rpd000011491 (161101 (24.05.06).С16 Системы управления беспилотными ЛА), страница 3

лекций.МАИ, каф.301, 2010 г., 95 стр.

2. Поляков К.Ю. Основы теории цифровых систем управления : учебное пособие; СПбГМТУ – СПб.:2006-161стр.

3. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.1 Линейные системы. М.ФИЗМАТЛИТ, 2007 - 312 с

б)дополнительная литература:

в)программное обеспечение, Интернет-ресурсы, электронные библиотечные системы:

1. Пакеты ПО общего назначения (текстовые редакторы, графические редакторы), математический пакет MATHCAD 14 -15.

2. Специализированные программы исследования САУ лаборатории ТАУ каф.301.

1. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Лекционные занятия:

a. аудитория, оснащенная презентационной техникой (проектор, экран, компьютер)

2. Лабораторные работы

a. лаборатория «Теории автоматического управления» кафедры 301,

оснащенная персональными компьютерами, презентационной техникой и специализированным

программным обеспечением,

b. шаблоны отчетов по лабораторным работам,

c. шаблоны исходных данных,

3. Практические занятия:

a. компьютерный класс,

b. презентационная техника (проектор, экран, компьютер)

c. пакеты ПО общего назначения (текстовые редакторы, графические редакторы),

d. шаблоны исходных данных,

4. Прочее:

a. рабочее место преподавателя, оснащенное компьютером с доступом в Интернет,

b. рабочие места студентов, оснащенные компьютерами с доступом в Интернет,

предназначенные для работы в электронной образовательной сред

Приложение 1
к рабочей программе дисциплины
«Теория и алгоритмы цифровых систем управления »

Аннотация рабочей программы

Дисциплина Теория и алгоритмы цифровых систем управления является частью Профессионального цикла дисциплин подготовки студентов по направлению подготовки Системы управления летательными аппаратами. Дисциплина реализуется на 3 факультете «Московского авиационного института (национального исследовательского университета)» кафедрой (кафедрами) 301.

Дисциплина нацелена на формирование следующих компетенций: ПК-3 ,ПК-8.

Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с: построением и преобразованием математических моделей импульсных систем и систем управления с цифровым управляющим устройством в замкнутом контуре управления,

- исследованием устойчивости и динамики процессов управления, синтезом и реализацией цифровых законов управления для таких систем,

- исследованием специфических установившихся движений в нелинейных системах с квантованием по времени и по уровню,

- разработкой вычислительных алгоритмов исследования и проектирования цифровых систем управления.

Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса: Лекция, мастер-класс, Практическое занятие.

Программой дисциплины предусмотрены следующие виды контроля: промежуточная аттестация в форме Экзамен (7 семестр).

Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 3 зачетных единиц, 108 часов. Программой дисциплины предусмотрены лекционные (34 часов), практические (16 часов), лабораторные (0 часов) занятия и (31 часов) самостоятельной работы студента.

Приложение 2
к рабочей программе дисциплины
«Теория и алгоритмы цифровых систем управления »

Cодержание учебных занятий

1. Лекции

1.1.1. Обобщенная структурная схема цифровой автоматической системы (ЦАС) управления динамическим объектом. Особенности динамики. (АЗ: 2, СРС: 1,5)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Обобщенная структурная схема цифровой автоматической системы (ЦАС) управления динамическим объектом. Особенности динамики таких систем. Квантование по времени и по уровню.

1.2.1. Описание дискретных систем методами преобразования Лапласа. Z - преобразование. (АЗ: 2, СРС: 2)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Рассматриваются классические методы описания дискретных систем , основанные на преобразовании Лапласа и z - преобразовании. Показываются свойства z - преобразования. Выводятся аналитические формулы получения обратного z- преобразования.

1.3.1. Передаточные функции цифровых систем. (АЗ: 4, СРС: 1,5)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Рассматриваются вопросы описания дискретных систем Z - передаточными функциями. Вводятся определения дискретной передаточной функции и модифицированной передаточной функции, их свойства и условия существования. Приводятся способы вычисления Z - передаточных функций простейших соединений непрерывных и дискретных звеньев, а также методика определения дискретной передаточной функции по структурной схеме произвольного вида.

1.4.1. Частотные характеристики дискретных систем, их свойства и методы построения. (АЗ: 4, СРС: 2)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Рассматривается преобразование спектра непрерывного сигнала при импульсной модуляции, показываются эффекты транспонирования (преобразования) частот при модуляции. Формулируются условия теоремы Котельникова.

Вводятся понятия частотных характеристик дискретных систем, показываются их основные свойства. физический смысл и формальный характер.

Приводятся методы и вычислительные алгоритмы построения частотных характеристик дискретных систем по весовой решетчатой функции, по Z- передаточной функции, по частотной характеричстике исходного непрерывного звена.

Рассматривается понятие псевдочастоты и псевдочастотных характеристик

1.4.2. Прохождение гармонического сигнала через дискретно - непрерывный замкнутый контур. (АЗ: 2, СРС: 1,5)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Рассматриваются особенности прохождения гармонического сигнала через дискретно - непрерывную систему, связанные с транспонированием частоты и усилением низкочастотных составляющих, что является негативным явлениям для систем управления. Показана необходимость использования предимпульсной фильтрации для ослабления данного эффекта.

