Синтез цифрових систем керування
Спеціальність: Комп'ютеризовані системи управління та автоматика
Код дисципліни: 7.174.06.E.018
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Комп'ютеризовані системи автоматики
Лектор: Лагун І.І.
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування та розвиток у студентів компетентностей:
інтегральна компетентність: Здатність розв’язувати складні задачі і проблеми автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій у професійній діяльності та/або у процесі навчання, що передбачає проведення досліджень та/або провадження інноваційної діяльності та характеризується комплексністю та невизначеністю умов і вимог.
загальні компетентності:
ЗК1. Здатність проведення досліджень на відповідному рівні.
ЗК3. Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу.
фахові компетентності:
СК4. Здатність аналізувати виробничо-технологічні системи і комплекси як об’єкти автоматизації, визначати способи та стратегії їх автоматизації та цифрової тра-нсформації.
СК6. Здатність застосовувати сучасні методи теорії автоматичного керування для розроблення автоматизованих систем управління технологічними процесами та об’єктами.
Результати навчання: У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі програмні результати навчання:
РН03. Застосовувати спеціалізовані концептуальні знання, що включають сучасні наукові здобутки, а також критичне осмислення сучасних проблем у сфері автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій для розв’язування складних задач професійної діяльності.
РН07. Аналізувати виробничо-технічні системи у певній галузі діяльності як об’єкти автоматизації і визначати стратегію їх автоматизації та цифрової трансформації.
РН08. Застосовувати сучасні мате-матичні методи, методи теорії ав-томатичного керування, теорії надійності та системного аналізу для дослідження та створення систем автоматизації складними технологічними та організаційно-технічними об’єктами, кіберфізичних виробництв.
РН12. Збирати необхідну інформацію, використовуючи науково-технічну літературу, бази даних та інші джерела, аналізувати і оцінювати її.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Супутні навчальні дисципліни:
Інтелектуальні технології керування
Моделювання та оптимізація систем керування
Короткий зміст навчальної програми: У навчальній дисципліні „Синтез цифрових систем керування” розглядаються теоретичні та практичні аспекти побудови цифрових систем керування.
Опис: Вступ. Предмет дисципліни та її завдання. Функціональна та структурна схеми цифрової системи керування (ЦСК) і принцип її роботи. Режим реального часу. Концепція розподіленого цифрового керування. Приклади ЦСК.
Математичні моделі об'єктів керування (ОК). Побудова дискретних моделей ОК на основі неперервних моделей (дискретний об’єкт). Автоматизована ідентифікація об’єктів за даними активного експерименту.
Перетворення вхідних та керуючих сигналів у ЦСК. Пристрої спряження з об’єктом. Алгоритми опитування давачів. Математичний опис елементів ЦСК. Дельта-імпульсний модулятор. Поліноміальні екстраполятори.
Цифровий обчислювальний пристрій, як основний елемент ЦСК, та його математичний опис у форматі цифрового фільтра. Різницеві рівняння та дискретні передавальні функції. Програмна реалізація роботи цифрового обчислювалього пристрою. Стійкість цифрових фільтрів. Вимоги щодо точності завдання коефіцієнтів цифрових фільтрів. Пряме, послідовне і паралельне програмування цифрових фільтрів.
Передавальні функції замкненої ЦСК. Частотні характеристики ЦСК. Стійкість та оцінка запасу стійкості цифрових систем. Методи побудови перехідних процесів у цифрових системах. Критерії якості ЦСК. Динамічний показник керування. Фільтрація сигналів у цифрових системах керування. Аліасний ефект. Типовий контур безпосереднього цифрового керування та його аналіз. Багатоканальне цифрове регулювання. Неперервна модель цифрової системи. Еквівалентний цифровому неперервний регулятор.
Дискретизація неперервних алгоритмів регулювання в часовій області, також алгоритмів, заданих в операторній формі. Обґрунтування оптимальної структури дискретних алгоритмів регулювання. Програмна реалізація дискретних алгоритмів. Дискретні алгоритми в інкрементній формі.
