Теорія автоматичного керування. Частина 1. Основи теорії автоматичного управління - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)
Реквізити навчальної дисципліни
| Рівень вищої освіти | Перший (бакалаврський) |
|---|---|
| Галузь знань | 12 Інформаційні технології |
| Спеціальність | 126 Інформаційні системи та технології |
| Освітня програма | Інтегровані інформаційні системи |
| Статус дисципліни | Нормативна |
| Форма навчання | очна(денна )/заочна |
| Рік підготовки, семестр | 2 курс, весняний семестр |
| Обсяг дисципліни | 120 годин (денна: 36 годин – лекції, лаб. роботи-18год., 66 годин – СРС; заочна:8 годин – лекції, лабю. роботи – 8 годин) |
| Семестровий контроль/ контрольні заходи | іспит |
| Розклад занять | http://rozklad.kpi.ua/Schedules/ScheduleGroupSelection.aspx |
| Мова викладання | Українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів |
Лектор: ст. викладач Польшакова Ольга Михайлівна. електронна пошта: polshakova.om@gmail.com моб. +38(093)149-91-92 Лабораторні заняття: Тюляков Дмитро Ігорович. |
| Розміщення курсу | https://campus.kpi.ua |
Програма навчальної дисципліни
Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
Опис дисципліни. «Теорія автоматичного керування» (ТАК) – це дисципліна, що вивчає процеси автоматичного управління об’єктами різної фізичної природи і на основі цих процесів та їх закономірностей, розробляє принципи побудови високоякісних систем керування. За допомогою математичних засобів виявляються властивості систем автоматичного керування і розробляються рекомендації по їх проектуванню.
Предмет навчальної дисципліни: Застосовування методів, засобів та алгоритмів теорії автоматичного управління для дослідження, аналізу систем автоматичного управління та їх синтезу.
Міждисциплінарні зв’язки. Базові знання з дисциплін: математичний аналіз, фізика дискретна математика, теорія ймовірностей, моделювання систем .
Мета навчальної дисципліни. Метою вивчення навчальної дисципліни " Теорія автоматичного керування " є набуття необхідних теоретичних знань з основ аналізу та елементів синтезу систем автоматичного керування, відпрацювання студентами компетенцій щодо формування виробничих цілей, вирішення аналітичних задач розрахунків параметрів технічних та технологічних систем, задач їх проектування, виготовлення та експлуатації, визначення оптимальних параметрів систем, що забезпечують найбільш ефективне їх використання на основі поєднання фундаментальної та загально-технічної підготовки з решти дисциплін.
Основні завдання навчальної дисципліни
Знання:
загальних принципів побудова автоматичних систем;
математичних методів формалізованого опису систем автоматичного управління;
динамічних характеристик;
типових динамічних ланок
критеріїв стійкості та якості;
методів підвищення точності;
методів корекції систем;
нелінійних системи керування.
Уміння:
- мати загальні поняття про основні методи керування та основні способи використання
систем автоматичного керування;
створювати математичні моделі безперервних систем керування на базі структурних схем та передавальної функці;
знати математичний опис усіх типових елементів систем;
виконувати аналіз систем у частотній області;
виконувати аналіз стійкості безперерних систем керування;
вміти використовувати основні методи аналізу якості процесу керування;
визначати показникі якості перехідного процесу та помилку в сталому режимі;
виконувати аналіз доцільності проведення синтезу (корекціє систем);
синтезувати схеми систем які відповідають заданим потребам.
знати основні методи аналізу стійкості та синтезу лінійних, нелінійних та інших систем, які можуть використовуватись для автоматичного керування;\
вміти розробляти структурні схеми різних систем автоматичного керування машин;
використовувати прикладний пакет Matlab/Simulink для моделювання та дослідження систем керування.
Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)
Пререквізити: мати теоретичну базу з вищої математики, фізики, математичної
статистики, моделювання систем, розуміння предметної області та професійної
діяльності, вміти користуватися комп’ютером.
Постреквізити: після проходження дисципліни студенти зможуть:
досліджувати, аналізувати а також проектувати системи автоматичного керування, як складові інтегрованої інформаційної системи.
Зміст навчальної дисципліни
Лекційні заняття
Розділ 1. Лінійні системи автоматичного керування
Тема1. Загальні відомості та класифікація систем автоматичного керування
1.1. Основні поняття та терміни;
1.2. Принципи керування та їх порівняльна характеристика.
