ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТПИЩЕВЫХ
ПРОИЗВОДСТВ»
«УТВЕРЖДАЮ»
ПРОРЕКТОР ПО УЧЕБНОЙ РАБОТЕ
____________д.т.н., проф./И.А. Тютькова/
«___» ________________2011 г.
РАБОЧАЯПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Теоретические основы автоматизированного управления
Направление подготовки 230100.62 Информатика и вычислительная
техника
Профиль подготовки/специализация Информатика и вычислительная
техника
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Москва 2011 г.
1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Цель преподавания дисциплины «Теоретические основы автоматизированного управления» заключается в формировании у студентов знаний и умений анализа и синтеза автоматизированных систем управления, а также применения основных положений и результатов теории автоматического управления, предназначенных для использования в области исследования и разработки автоматизированных систем обработки информации и управления, систем автоматизированного проектирования и информационной поддержки изделий, программного обеспечения автоматизированных систем. Цели освоения данной учебной дисциплины заключаются в подготовке специалистов, способных осуществлять разработку, внедрение, а также грамотное применение математического, информационного, технического и программного обеспечения средств вычислительной техники и автоматизированных систем управления путем формирования у студентов базовых знаний, необходимых для создания и применения прикладного программного обеспечения таких систем, использующего в значительной мере результаты теоретических основ автоматизированного управления.
2. МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина «Теоретические основы автоматизированного управления» относится к циклу профессиональных дисциплин, базовая часть. Для изучения дисциплины «Теоретические основы автоматизированного управления» студентам необходимо обладать знаниями, умениями и компетенциями дисциплин «Высшая математика», «Информатика», «Программирование», «Основы теории управления».
Знания, умения и компетенции, приобретенные студентами при изучении дисциплины «Теоретические основы автоматизированного управления» используются в дальнейшем при изучении последующих дисциплин «Основы систем управления ресурсами предприятия», «Введение в проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления», «Основы концептуального проектирования систем», «Аналитическое программное обеспечение».
3. КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ
ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ / ОЖИДАЕМЫЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАЗОВАНИЯ И КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА
ПО ЗАВЕРШЕНИИ ОСВОЕНИЯ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ
ДИСЦИПЛИНЫ
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций (в соответствии с ФГОС ВПО и требованиями к результатам освоения ООП):
общекультурных (ОК):
ОК-1 – владение культурой мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения;
ОК-2 – умение логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь, способность в письменной и устной речи правильно (логически) оформить результаты мышления;
ОК-4 – способность находить организационно-управленческие решения в нестандартных ситуациях и готовность нести за них ответственность;
ОК-6 – стремление к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства;
ОК-7 – умение критически оценивать свои достоинства и недостатки, намечать пути и выбирать средства развития достоинств и устранения недостатков;
ОК-8 – осознание социальной значимости своей будущей профессии, обладание высокой мотивацией к выполнению профессиональных задач;
ОК-10 – использование основных постулатов естественно-научных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического и компьютерного моделирования в теоретических и расчетно-экспериментальных исследованиях;
ОК-11 – понимание сущности и значения информации в развитии современного информационного общества, осознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдение основных требований информационной безопасности, в том числе по защите государственной тайны;
ОК-12 – владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, наличие навыков работы с компьютером как средством управления информацией;
ОК-13 – способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях;
ОК-17 – способность приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии.
профессиональных (ПК):
проектно-конструкторская деятельность:
ПК-1 – умение разрабатывать бизнес-планы и технические задания на оснащение отделов, лабораторий, офисов компьютерным и сетевым оборудованием;
ПК-2 – готовность к освоению методики использования программных средств для решения практических задач;
ПК-3 – способность разрабатывать интерфейсы «человек – электронно-вычислительная машина»;
ПК-4 – умение разрабатывать модели компонентов информационных систем, включая модели баз данных;
проектно-технологическая деятельность:
ПК-5 – умение разрабатывать компоненты программных комплексов и баз данных, использовать современные инструментальные средства и технологии программирования;
научно-исследовательская деятельность:
ПК-6 – способность обосновывать принимаемые проектные решения, осуществлять постановку и выполнять эксперименты по проверке их корректности и эффективности;
ПК-7 – умение готовить презентации, научно-технические отчеты по результатам выполненной работы, оформлять результаты исследований в виде статей и докладов на научно-технических конференциях;
сервисно-эксплуатационная деятельность:
ПК-11 – инсталлировать программное и аппаратное обеспечение для информационных и автоматизированных систем.