Задача синтезу ЦСК та її особливості. Вибір періоду дискретності в системах з цифровими регуляторами. Методи параметричного синтезу систем з цифровими регуляторами. Метод заданого запасу стійкості по модулю та фазі (GPM). Метод розширених комплексних частотних характеристик. Розрахунок систем з ПІД-регуляторами за методом коренів другої кратності. Метод багатокритеріальної параметричної оптимізації.
Синтез і аналіз цифрових систем з послідовно-паралельною корекцією. Системи прогнозуючого регулювання об’єктів з великим запізненням. Автоматичні системи регулювання з широтно-імпульсною модуляцією. Автоматичні системи на основі контролерів з внутрішньою моделлю. Обмеження регулюючої змінної в автоматичних системах.
Каскадні системи з коригуючим і стабілізуючим регуляторами. Двоконтурні автоматичні системи з динамічною корекцією. Комбіновані автоматичні системи регулювання. Адаптивні системи з самонастроюванням параметрів.
Апаратно - програмні засоби автоматичних систем. Програмовані логічні мікропроцесорні контролери. Промислові мережі та інтерфейси. Інтерфейс користувача, SCADA – системи.
Методи та критерії оцінювання: Методи оцінювання рівня досягнення здобувачем результатів навчання передбачають:
1. Поточний контроль роботи здобувача:
– тестове опитування;
– індивідуальне усне опитування на практичних заняттях;
– виконання практичних робіт та їх захист.
2. Підсумковий (екзаменаційний) контроль:
Складання екзаменаційного контролю передбачає виконання письмової та усної компонент.
Письмова компонента включає завдання трьох рівнів складності:
– завдання 1-го рівня – тестові завдання;
– завдання 2-го рівня – розкриття змісту понять та визначень;
– завдання 3-го рівня – повний розгорнутий виклад поставленого питання.
Критерії оцінювання результатів навчання: Критеріями оцінювання результатів навчання є:
– характер засвоєння вже відомого знання (рівень усвідомлення, міцність запам'ятовування, обсяг, повнота і точність знань);
– якість виявленого студентом знання, логіка мислення, аргументація, послідовність і самостійність викладу, культура мовлення;
– ступінь оволодіння вже відомими способами діяльності, уміннями і навичками застосування засвоєних знань на практиці;
– оволодіння досвідом творчої діяльності;
– якість виконання роботи (зовнішнє оформлення, темп виконання, ретельність).
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: Поточний контроль:
- лабораторні роботи - 45.
Екзаменаційний контроль:
- письмова компонента - 50;
- усна компонента - 5.
Рекомендована література: 1. Ковела І.М. Цифрові системи керування. Конспект лекцій, Львів, 2010.
2. Ельперін І.В. Промислові контролери. Конспект лекцій, Київ НУХТ, 2007.
4. Репнікова Н.Д. Теорія автоматичного керування: класика і сучасність. Підручник. – К.- НТУУ «КПІ», 2011, 328 с.
5. Євстіфєєв В.О. Теорія автоматичного керування. За редакцією д.т.н., професора Д.Й. Родькіна. Частина друга. Спеціальні системи автоматичного керування. Навчальний посібник. – Кременчук: КДПУ, 2005. – 185 с., іл.
6. Ситнік Б.Т. Комп'ютерні системи керування: Навч. посібник. – Ч1.– ЦСК. –Харків: УкрДУЗТ, 2019. – 182 с.
7. Ситнік Б.Т. Комп'ютерні системи керування: Навч. посібник. – Ч.2 – Цифрові комп'ютерні системи керування – Харків: УкрДУЗТ, 2019. – 141 с.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).
Синтез цифрових систем керування (курсова робота)
Спеціальність: Комп'ютеризовані системи управління та автоматика
Код дисципліни: 7.174.06.E.019
Кількість кредитів: 2.00
Кафедра: Комп'ютеризовані системи автоматики
Лектор: Лагун І.І, Самотий В.В.
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Здатність розв’язувати складні наукові задачі та практичні проблеми під час професійно-наукової діяльності у галузі «Автоматизація та приладобудування» або у процесі навчання, що передбачає застосування теорій та методів цифрового оброблення сигналів та зображень, синтезу цифрових систем керування, проектування робототехнічних комплексів гнучких автоматизованих виробництв, математичного моделювання, інтелектуальних технологій керування, планування експерименту та опрацювання результатів досліджень.
ЗК1. Здатність до аналізу та синтезу.