1.3. Класифікація систем автоматичного керування;
Тема 2. Математимчний опис лінійних систем автоматичного керування
2.1. Постановка задачі. Методика формалізованого опису елементів і систем;
2.2. Динамічні характеристики елементів і систем;
2.3. Типові елементарні ланки та їх характеристики.
Тема 3. Властивості та характеристикки САР
3.1. Структурні схеми та їх перетворення;
3.2. Засоби з'єднання ланок
3.3 Структурна схема та передаточні функції типової замкненої автоматичної системи регулювання;
Тема 4. Аналіз стійкоості лінйних систем
4.1. Загальні умови стійкості;
4.2. Алгебраїчні критерії стійкості;
4.3. Частотні критерії стійкості;
4.4. Область стійкості. Запас стійкості.
Тема 5. Якість перехідних процесів у лінійних САР
5.1. Поняття та показники перехідних процесів;
5.2. Критерії якості перехідних процесів САР;
5.3. Точність та чутливість САР.
Тема 6. Методи аналізу і синтезу лінійних систем керуванея
6.1. Основні поняття та постановка задач аналізу і синтезу;
6.2. Принципи синтезу алгоритмічної структури системи керування;
Розділ 2 Аналіз нелінійних систем автоматичного керування
Тема 7. Загальні поняття і особливості нелінійних систем
7.1 Методи фазового простору;
7.2 Метод фазвої площини;
7.3 Особливості аналізу стійкості нелінійних САУ;
7.4 Метод гармонійної лінеаризації.
Лабораторні заняття
1. Дослідження принципів керування.
2. Дослідження частотних характеристик систем управління.
3. Дослідження впливу параметрів САУ на стійкість.
4. Дослідження впливу параметрів САУ на якість перехідних процесів у лінійних системах керування.
5. Синтез коригуючих пристроїв.
6. Дослідження впливу параметрів НСАУ у фазової площини.
Навчальні матеріали та ресурси
Базова література:
1. Automatic control systems / Farid Golnaraghi, Bendjamin C. Kuo. – John Wiley&Sons, inc. – 2009. – 786 p.
2. Introduction to digital control systems theory/ A. Kulik, I. Dybska. – The textbook. – Kharkiv: National Aerospace University “Kharkov Aviation Institute”, 2007. – 165 p.
3. О. М. Польшакова, О. А. Стенін, М. О. Солдатова, М. М. Ткач « Практика з теорії управління технічними системами », Навчальний посібник, гриф вченої ради КПІ ім. Ігоря Сікорського (протокол № 7 від 13.05.2021), електронне мережеве видання – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського 2021– 136с.- https://campus.kpi.ua/tutor/index.php?mode=mob&show&irid=209637 ela.kpi.
Допоміжна література
1. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления/ В.А.Бесекерский, Е.П. Попов. М., «Наука», 2004
2. Воронов А.А. Основы теории автоматического управления. Автоматическое регулирование непрерывных линейных систем. – М.: Энергия, 1986. – 309 с. 6.
3. Теория автоматического регулирования техническими системами: Учебное пособие для машиностроительных и приборостроительных вузов / В.В. Солодовников, А.В. Яковлев. – М.: Издат-во МГТУ, 1993. – 492 с.
4. Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1980.
5. Борцов Ю.А., Второв В.Б. Математические модели и алгебраические методы расчета автоматических систем. Учеб. пособие. СПб.: ЭТИ, 1992.
6. Востриков А. С., Французова Г. А. Теория автоматич. регулиров-я. 2003.