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
принципы построения математических моделей автоматизированных систем управления; методы синтеза алгоритмов анализа и расчёта систем автоматизации и управления; способы оценки основных параметров, характеристик и эффективности автоматизированных систем управления;
Уметь:
осуществлять постановку, формализацию и алгоритмизацию задач автоматизированного управления; применять принципы структурного анализа и методы модульной организации программного обеспечения автоматизированных систем управления; разрабатывать и использовать методы исследования систем автоматизации и оптимального управления производственными процессами;
Владеть:
необходимыми теоретическими знаниями, эффективными способами и приемами анализа и синтеза автоматизированных систем управления, современными численными методами моделирования систем автоматизированного управления.
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы
Виды учебной работы
|
Трудоемкость
дисциплины
|
Семестры (кол-во
недель в семестре)
|
Всего
часов
|
Из них в
интер-
активной
форме
|
7
(18)
|
|
|
|
Аудиторные занятия (всего)
|
|
|
|
|
|
|
в том числе:
|
Лекции (Л)
|
34
|
|
|
|
|
|
|
Лабораторные работы (ЛР)
|
–
|
|
|
|
|
|
|
Практические занятия (ПЗ)
|
34
|
|
|
|
|
|
Самостоятельная работа студента (СРС)
(всего), в том числе:
|
|
|
|
|
|
|
СРС
в семестре:
|
Курсовой проект (КП)
|
–
|
|
|
|
|
|
|
Курсовая работа (КР)
|
–
|
|
|
|
|
|
|
Расчетно-графические
работы (РГР)
|
–
|
|
|
|
|
|
|
Реферат (РЕФ)
|
–
|
|
|
|
|
|
|
Другие виды
самостоятельной работы
|
–
|
|
|
|
|
|
СРС
в сессию:
|
Экзамен
Консультация
|
4
1
|
|
|
|
|
|
Вид промежуточной аттестации(зачет,
экзамен)
|
Экзамен
|
|
|
|
|
|
Общая трудоемкость, ч.
|
73
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общая трудоемкость, зачетные единицы
|
2
|
|
|
|
|
|
4.2 Разделы дисциплины, виды занятий и формируемые компетенции по разделам учебной дисциплины
№
п./п.
|
Наименование раздела
дисциплины
|
Л
|
ЛР
|
ПЗ
|
СРС
|
Всего часов
(без экзамена)
|
Формируемые
Компетенции
(ОК, ПК)
|
1
|
Цели и задачи автоматизации технологических процессов
|
4
|
–
|
–
|
–
|
4
|
(ОК-1, 2, 4, 6, 7, 8,10, 11, 12, 13, 17)
(ПК-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,11)
|
2
|
Элементы теории систем автоматического управления
|
10
|
–
|
14
|
–
|
24
|
(ОК-1, 2, 4, 6, 7, 8,10, 11, 12, 13, 17)
(ПК-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,11)
|
3
|
Системы управления типовыми процессами химической технологии и пищевых производств
|
10
|
–
|
10
|
–
|
20
|
(ОК-1, 2, 4, 6, 7, 8,10, 11, 12, 13, 17)
(ПК-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,11)
|
4
|
Системы управления процессами в химических и биохимических реакторах
|
10
|
–
|
10
|
|
20
|
(ОК-1, 2, 4, 6, 7, 8,10, 11, 12, 13, 17)
(ПК-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,11)
|
Всего часов
|
34
|
|
34
|
|
68
|
|
4.3. Содержание дисциплины
4.3.1. Характеристика целей и задач управления химико-технологическими процессами. Технологический процесс как объект управления, характеристика координат объекта.
