораторних занять є обов’язковою складовою вивчення матеріалу;

• кожна тема лекції будується за схемою: викладання теоретичного матеріалу (доведення формул, теорем та інш); обов’язкове вирішення практичної задачі за темою лекції; обговорення рішення задачі за допомогою моделювання з використання прикладного пакетуMatlab/Simulink$

• лабораторні роботи захищаються у два етапи – перший етап: студенти виконують завдання на допуск до лабораторної роботи (аналітичне рішення етюду конкретної задачі), другий етап – виконання моделювання. Бали за лабораторну роботу враховуються лише за наявності електронного звіту;

• модульні контрольні роботи пишуться на лекційних заняттях без застосування допоміжних засобів (мобільні телефони, планшети та ін;

• штрафні бали виставляються за: невчасну здачу лабораторної роботи. Штрафні бали є як за теотеричну частину (1бал), так і за практичну (1 бал).

• заохочувальні бали виставляються за: додаткові дослідження у рамках виконання лабораторних робіт, які не регламентовані змістом роботи. Кількість заохочуваних балів не більше 4 (замість одної лабораторної роботи);

• в кінці семестру назначаються додаткові заняття для здачі лабораторних робіт, тести не перескладаються

• алгоритми викладання теоретичного матеріалу та виконання і захисту лабораторних робіт не змінюються при дистанційній формі навчання. Дистанційне навчання проводиться за допомогою хмарних технологій ZOOM за посиланням: https://us04web.zoom.us/j/4212610492

Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Рейтинг студента з дисципліни складається з балів, що він отримує за:

1. виконання та захист 9 лабораторних робіт;

2. виконання 2 тестів ( 1МКР);

Вагові бали:

=14

=8

1. Проходження тестів:

«відмінно» - 14 балів;

«добре» - 11-13 балів;

«задовільно» -5-10 бали;

«незадовільно» - 0 балів.

1. Виконання лабораторних робіт:

«відмінно» - 8 бали;

«добре» - 7 бали;

«задовільно» - 6 бали;

«незадовільно» - 0 балів.

Критерії оцінювання:

1. Проходження тестів.

• «відмінно», повне обґрунтоване рішення задачі – 14 балів;

• «добре» - не обґрунтоване рішення задачі –11-13 балів;

• «задовільно» - не обґрунтоване рішення, є помилки у рішенні – 5-10 балів

• незадовільно» - немає відповіді, суттєві помилки – 0 балів.

1. Виконання лабораторних робіт.

• «відмінно» - своєчасно та на високому рівні захищена теоретична на дослідницька частини лабораторної роботи- 8 бали;

• «добре» - не достатній рівень захисту однієї з частин лабораторної роботи-7 балів;

• « задовільно» - не своєчасний або низький рівень захисту теоретичної або дослідницької частини лабораторної роботи – 6 бали;

• «незадовільно» - не своєчасний, низький рівень захисту теоретичної або дослідницької частини лабораторної роботи, помилки у дослідженнях – 0 балів.

Календарний контроль

За результатами навчальної роботи за перші 7 тижнів «ідеальний студент» має набрати 38 балів. На першій атестації (8-й тиждень) студент отримує «зараховано», якщо його поточний рейтинг не менше 18 балів.

За результатами 13 тижнів навчальної роботи «ідеальний студент» має набрати 56 бали. На другій атестації (14-й тиждень) студент отримує «зараховано», якщо його поточний рейтинг не менше 34 балів.

Семестровий контроль

Студенти, які наприкінці семестру мають рейтинг менше 60 балів, а також ті, хто виконав план та хоче підвищити оцінку, виконують залікову контрольну роботу (ЗКР).

Контрольна робота складається з 4 питань. Кожні питання оцінюються 25 балами.

Сума балів за кожне питання ()переводиться до залікової оцінки згідно з таблицею :

Сума балів для отримання заліку переводиться до екзаменаційної оцінки згідно з таблицею:

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):

Складено доцентом кафедри ІСТ, к.т.н., доцентом Репніковою Наталиєю Борисівною

Ухвалено кафедрою ІСТ (протокол № 1 від 30.08. 2021 р.)

Погоджено Методичною комісією факультету (протокол № 1 від 30.08.2021 р.)