Навчальний контент
Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Лекційні заняття (денна форма навчання)
| № з/п | Назва теми лекції та перелік основних питань (перелік дидактичних засобів, посилання на літературу та завдання на СРС) |
|---|---|
| 1 | Лекція 1. Загальні відомості систем автоматичного керування. Основні поняття і визначення. Завдання на СРС. Ознайомлення з базовою та додатковою літературою, тематикою індивідуальних завдань, рефератів та семінарських занять. |
| 2 | Лекція 2. Принципи керування та їх порівняльна характеристика. Класифікація систем автоматичного керування; Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Підготовка до семінарського заняття за темою: «Історія розвитку теорії управління» та тематичного контрольного опитування. |
| 3 | Лекція 3. Математимчний опис лінійних систем автоматичного керування. Постановка задачі. Методика формалізованого опису елементів і систем; Завдання для СРС. Підготовка до першої частини модульної контрольної роботи. |
| 4 | Лекція 4. Динамічні характеристики елементів і систем. Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Виконання індивідуальних завдань. Підготовка до тематичного контрольного опитування. |
| 5 | Лекція 5.. Типові елементарні ланки та їх характеристики. Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Виконання індивідуальних завдань. Підготовка до семінарського заняття за темою: «Елементи автоматики у системах автоматичного управління». |
| 6 | Лекція 6. Засоби з'єднання ланок. Структурна схема та передаточні функції типової замкненої автоматичної системи регулювання. Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Виконання індивідуальних завдань. Підготовка до другої частини модульної контрольної роботи. |
| 7 | Лекція 7. . Аналіз стійкоості лінйних систем. Загальні умови стійкості. Алгебраїчні критерії стійкості. Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. |
| 8 | Лекція 8. Частотні критерії стійкості. Область стійкості. Запас стійкості. Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Виконання індивідуальних завдань. Підготовка до тематичного контрольного опитування. Підготовка до семінарського заняття за темою: «Розумний будинок, як система керування обладнення». |
| 9 | Лекція 9. Якість перехідних процесів у лінійних САР. Поняття та показники перехідних процесів. Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Підготовка до третьої частини модульної контрольної роботи. |
| 10 | Лекція 10. Критерії якості перехідних процесів САР. Точність та чутливість САР. Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Виконання індивідуальних завдань. Підготовка до тематичного контрольного опитування. |
| 11 | Лекція 11. Методи аналізу і синтезу лінійних систем керуванея. Основні поняття та постановка задач аналізу і синтезу; Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. |
| 12 | Лекція 12. Принципи синтезу алгоритмічної структури системи керування; Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Підготовка до семінарського заняття за вільною темою реферата. |
| 13 | Лекція 13. Загальні поняття і особливості нелінійних систем. Методи фазового простору. Метод фазвої площини. Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Підготовка до здачі індивідуальних завдань. Підготовка до четвертої частини модульної контрольної роботи. |
| 14 | Лекція 14. Особливості аналізу стійкості нелінійних САУ. Метод гармонійної лінеаризації. Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Підготовка до четвертої частини модульної контрольної роботи. |
| 15 | Завдання для СРС. Підготовка до іспиту. Іспит |
Самостійна робота студента
Денна форма навчання:
| № з/п | Назва теми, що виноситься на самостійне опрацювання | Кількість годин СРС |
|---|---|---|
| 1 | Ознайомлення з базовою та додатковою літературою, тематикою індивідуальних завдань, рефератів та семінарських занять. | 5 |
| 2 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Підготовка до семінарського заняття за темою: «Історія розвитку теорії управління» та тематичного контрольного опитування. |
5 |
| 3 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою Підготовка до першої частини модульної контрольної роботи |
4 |
| 4 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Виконання індивідуальних завдань. Підготовка до тематичного контрольного опитування. | 5 |
| 5 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Виконання індивідуальних завдань. Підготовка до семінарського заняття за темою: «Елементи автоматики у системах автоматичного управління». | 5 |
| 6 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Підготовка до другої частини модульної контрольної роботи. | 4 |
| 7 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. | 4 |
| 8 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Виконання індивідуальних завдань. Підготовка до тематичного контрольного опитування. Підготовка до семінарського заняття за темою: «Розумний будинок, як система керування обладнення». | 6 |
| 9 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою Підготовка до третьої частини модульної контрольної роботи. | 5 |
| 10 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Виконання індивідуальних завдань. Підготовка до тематичного контрольного опитування. | 5 |
| 11 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. | 4 |
| 12 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Підготовка до семінарського заняття за вільною темою реферата. | 5 |