1.5.1. Оценка устойчивости дискретных систем по уравнениям первого приближения. Корневые и алгебраические условия устойчивости. (АЗ: 2, СРС: 1,5)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Приводятся теоремы Ляпунова связанные с оценкой устойчивости дискретных систем по уравнениям первого приближения. Рассмотриваются понятия устойчивос

1.5.2. Исследование устойчивости с использований частотных представлений. (АЗ: 2, СРС: 1,5)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Рассматриваются частотные критерии устойчивости , связанные с анализом комплексно-частотных характеристик. Доказывается принцип аргумента и формулируется на его основе аналог критерия устойчивости Михайлова. Выводится возможность суждения об устойчивости замкнутого контура по частотной характеристике разомкнутой системы. Приводятся различные формулировки критерия Найквиста и исследуются особенности его применения, связанные с неединичной обратной связью, наличием интегрирующих звеньев. Формулируется критерий Найквиста, использующий логарифмические псевдочастотные характеристики разомкнутого контура, разъясняются особенности его применения для дискретных систем.

1.6.1. Понятие состояния и пространства состояний. Описание переменными состояния одночастотных цифровых систем. (АЗ: 2, СРС: 1)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Рассматриваются понятие состояния и пространства состояний для систем различного класса, в том числе получается описание переменными состояния одночастотных цифровых систем. Применительно к непрерывным объектам управления выводятся, с использованием решения дифференциальных уравнений на шаге квантования, разностные уравнения состояния. Показаны также методы перехода от Z- передаточных функций к разностным уравнениям, что позволяет получить для моментов квантования однотипное описание как непрерывной, так и дискретной частей ЦАС. В этом случае уравнение замкнутой системы также приводится к стандартному виду системы разностных уравнений.

1.6.2. Описание нестандартных дискретных систем методами пространства состояний – выбор координат состояния (АЗ: 2, СРС: 1)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Рассматриваются методы описание нестандартных дискретных систем методами пространства состояний. К таким системам обычно относят системы с различными частотами квантования, с несинхронным срабатыванием импульсных элементов, с модуляцией импульсов по времени и т.п. Приводятся рекомендации по выбору координат состояния. Предлагается получать уравнения состояния использованием припасовывания последовательности переходов вектора состояния среди которых есть непрерывные переходы - между моментами квантования и переходы скачком - в моменты квантования.

1.6.3. Понятия и критерии управляемости и наблюдаемости. Передаточные функции систем со многими входами и выходами (АЗ: 2, СРС: 1)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Понятия и критерии управляемости. Физический смысл понятия стабилизируемости, модальное представление. Техническая наблюдаемость и наблюдаемость по Калману. Условия наблюдаемости. Наблюдаемость по скалярным измерениям. Передаточные функции систем со многими входами и выходами. Методы и вычислительные алгоритмы получения матрицы передаточных функции.

1.7.1. Постановка задачи синтеза закона управления в ЦАС. Возможные подходы к решению. (АЗ: 2, СРС: 1)

Тип лекции: Проблемная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Рассматривается типовая техническая постановка задачи синтеза ЦАС, приводится типовой набор требований к системе, таких как устойчивость, точность в установившемся режиме, динамические характеристики процессов управления. Набор целей проектирования, определяемых требованиями к ЦАС разделяется на цели количественного и качественного характера. Задача синтеза формулируется как задача оптимизации при ограничениях, связанных с целями качественного характера. Показаны трудности решения приведенной задачи математического программирования общего вида.

1.7.2. Алгебраические процедуры закона управления в ЦАС: синтез модального управления, синтез по стандартным разностным уравнениям (АЗ: 2, СРС: 1)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Рассматриваются частные подходы, связанные с алгебраическими процедурами формирования закона управления в ЦАС: синтез модального управления, синтез по стандартным разностным уравнениям. Для первой задачи приводится формула Аккермана, рассматриваются ограниченность данного подхода. Приводятся основные этапы синтеза ЦАУ по стандартным разностным уравнениям.

1.7.3. Методы синтеза ЦАС основанные на частотных представлениях. (АЗ: 2, СРС: 1)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Рассматриваются методы синтеза ЦАС основанные на частотных представлениях. которые в основном основаны на аппарате псевдочастотных логарифмических характеристик разомкнутого контура ЦАС. Показаны особенности использования метода синтеза последовательного корректирующего устройства, широко применяемого для непрерывных систем, применительно к псевдочастотным характеристикам цифровых систем.

Приводятся практические подходы к синтезу ЦАУ, основанные на дискретизации непрерывного прототипа, такие как численная реализация дифференциальных уравнений корректирующих устройств, использование Z-форм, использование w- преобразования.

1.8.1. Дискретные динамические системы. Основы качественной теории дискретных динамических систем (АЗ: 2, СРС: 1)

Тип лекции: Проблемная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Дискретные динамические системы. Основы качественной теории дискретных динамических систем

1.8.2. Применение метода гармонической линеаризации для исследования цифровых систем. (АЗ: 2, СРС: 1)

Тип лекции: Информационная лекция

Форма организации: Лекция, мастер-класс

Описание: Применение метода гармонической линеаризации для исследования цифровых систем. Ограниченность и громоздкость применения метода при исследовании цифровых систем. Использования гармонической линеаризации для определения обночастотных колебаний в ЦАС.