Тезисы докладов Всероссийской научной конференции "Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB" (28-29 мая 2002 г.). М.: ИПУ РАН. 2002. 207 С.: Ил.

Опыт использования системы MATLAB при проведении лабораторных работ по курсу “теория автоматического управления”

Малицкий П.М.
Московский государственный университет (МГТУ) “СТАНКИН”, г. Москва

За последние полвека функциональные возможности и направления применения компьютеров развивались стремительно, оказывая огромное влияние на эволюцию научной и технической мысли. Особенно значительны перемены в теории и практике разработки систем управления, где на всех этапах проектирования, производства, функционирования систем в целом и отдельных ее подсистем в настоящее время, как правило, используют компьютерные средства и технологии.

Поэтому такие курсы, как “Основы автоматики”, “Теория автоматического управления” и другие аналогичные им, включены в учебные планы различных инженерных специальностей и являются одним из важнейших элементов общетехнического образования.

В МГТУ “СТАНКИН” разработана примерная программа дисциплины “Теория автоматического управления”, рекомендованная Министерством образования России для направлений подготовки (специальностей) в области техники и технологии, сельского и рыбного хозяйства. Программа написана в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для направлений подготовки (специальностей) 550200 – Автоматизация и управление; 552900 – Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств; 553000 – Системный анализ и управление. Авторы программы: заведующий кафедрой “Электротехника, электроника и автоматика” МГТУ “СТАНКИН”, д.т.н., профессор Кузовкин В.А. и профессор СПбГТУ Козлов В.Н. Подготавливается к изданию полный комплект методических материалов по курсу “Теория автоматического управления”, включающий в себя учебник “Теория автоматического управления”, написанный в соответствии с указанной выше примерной программой, учебное пособие “Теория автоматического управления в примерах и задачах” (издано в 2001 году) и Методические указания к выполнению лабораторно-вычислительного практикума (находятся в стадии апробации).

В МГТУ “СТАНКИН” методы теории автоматического управления изучаются в течение одного семестра на всех технических факультетах в дисциплине “Теория автоматического управления”, в течение двух семестров в дисциплине “Основы автоматического управления” (специальность 190100 “Приборостроение”) и в течение одного семестра в магистерском курсе “Цифровое управление техническими системами”.

Каждая лабораторная работа по курсу “Теория автоматического управления” проводится после того, как на лекции прочитан материал, относящийся к тематике данной лабораторной работы, и проведено семинарское занятие, на котором аналитические методы теории закреплены путем решения типовых задач.

Лабораторный практикум будет включать описания семи лабораторных работ:

1. Исследование характеристик типовых звеньев системы автоматического управления.
2. Анализ соединений типовых звеньев.
3. Анализ устойчивости линейных систем автоматического управления.
4. Синтез линейных систем автоматического управления.
5. Исследование характеристик линейных импульсных систем автоматического управления.
6. Исследование характеристик основных структур дискретно-непрерывных систем автоматического управления.
7. Анализ устойчивости линейных дискретных систем автоматического управления.

В докладе обоснован выбор системы MATLAB для проведения перечисленных лабораторных работ (в частности, пакетов анализа и синтеза систем управления расширения Control System Toolbox, специально предназначенных для решения самых разнообразных задач теории и практики автоматического управления).

Описание каждой лабораторной работы включает в себя:

1. цель работы;
2. вопросы для подготовки к работе;
3. порядок выполнения работы;
4. порядок оформления отчета с результатами и выводами.

Так как каждой лабораторной работе предшествует семинарское занятие, на котором студенты самостоятельно решают типовые задачи, то помимо обязательного выполнения предписанного в описании перечня заданий, студенты проверяют с помощью системы MATLAB правильность полученных на семинарском занятии решений и в отчете по лабораторной работе делают соответствующие выводы. Каждая лабораторная работа защищается студентом индивидуально.

В докладе представлены не только описания трех лабораторных работ, но и примеры их выполнения. Приведены исходные числовые данные, текст программы на языке системы MATLAB, пояснения к тексту программы, а также полученные характеристики и графики, что позволяет продемонстрировать широкие возможности использования системы MATLAB при проведении лабораторных работ по курсу “Теория автоматического управления”.