| 13 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Підготовка до здачі індивідуальних завдань. Підготовка до четвертої частини модульної контрольної роботи. | 5 |
| 14 | Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Підготовка до четвертої частини модульної контрольної роботи. | 4 |
| 15 | Підготовка до іспиту. Іспит |
Лекційні заняття (заочна форма навчання)
|
|
|---|---|
| 1 | Лекція 1. Загальні відомості систем автоматичного керування. Основні поняття і визначення. Принципи керування та їх порівняльна характеристика. Класифікація систем автоматичного керування; Математимчний опис лінійних систем автоматичного керування. Постановка задачі. Методика формалізованого опису елементів і систем( основні поняття з зазначених тем); Завдання на СРС. Ознайомлення з базовою та додатковою літературою, тематикою контрольних завдань. |
| 2 | Лекція 2. Динамічні характеристики елементів і систем. Типові елементарні ланки та їх характеристики. Засоби з'єднання ланок. Структурна схема та передаточні функції типової замкненої автоматичної системи регулювання. Аналіз стійкоості лінйних систем. Загальні умови стійкості. Алгебраїчні та частотні критерії стійкості.( основні поняття з зазначених тем). Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Робота з контрольними завданнями. |
| 3 | Лекція 3. Якість перехідних процесів у лінійних САР. Поняття та показники перехідних процесів. Критерії якості перехідних процесів САР. Точність та чутливість САР. Принципи синтезу алгоритмічної структури системи керування; Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Робота з контрольними завданнями. |
| 4 | Лекція 4. Загальні поняття і особливості нелінійних систем. Методи фазового простору. Метод фазвої площини. Особливості аналізу стійкості нелінійних САУ. Метод гармонійної лінеаризації. Завдання для СРС. Робота з конспектом лекцій. Робота з навчальною літературою. Робота з контрольними завданнями. |
Лаб. практикум (заочна форма навчання)
|
|
|
|---|---|---|
| 1 | Дослідження розімкненого принципу керування | 4 |
| 2 | Дослідження замкненого принципу керування | 4 |
Політика та контроль
Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Система вимог, які ставляться перед студентом:
відвідування лекційних та лабораторних занять в умовах надзвичайної ситуації, військового стану є бажаною складовою вивчення матеріалу;
на лекції викладач користується власним презентаційним матеріалом; використовує інформаційні ресурси для викладання: матеріалу поточної лекції, додаткової інформації, завдань до практичних, лабораторних робіт та інше;
питання на лекції задаються у відведений для цього час;
модульні контрольні роботи, тематичні опитування (тематичні контрольні роботи) пишуться на лекційних заняттях без застосування допоміжних засобів (мобільні телефони, планшети та ін.); для перевірки робіт результат завантажується у файлі через гугл-форму до відповідної директорії гугл-диску або роботи групи надсилаються старостою (координатором) групи викладачу на його ел. адресу;
семінарські заняття з обговорення зазначених тем проводяться на лекційних заняттях;
заохочувальні бали виставляються за: виконання індивідуальних і творчих робіт з кредитного модуля, наприклад: участь у факультетських та інститутських олімпіадах з навчальної дисциплін, підготовка наукових праць (наукових статей, тез на конференції), доповідей на семінарських заняттях, тощо. Кількість заохочуваних балів не більше 10;
штрафні бали виставляються за: несвоєчасну здачу контрольних заходів без поважних причин; переписування тематичної контрольної роботи, тощо. Кількість штрафних балів не більше 10.
Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів
навчання (РСО)
Рейтинг студента складається з балів, що він отримує за:
виконання тематичних контрольних робіт;
виконання 3-х частин модульної контрольної робіти (МКР);
реферати;
заохочувальні та штрафні бали.
За лабораторний практикум наприкінці семестру виставляється оцінка «зараховано», що дозволяє отримати з іспиту оцінку автоматично, відповідно до набраного рейтингу або скласти іспит. Без зданого лабораторного практикуму студент до іспиту не допускається.
Система рейтингових балів та критерії оцінювання
Денна форма навчання:
Модульні контрольні роботи:
«відмінно», повна відповідь на питання (не менш ніж 90% потрібної інформації), завдання виконано без помилок, дії обґрунтовано – 12 балів;
«добре», достатньо повна відповідь на питання (не менш ніж 75% потрібної інформації), завдання виконано без значних помилок – 9-11 балів;
«задовільно», неповна відповідь на питання, але не менше 60% в деяких завданнях можуть бути присутні значні помилки, але не менше 60% виконано правильно – 7-8 балів;
«незадовільно», незадовільна відповідь, неправильне виконання завдань, потребує обов’язкового повторного написання в кінці семестру – 0 балів.
Тематичні контрольні роботи ( тематичні контрольні опитування):
«відмінно», повна відповідь на питання (не менш ніж 90% потрібної інформації), повне виконання контрольного заходу – 10 балів;
«добре», достатньо повна відповідь (не менш ніж 75% потрібної інформації), повне виконання завдання контрольного заходу– 8-9 балів;
«задовільно», неповна відповідь на питання (не менш ніж 60% потрібної інформації), незначні помилки у виконанні контрольного заходу – 6 -7 балів;
«незадовільно», незадовільна відповідь на питання та/або значні помилки у виконання контрольного заходу – 0 балів.