Введение. Необходимость применения систем автоматического управления в химическом производстве. Примеры.
4.3.2. Преобразование Лапласа, изображения производных. Определение передаточной функции, частотные характеристики. Структурные схемы систем автоматического управления, примеры преобразования структурных схем. Типовые звенья систем автоматического управления. Характеристика основных методов расчета систем автоматического управления. Алгоритм синтеза одноконтурной системы автоматического регулирования. Основные законы регулирования и типы регуляторов. Устойчивость систем автоматического управления, критерии устойчивости.
4.3.3. Регулирование расхода жидких, газообразных и сыпучих веществ. Схемы регулирования соотношения расходов. Регулирование уровня. Системы позиционного и непрерывного регулирования уровня. Примеры схем регулирования уровня в аппаратах химического производства. Регулирование параметров состава и качества. Примеры схем регулирования параметров состава и качества продуктов химического производства. Регулирование температуры. Примеры схем регулирования температуры. Регулирование pH. Характеристика основных способов построения систем устойчивого регулирования pH. Примеры схем регулирования pH. Регулирование давления. Примеры схем регулирования давления в аппаратах химического производства различного назначения.
4.3.4. Основные типы химических реакторов. Характеристика процессов, протекающих в химическом реакторе. Математическая модель реактора идеального смешения. Варианты модели для различных режимов работы реактора и типа реактора. Построение статических характеристик реактора. Каскадные системы управления химическим реактором. Методика исследования устойчивости режимов работы химических реакторов. Характеристика способов построения системы управления химическим реактором. Уравнения динамики системы регулирования, условия устойчивости стационарного состояния. Анализ системы управления реактором методом главных изоклин. Определение параметров системы. Построение диаграмм выделения-отвода тепла в реакторе. Условия устойчивости стационарного состояния.
4.4. Тематический план практических занятий
№
п./п
|
№ раздела
дисциплины
|
Темы практических занятий
|
Трудоемкость,
ч.
|
Формы текущего
контроля успеваемости
|
1
|
4.3.2
|
Синтез математической модели объекта по данным экспериментальных исследований
|
2
|
Контрольный опрос
|
2
|
4.3.2
|
Синтез одноконтурной САР с использованием метода расширенных частотных характеристик
|
4
|
Контрольный опрос
|
3
|
4.3.2
|
Синтез одноконтурной САР с использованием метода незатухающих колебаний
|
4
|
Контрольный опрос
|
4
|
4.3.2
|
Расчет и параметрический синтез комбинированных САР
|
4
|
Контрольный опрос
|
5
|
4.3.3
|
Расчет и параметрический синтез каскадных САР
|
4
|
Контрольный опрос
|
6
|
4.3.3
|
Расчет и параметрический синтез САР с дополнительным импульсом из промежуточной точки
|
2
|
Контрольный опрос
|
7
|
4.3.3
|
Расчет и параметрический синтез автономных САР
|
4
|
Контрольный опрос
|
8
|
4.3.4
|
Решение задач на определение управляемости и стабилизируемости объекта
|
2
|
Контрольный опрос
|
9
|
4.3.4
|
Расчет системы управления термогидродинамическим процессом
|
4
|
Контрольный опрос
|
10
|
4.3.4
|
Расчет системы управления процессом в химическом реакторе непрерывного действия
|
4
|
Контрольный опрос
|
4.5. Тематический план лабораторных работ (по данной дисциплине не предусмотрены)
4.6. Соответствие компетенций, формируемых при изучении дисциплины, и видов занятий с учетом форм контроля
Перечень
компетенций
|
Виды занятий
|
Формы контроля
|
Л
|
ЛР
|
ПЗ
|
КР
|
КП
|
СРС
|
|
ОК-1
|
+
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на лекции, ПЗ
|
ОК-2
|
+
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на лекции, ПЗ
|
ОК-4
|
+
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на лекции, ПЗ
|
ОК-6
|
+
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на лекции, ПЗ
|
ОК-7