ЗК4. Мати дослідницькі навички.
ЗК5. Мати навички розроблення та управління проектами.
ЗК6. Уміння розв’язувати поставлені задачі та приймати відповідні рішення.
ЗК12. Відповідальність за якість виконуваної роботи.
ФК2. Грунтовні знання в галузі автоматизації та приладобудування, необхідні для освоєння науково-орієнтованих дисциплін.
ФК7. здатність використовувати знання предметної галузі, фундаментальних наук, уміння та навички визначати ціль та задачі для вибору технічного, інформаційного та організаційного забезпечення при проектуванні комп’ютерно-інтегрованих систем автоматики.
ФКС6. Здатність складати алгоритми параметричної оптимізації процесів систем автоматики, використовуючи детерміністичні та ймовірнісні оптимізаційні методи
Результати навчання: Унаслідок вивчення навчальної дисципліни студент повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
а) структури цифрових систем керування та їх властивості;
б) принципи аналого-дискретного перетворення вхідних сигналів та цифро-аналогового перетворення керуючих сигналів;
в) математичний опис елементів цифрових систем керування;
г) критерії якості цифрових систем керування.
д) методи вибору періоду дискретності в системах з цифровими регуляторами.
ж) методи синтезу цифрових систем керування.
Результати вивчення цієї дисципліни деталізують такі програмні результати навчання:
1. Грунтовні знання наукових понять, методів та засобів для реалізації цифрових систем керування.
2. Знання методів дискретизації неперервних алгоритмів керування та обґрунтування їх оптимальної структури.
3. Знання методів програмної і технічної реалізації дискретних алгоритмів регулювання.
4. Вміння використовувати набуті знання на практиці в процесі реалізації комп’ютерно-інтегрованих систем.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: пререквізити:
- Теорія автоматичного керування;
- Цифрові системи керування.
Короткий зміст навчальної програми: У навчальній дисципліні „Синтез цифрових систем керування (КР)” розглядаються теоретичні та практичні аспекти синтезу автоматичних систем з цифровими регуляторами за методом багатокритеріальної параметричної оптимізації .
Опис: Функціональна та структурна схеми цифрової автоматичної
системи регулювання
Параметричний синтез ЦСК
Зміст курсової роботи
Теми і варіанти завдань на курсову роботу
Методи та критерії оцінювання: Курсова робота складається з пояснювальної записки і графічної частини.
Пояснювальна записка повинна містити огляд літературних джерел, описи схем, розрахунки, програми, графіки та рисунки.
Загальна максимальна оцінка за виконану роботу складає 100 балів.
Критерії оцінювання результатів навчання: Критеріями оцінювання результатів навчання є:
– характер засвоєння вже відомого знання (рівень усвідомлення, міцність запа-м'ятовування, обсяг, повнота і точність знань);
– якість виявленого студентом знання, логіка мислення, аргументація, послідовність і самостійність викладу, культура мовлення;
– ступінь оволодіння вже відомими способами діяльності, уміннями і навичками застосування засвоєних знань на практиці;
– оволодіння досвідом творчої діяльності;
– якість виконання роботи (зовнішнє оформлення, темп виконання, ретельність).
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Ковела І.М. Цифрові системи керування. Конспект лекцій, Львів, 2010.
2. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием.- М.: Горячая линия – Телеком, 2009.- 608 с.
3. Ельперін І.В. Промислові контролери. Конспект лекцій, Київ НУХТ, 2007.
4. Оллсон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления.- СПб.: Невский Диалект, 2001. – 557с.
5. Ротач В.Я. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2008.-396с.
6. Бойко Н.П., Стеклов В.К. Системы автоматического управления на базе микро ЭВМ. - К.: Техника, 1999.- 182 с.
7. Микропроцессорные системы автоматического управления /Под общ.ред. В.А.Бессекерского. - Л.: Машиностроение, 1988. - 365 с.
8. Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984.- 591 с.
9. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы. Учеб.пособие / Под ред. В.В.Солодовникова. - М.: Высш.школа, 1991. - 255с.
10. Шавров А.В., Солдатов В.В. Многокритериальное управление в условиях статистической неопределенности . - М.: Машиностроение. - 1990. - 160 с.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).