Реферати:
«відмінно», тема розкрита повністю і по суті, згідно плану, (не менш ніж 90% потрібної інформації) має вступ, заключення, список використаних джерел, виконана і оформлена у належному стані. Робота здана у встановлені терміни. Повне виконання заходу – 6 балів;
«добре», достатньо повне розкриття теми (не менш ніж 75% потрібної інформації), робота виконана і оформлена у належному стані. Робота здана у встановлені терміни –5 балів;
«задовільно», неповне розкриття теми (не менш ніж 60% потрібної інформації), незначні помилки у виконанні і оформленні. Робота здана у встановлені терміни – 4 бали;
«незадовільно», тема не розкрита або зміст роботи не відповідає темі, робота виконана і оформлена у неналежному стані, а також робота – плагіат ( двійник) – 0 балів.
За роботу, яка здана невчасно без поважних причин, впроваджуються штрафні санкції.
Заохочувальні бали студент може отримати за виконання з кредитного модуля:
індивідуальних завдань і творчих робіт таких наприклад, як участь у факультетських та інститутських олімпіадах з навчальної дисципліни, підготовка наукових праць (наукових статей, тез на конференції), доповідей на семінарських заняттях, тощо., але в сумі не більше 10.
Міжсесійна атестація
За результатами навчальної роботи за перші 7 тижнів максимально можлива кількість балів – 40 (2 тематичні контрольні роботи, перша частина модульної контрольної роботи, реферат за 1 та 2 темами, 3 лабораторні роботи здані з оцінкою «зараховано» ). На першій атестації (8-й тиждень) студент отримує «атестовано», якщо його поточний рейтинг не менший ніж 23 бали.
За результатами навчальної роботи з наступних 8 тижнів навчання, максимально можлива кількість балів – 60 балів (2 тематичні контрольні роботи, 2 модульні контрольні роботи, 2 реферати (3,4 теми) та здані з оцінкою «зараховано» лабораторні роботи). На другій атестації (14-й тиждень) студент отримує «атестовано», якщо його поточний рейтинг не менший ніж 34 бали.
Максимальна сума вагових балів контрольних заходів протягом семестру складає:
RD = 3*rмкр +4*rто +3*rреф\ + (rз - rш)= 3*12+4*10+4*6 + (rз - rш)=100 + (rз - rш),
де
rмкр – бал за написання частини МКР (0…12);
rто.. – бал за тематичне опитування (0…10);
rреф.. – бал за реферат (0…8);
rз – заохочувальні бали (0…10);
rш – штрафні бали (0…10).
Іспит:
Студенти, які виконали всі умови допуску до семестрової атестації (написали всі модульні контрольні, виконали і захистили всі контрольні заходи, отримали оцінку «зараховано» з лабораторного практикуму (8 лабораторних робіт) та набрали протягом семестру необхідну кількість балів (RD ≥ 60), отримують з іспиту оцінку автоматично відповідно до набраного рейтингу (табл. 1, що наведена нижче). У такому разі до заліково-екзаменаційної відомості вносяться бали RD та відповідні оцінки.
Студенти, які набрали протягом семестру менше ніж 60 балів та не мають
заборгованостей, зобов’язані здати іспит.
Іспит (підсумкова контрольна робота) містить 8 питань і дві задачі. Кожне питання оцінюється у 5 балів, задача 30 балів.
Студентам, які протягом семестру набрали більш ніж 60 балів та виконали всі умови допуску, надається можливість здавати іспит (підсумкову контрольну роботу) з метою підвищення оцінки. В такому разі, попередній рейтинг студента з кредитного модуля скасовується і він отримує оцінку з урахуванням результатів іспиту (підсумкової контрольної роботи) (табл. 1, що наведена нижче).
Система оцінювання питань:
«відмінно», повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації) – 5 балів;
«добре», достатньо повна відповідь (не менше 75% потрібної інформації, або незначні неточності) – 3-4 бали;
«задовільно», неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації та деякі помилки) 1-2 бали;
«незадовільно», незадовільна відповідь – 0 балів.
Сума набраних балів RD або балів за іспит переводиться до оцінки з іспиту згідно з таблицею:
Таблиця 1 — Переведення рейтингових балів до оцінок за університетською шкалою
| Кількість балів | Оцінка |
| 100-95 | Відмінно |
| 94-85 | Дуже добре |
| 84-75 | Добре |
| 74-65 | Задовільно |
| 64-60 | Достатньо |
| Менше 60 | Незадовільно |
| Не виконані умови допуску | Не допущено |
Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)
Робочу програму навчальної дисципліни (Силабус):
Складено ст. викладач, Польшакова Ольга Михайлівна
Ухвалено кафедрою ІСТ (протокол № 16 від 12.06 2024 р.)
Погоджено Методичною комісією факультету ФІОТ (протокол № 10 від 21.06 2024 р.)