|
+
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на лекции, ПЗ
|
ОК-8
|
+
|
|
|
|
|
|
Опрос на лекции
|
ОК-10
|
+
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на лекции, ПЗ
|
ОК-11
|
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на ПЗ
|
ОК-12
|
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на ПЗ
|
ОК-13
|
+
|
|
|
|
|
|
Опрос на лекции
|
ОК-17
|
+
|
|
|
|
|
|
Опрос на лекции
|
ПК-1
|
+
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на лекции, ПЗ
|
ПК-2
|
+
|
|
|
|
|
|
Опрос на лекции
|
ПК-3
|
+
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на лекции, ПЗ
|
ПК-4
|
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на ПЗ
|
ПК-5
|
+
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на лекции, ПЗ
|
ПК-7
|
+
|
|
|
|
|
|
Опрос на лекции
|
ПК-11
|
+
|
|
+
|
|
|
|
Опрос на лекции, ПЗ
|
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
-метод проектов,
-педагогика сотрудничества,
-игровые технологии (деловые игры),
-проблемное обучение,
-технология индивидуализации обучения,
-информационные технологии обучения;
частные технологии обучения:
-обратное тестирование,
-личностно-ориентированное развивающее обучение,
-лекция-беседа,
-лекция-дискуссия,
-лекция с применением техники обратной связи (тестирование, анкетирование).
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Контрольные вопросы для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
Какими основными группами переменных характеризуется объект регулирования?
Какие типовые законы регулирования Вы знаете?
В какой последовательности осуществляется синтез одноконтурной САР?
Какой математический аппарат используется для описания динамики дискретных систем?
Как записывается дискретный аналог ПИД-закона регулирования?
В чем сущность метода расширенных частотных характеристик?
В чем сущность метода незатухающих колебаний?
Какие типы многоконтурных САР Вы знаете?
Какие САР называются комбинированными?
В чем заключается принцип инвариантности?
Каковы условия физической реализуемости инвариантных САР?
Как осуществляется техническая реализация инвариантных САР?
Что такое каскадная САР?
Какие методы расчета каскадных САР Вы знаете?
Что собою представляет САР с дополнительным импульсом по производной из промежуточной точки?
Какие системы регулирования называются взаимосвязанными?
Что такое система несвязанного регулирования?
Что такое система связанного регулирования?
Какая САР называется автономной?
Какие способы регулирования объектов с запаздыванием Вы знаете?
Что собою представляет регулятор Смита?
Какие способы регулирования нестационарных объектов Вы знаете?
Что такое робастная система регулирования?
В чем заключается метод параметрической компенсации?
Как осуществляется синтез системы управления из условия заданного характера переходного процесса в замкнутой системе?
Как осуществляются предварительный выбор структуры и оценка параметров системы регулирования?
В чем заключается анализ статических связей между переменными?
Как оценивается качество регулирования?
Как осуществляется синтез формирующего устройства для получения требуемого управляющего воздействия?
Какие типовые схемы регулирования расхода Вы знаете?
Как осуществляется регулирование соотношения расходов?
Какие типовые схемы регулирования уровня Вы знаете?
Какие типовые схемы регулирования давления Вы знаете?
Какие типовые схемы регулирования температуры Вы знаете?
Какие типовые схемы регулирования pH Вы знаете?
Какие типовые схемы регулирования параметров состава и качества Вы знаете?
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
а) основная литература
1. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. – М.: Горячая линия – Телеком, 2009– 606 с.
2. Соснин О.М. Основы автоматизации технологических процессов и производств: учеб. пособие. – М.: Академия, 2009. – 240 с.
3. Основы автоматизации техпроцессов: учеб. пособие/А.В. Щагин и др. – М.: Высшее образование, 2009. – 163 с.
