Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Факультет вычислительной математики и кибернетики
Кафедра нелинейных динамических систем
и процессов управления
 
   
Новости Сотрудники Учебная деятельность Научная деятельность Студенты и аспиранты О кафедре
   

Упpaвлeниe тeхничecкими oбъeктaми

Кафедральный обязательный курс



Лекции читает Фомичёв Василий Владимирович
Практические занятия проводит Гончаров Олег Игоревич

Для студентов 3 курса, читается в 6 семестре.

Лекции 2 ч. в неделю, экзамен в 6 семестре.

Целью курса является ознакомление студентов с прикладными вопросами применения ТАУ в составе современных систем управления.

В первой части курса даются базовые представления о автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП). Разбираются математические модели компонент этих систем. Основной упор делается на то, как структура системы управления, рассматриваемая в рамках ТАУ, отображается на структуру реальных систем управления, какие неидеальности и ограничения вносит физическая реализация в математические модели.

Вторая часть посвящена задаче реализации регулятора в виде программы для микроконтроллера и предполагает выполнение студентами упражнений по реализации простейших систем управления.

Литература и ссылки

  1. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием — М.:Горячая линия-Телеком, 2009 г. - 608 с.
  2. Денисенко В.В. Энциклопедия АСУ ТП [Электронный ресурс] / В.В. Денисенко – Режим доступа: http://bookasutp.ru/
  3. Архитектура 8-разрядных микроконтроллеров семейства AVR[Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/micros/avr/arh/start.htm
  4. AVR Libc Home Page [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.nongnu.org/avr-libc/
  5. The Insider's Guide To The STM32 ARM Based Microcontrollers. An Engineer's Introduction To The STM32 Series [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.hitex.com/index.php?id=download-insiders-guides
  6. Ознакомительное руководство по ARM-микроконтроллерам Cortex-M3 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/micros/arm/cortex_arh/index.htm
  7. Atmel. megaAVR microcontrollers [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.atmel.com/products/microcontrollers/avr/megaavr.aspx

Программа курса

  • Лекция 1. Основные понятия и примеры систем управления.
    Повторяются основные понятия теории автоматического управления:
    объект управления, управление, цель управления, управляющее устройство, закон управления и т.д.
    Повторяются основные требования к системе управления: устойчивость, грубость, физическая реализуемость, требования качества.
    Повторяется основные принципы управления: программного управления, компенсации, обратной связи.
    Приводится примеров систем управления различной сложности и основанных на различных физических принципах.
    По ходу изложения курса они будут использоваться в качестве иллюстраций.
  • Лекция 2. Структура систем управления, основные компоненты СУ, архитектура реализации СУ, требования к архитектуре СУ.
    Покомпонентно разбирается структурная схема системы управления, как схема информационных потоков в системе.
    Вводится понятие архитектуры автоматизированной системы.
    Излагаются типовые требования к архитектуры, рассматриваются основные типы архитектур: централизованная, распределенная, иерархическая.

    Скачать слайды
  • Лекция 3. Функциональные компоненты СУ: передача сигналов.
    Рассматриваются способы передачи информации в СУ.
    Сигналы. Различная физическая природа сигналов. Классификация сигналов по наличию квантования уровня и времени.
    Аналоговые интерфейсы передачи данных.
    Цифровые интерфейсы. Промышленные сети, специфические требования к промышленным сетям, примеры протоколов: RS-232, RS-485, CAN, TTP, modbus.
    Математическая модель передачи данных с точки зрения ТАУ.

    Скачать слайды
  • Лекция 4. Функциональные компоненты СУ: первичные преобразователи (датчики) и исполнительные органы.
    Датчики. Основные физические принципы, классификация по измеряемой величине, типовые интерфейсы связи.
    Примеры датчиков: концевые выключатели, оптическая пара, датчики позиции (реостат, относительный энкодер), датчики температуры, акселерометры.
    Общая математическая модель датчика и основные неидеальности.
    Исполнительное устройство и его основная функция.
    Широтно-импульсная модуляция.

    Скачать слайды
  • Лекция 5. Функциональные компоненты СУ: преобразующее устройство.
    Реализация аналоговых на различных физических принципах.
    Реализация цифровых систем управления.
    Архитектура промышленных контроллеров, предъявляемые к ним требования.
    Программное обеспечение и представления о операционных системах реального времени.

    Скачать слайды
  • Лекция 6. Архитектура АСУ ТП.
    Архитектура автоматизированных систем управления, представления о программных и аппаратных средствах реализации таких систем.
    Архитектура иерархических и распределенных АСУ. Объектовая и функциональная декомпозиция. Принцип открытости.
    Представления о OPC серверах их функция в обеспечении выполнения принципа открытости системы.
    Человеко-машинный интерфейс, SCADA пакеты.

    Скачать слайды
  • Лекция 7. Архитектура микроконтроллеров.
    Архитектура микроконтроллеров (на примере AVR и Cortex-M), ядро, память, прерывания.
    Основное внимание уделяется особенностям архитектуры, связанным с областью приложения. Привидятся примеры кода для AVR и STM32.
    Гарвардская архитектура. Примеры (8-bit AVR, Cortex-M3).
    Память, типы памяти: ОЗУ, энергонезависимая память программ, энергонезависимая память данных
    Взаимодействие с периферией.
    Прерывания. Контроллер прерываний ядра Cortex-M3.

    Скачать слайды
  • Лекция 8. Периферийные устройства микроконтроллеров: ввод/вывод общего назначения, внешние прерывания.
    Ввод/вывод общего назначения. Примеры кода.
    Обработка внешних событий. Примеры кода.

    Скачать слайды
  • Лекция 9. Периферийные устройства микроконтроллеров: универсальные счетчики/таймеры, аналого-цифровые преобразователи.
    Универсальные счетчики-таймеры, основные функции. Примеры кода.
    Аналого-цифровые преобразователи. Примеры кода.

    Скачать слайды
  • Лекция 10. Периферийные устройства: UART. Средства программирования и отладки.
    Универсальный асинхронный приемопередатчик. Примеры кода. Реализация стандартного ввода/вывода.
    Средства программирования МК (цепочка утилит, загрузка программы).
    Средства отладки.

    Скачать слайды
  • Лекция 11. Задача: система управления следящего сервопривода.
    В этой части курса подробно разбирается задача, подобная тем, что будут даны студентам в рамках практической работы.
    Математическая модель системы следящего сервопривода
    Упрощение модели: исключение насыщения, ШИМ, задержки по времени.
    ПИД регулятор, его реализация с использованием арифметики с фиксированной точкой.
    Программная реализация системы управления.

    Скачать слайды
  • Практическая работа
    Консультации по практическим заданиям, прием работ, проверка работоспособности программ.