Digital control systems

Description: The main ideas and principles of building digital control systems are presented. The mathematical description of analog and discrete signals and systems, issues of stability and quality of regulation of digital control systems, problems of analysis and synthesis of digital regulators are considered. The methods of transition from a continuous system to a discrete one and the methods of reverse transition, the features of the use of typical regulators in discrete form are studied. The issues of implementation of digital control systems are considered.

Amount of credits: 5

Пререквизиты:

• Nonlinear Systems of Automatic Control

Course Workload:

Component: University component

Cycle: Profiling disciplines

Goal

• Теоретическое и практическое освоение методов и средств построения цифровых систем управления

Objective

• Овладение знаниями и навыками построения, математического описания , основных идей и методов расчета и применения цифровых систем управления

Learning outcome: knowledge and understanding

• Специальные знания в области математических, естественных, гуманитарных и экономических наук.

Learning outcome: applying knowledge and understanding

• Способность применять базовые и специальные знания в области математических, естественных, гуманитарных и экономических наук в комплексной инженерной деятельности на основе целостной системы научных знаний об окружающем мире. Демонстрировать понимание сущности и значения информации в развитии современного общества, владение основными методами , способами и средствами получения, хранения, переработки информации; использование для решения коммуникативных задач современных технических средств и информационных технологий.

Learning outcome: formation of judgments

• Способность самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля, осознавать перспективность интеллектуального, культурного, нравственного, физического и профессионального саморазвития и самосовершенствования, уметь критически оценивать свои достоинства и недостатки.

Learning outcome: communicative abilities

• Способность эффективно работать индивидуально и в качестве члена команды, демонстрируя навыки руководства отдельными группами исполнителей, в том числе над междисциплинарными проектами, уметь проявлять личную ответственность, приверженность профессиональной этике и нормам ведения профессиональной деятельности.

Learning outcome: learning skills or learning abilities

• Демонстрировать знание правовых, социальных, экологических и культурных аспектов комплексной инженерной деятельности, осведомленность в вопросах охраны здоровья, безопасности жизнедеятельности и труда на производстве.

Teaching methods

- - интерактивная лекция (применение следующих активных форм обучения: ведомая (управляемая) дискуссия или беседа; демонстрация слайдов или учебных фильмов; мозговой штурм; мотивационная речь); - построение сценариев развития различных ситуаций на основе заданных условий; - информационно-коммуникационная (например, занятия в компьютерном классе с использованием различных профессиональных пакетов прикладных программ); - поисково-исследовательская (самостоятельная исследовательская деятельность студентов в процессе обучения).

Assessment of the student's knowledge

Teacher oversees various tasks related to ongoing assessment and determines students' current performance twice during each academic period. Ratings 1 and 2 are formulated based on the outcomes of this ongoing assessment. The student's learning achievements are assessed using a 100-point scale, and the final grades P1 and P2 are calculated as the average of their ongoing performance evaluations. The teacher evaluates the student's work throughout the academic period in alignment with the assignment submission schedule for the discipline. The assessment system may incorporate a mix of written and oral, group and individual formats.

The evaluating policy of learning outcomes by work type

Evaluation form

The student's final grade in the course is calculated on a 100 point grading scale, it includes:

• 40% of the examination result;
• 60% of current control result.

The final grade is calculated by the formula:

 

Where Midterm 1, Midterm 2are digital equivalents of the grades of Midterm 1 and 2;

E is a digital equivalent of the exam grade.

Final alphabetical grade and its equivalent in points:

The letter grading system for students' academic achievements, corresponding to the numerical equivalent on a four-point scale:

Topics of lectures

• Введение
• Техническая структура распределенной цифровой системы управления
• Функциональная структура цифровой системы управления
• Описание непрерывных сигналов
• Описание непрерывных динамических систем
• Описание дискретных сигналов
• Теорема Котельникова
• Описание дискретных систем
• Нули, полюсы и вычеты дискретной передаточной функции
• Переход от непрерывной системы к дискретной и обратный переход
• Анализ и синтез систем управления
• Основные показатели качества работы цифровых систем управления
• Динамические свойства экстраполятора (фиксатора) нулевого порядка
• Цифровые ПИД-регуляторы
• Вопросы реализации цифровых систем управления

Key reading

• 1. Теория автоматического управления: Учебник для вузов/ С.Е. Душин, Н.С.Зотов, Д.Х. Имаев и др. – М.: Высшая школа, 2003. – 567 с. 2 Изерман Р. Цифровые системы управления /Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 541 с. 3 Олсон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления. – СПб.: Невский Диалеккт, 2001. – 557 с.: ил. 4 Острем К., Виттенмарк Б. Системы управления с ЭВ/ Пер. с енгл. – М.: Мир, 1987. – 480 с., ил. 5 Дорф Р, Бишоп Р. Современные системы управления /Пер. с англ. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. – 832 с 6 Крутько П.Д. и др. Алгоритмы и программы проектирования автоматических систем. – М.: Радио и связь, 1988. – 306 с. 7 Теория автоматического регулирования.- Часть первая. Под ред. А. А. Воронова. М. : Высшая школа, 1986. 9 Методы классической и современной теории автоматического управления. Учебник в пяти томах./Под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2004. 10 Теория автоматического регулирования.- Часть вторая. Под ред. А. А. Воронова. М.: Высшая школа, 1986. – 504с. 11 Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы. – СПб.: Питер, 2005. – 336 с. 12 Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.1. Линейные системы. – М.: Физматлит, 2003. – 288 с. 13 Ротач В.Я. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 396 с. 14 Избранные главы теории автоматического управления. / Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков – СПб.: Наука, 2000. – 475 с. 15 Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления/Пер. с англ. – М.: Машиностроение, 1986. – 448 с., ил. 16 Поляков К.Ю. Основы теории цифровых систем управления: учеб. пособие; СПбГМТУ. – СПб.: 2006. 161 с. 17 В.В. Григорьев, С.В. Быстров и др. Цифровые системы управления: учеб. пособие; СПбГУ ИТМО. – СПб.: 2011. 133 с. 18. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов - СПб.: Питер, 2003. - 608 с.: ил. 19. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов.—13-е изд., исправленное. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.— 544 с. 20. Ли Т.Г., Адамс Г.Э., Гейнз У.М. Управление процессами с помощью вычислительных машин. Моделирование и оптимизация. – М.: Советское радио, 1972. – 312 с. 21. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.2. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы: Учебное пособие. – М.: Физматлит, 2004. – 464 с. 22. Мирошник Б.Р. Теория автоматического управления. Нелинейные и оптимальные системы. – СПб.: Питер, 2006. – 272 с. 23. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.1 – М.: Физматлит, 2004. 24. Джексон Р.Г. Новейшие датчики - М.: Техносфера, 2007. - 387 с