б) дополнительная литература
1. Баин А.М. Современные информационные технологии систем поддержки принятия решений: учеб. пособие. – М.: Форум, 2009. – 239 с.
2. Данилушкин И.А. Аппаратные средства и программное обеспечение систем промышленной автоматизации: учеб. пособие. – Самара, 2007. – 203 с.
3. Лютов А.Г. Интеллектуальные системы управления технологическими процессами: учеб. пособие. – Уфа: УГАТУ, 2008. – 130 с.
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Лекционные аудитории и компьютерный класс, оборудованный 15-ю компьютерами, объединенными в сеть.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ
ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Методические аспекты системы контроля учебного процесса:
-планирование проведения контроля знаний (когда контролировать),
-отбор заданий для проверки знаний, умений, навыков студентов (что контролировать);
-формирование набора контрольных заданий (как контролировать).
Виды контроля знаний:
-входной,
-текущий,
-рубежный,
-итоговый.
Формы текущего контроля знаний студентов:
-индивидуальные беседы со студентами,
-контроль на практических занятиях,
-контрольные собеседования,
-письменные работы студентов (индивидуальные домашние задания, отчёты по практическим работам)
-экзамены.
В целях определения единых подходов к организации учебного процесса в высших учебных заведениях разработаны единые критерии оценки знаний студентов:
«Отлично» -если студент глубоко и прочно усвоил весь программный материал, исчерпывающе, последовательно, грамотно и логически стройно его излагает, тесно увязывает с задачами и будущей деятельностью, свободно справляется с задачами и практическими заданиями, правильно обосновывает принятые решения, умеет самостоятельно обобщать и излагать материал, не допуская ошибок.
«Хорошо»- если студент твёрдо знает программный материал грамотно и по существу излагает его, не допуская существенных неточностей в ответе на вопрос, может правильно применять теоретические положения и владеет необходимыми умениями и навыками при выполнении практических заданий.
«Удовлетворительно»- если студент усвоил только основной материал, но не знает отдельных деталей, допускает неточности, недостаточно правильные формулировки, нарушает последовательность в изложении программного материала и испытывает затруднения в выполнении практических заданий.
«Неудовлетворительно» - если студент не знает значительной части программного материала, допускает существенные ошибки, с большими затруднениями выполняет практические задания, задачи.
Рабочая программа составлена с учетом требований Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) третьего поколения по направлению подготовки 230100.62 «Информатика и вычислительная техника», профиль подготовки «Информатика и вычислительная техника».
Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры
12.09.2011г., протокол № 2.
Разработчик Кириллов С.Б.____________________________________
(подпись)
Кафедра __Автоматизация биотехнических систем____________________
Зав.кафедрой ___Благовещенская М.М._____________________________
(подпись)
Рабочая программа согласована с УМК факультета Автоматизации биотехнических систем
Председатель УМК факультета _______________________________________
(подпись, Ф.И.О.)
(по принадлежности направления, специальности/специализации (профиля))
Рабочая программа одобрена на заседании совета факультета «___»______20___ г., протокол № _____.
Председатель совета факультета ____________________________________
(подпись, Ф.И.О.)
(по принадлежности направления, специальности/специализации (профиля)).
Приложение
ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ
на__________ / ___________ учебный год
В рабочую программу дисциплины _____________________________
вносятся следующие изменения:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Дополнения и изменения в рабочей программе рассмотрены и одобрены на заседании кафедры ____________________________________
«___» ______________ 20__ г., протокол № _______
Дополнения и изменения согласованы с УМК факультета________________
Председатель
УМК факультета____________________________________________
(подпись, Ф.И.О.)
(по принадлежности направления, специальности/специализации (профиля))
Рабочая программа одобрена на заседании совета факультета «___»______20___ г., протокол № _____.
Председатель совета факультета ____________________________________
(подпись, Ф.И.О.)
(по принадлежности направления, специальности/специализации (профиля) |
