Автоматизированный учебный комплекс (АУК)
по дисциплине "Автоматизированное проектирование электроприводов"

преподавателя дисциплины "Автоматизированное проектирование электроприводов", специальность 140604 (180400) “Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов”.

форма обучения очная 5-летняя очная на базе ср. проф. обр.

Дисциплина относится к дисциплинам специализации и преподается в соответствии с решением Ученого совета ВГТУ. Рабочая программа составлена на основании рекомендаций ГОСа к содержанию и уровню подготовки выпускника по специальности 140604 "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов", утвержденных Заместителем Министра образования Российской Федерации В.Д. Шадриковым 27 марта 2000 г.

Составитель программы ст. преп., канд. техн. наук А.В. Романов

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры "Автоматика и информатика в технических системах", протокол № ___от "__ "___________ 2003 г.

Рабочая программа рассмотрена и одобрена методической комиссией ФАЭМ "__ "___________ 2003 г.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

1.1. Цель преподавания дисциплины.

Освоение принципов автоматизированного проектирования электроприводов на базе методов их математического описания с использованием технических средств интеллектуального терминального комплекса.

1.2. Задачи изучения дисциплины.

Студент должен иметь представление о структуре систем автоматизированного проектирования, декомпозиции процесса проектирования.

Студент должен знать и уметь использовать:

- содержание этапов проектирования автоматизированного электропривода;

- методы автоматического описания сложных электротехнических объектов и их составляющих;

- правила составления алгоритмов и программ расчета;

- состав и назначение технических средств автоматизированного проектирования;

- способы формирования и применения базы данных.

Студент должен иметь опыт:

- составлять техническое задание на проектирование автоматизированного электропривода;

- выполнять математическое описание сложных электротехнических объектов;

- составлять блок-схемы алгоритмов проектных процедур, программы расчета на языках высокого уровня;

- производить отладку программ на ЭВМ, работать в режиме диалога с ЭВМ.

1.3. Перечень дисциплин, знание которых необходимо при изучении данной дисциплины

Для изучения курса "Автоматизированное проектирование электроприводов" необходимо усвоение следующих разделов дисциплин:

1) Информатика: алгоритмизация и программирование; языки программирования высокого уровня; базы данных; программное обеспечение и технология программирования.

2) Инженерная графика и основы проектирования: виды конструкторских документов и правила их выполнения; автоматизированное оформление конструкторской документации.

3) Теория автоматического управления: математическое описание систем автоматического управления; структурные схемы САУ, их частотные и временные характеристики; исследование линейных САУ в пространстве состояний; синтез систем автоматического управления,

4) Элементы систем автоматики: управляемые вентильные преобразователи; датчики; аналоговые регуляторы.

5) Теория электропривода: математическое описание двигателей постоянного и переменного тока; нагрузочные диаграммы; методы проверки двигателей по нагреву; регулирование координат электропривода; энергетические показатели электропривода.

6) Системы управления электроприводов: защиты электропривода; непрерывные системы управления в электроприводах; адаптивно-модальное управление: обобщенная структурная схема и дискретная передаточная функция; синтез цифровых регуляторов; аппаратное и программные средства реализации цифровых систем.

7) Микропроцессорные средства в электроприводах и технических комплексах: структуры привода с цифровыми микропроцессорными регуляторами; программная реализация регуляторов; построение микропроцессорных управляющих устройств.

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Наименование тем, их содержание и объем.

Вводная лекция - 2 часа.

Практическая необходимость создания САПР электроприводов. Понятие "автоматизированное проектирование". Преимущества автоматизированного проектирования перед традиционным при проектировании сложных электротехнических устройств. История создания САПР. Поколения САПР и перспективы их развития.

1.Структура системы автоматизированного проектирования - 6 часов.

Системные принципы построения САПР. Укрупненная структурная схема САПР. Комплекс средств автоматизации проектирования. Математическое, программное, информационное, лингвистическое, методическое, организационное и техническое обеспечение. Основные подсистемы, инвариантные к отраслевой специфики: организационная, средства обеспечения, технические средства.

Классификация САПР по объекту проектирования, уровню и комплектности автоматизации проектирования, по выпускаемой проектной документации. Виды комплексов средств и компонентов САПР. Комплексы средств одного вида обеспечения и комбинированные: программно-методические. и программно-технические комплексы (ПМК к ПТК).

Общесистемные, базовые, проблемно-ориентированные и объектно-ориентированные ПМК. Требования, предъявляемые к ПТК: центральному вычислительному комплексу (ЦВК), автоматизированному рабочему месту (АРМ). Классификация АРМ, проблемно-ориентированные и объектно-ориентированные АРМ, АРМ высокой, средней и низкой производительности. Вычислительная сеть и ее составляющие. Режимы работы ЭВМ. Структура комплекса технических средств автоматизированного рабочего места.

2. Технические средства терминального комплекса - 10 часов.

Принципиальная схема интеллектуального терминального комплекса. Принцип действия и характеристики составляющих терминального комплекса.

Профессиональные персональные электронные вычислительные машины. Схема устройства ПК. Графические дисплеи. Классификация, устройства и принцип работы графических дисплеев, технические характеристики.

Устройства ввода и вывода графической информации. Классификация устройств ввода графической информации (УВГИ). Полуавтоматические устройства кодирования графической информации: фотоэлектрические, акустические, электромагнитные, магнитострикционные, Характеристики УВГИ типа планшет. Устройства автоматического считывания графической информации, их классификация и технические характеристики.

Классификация устройств вывода графической информации (КВДГИ). Графопостроители: планшетные, барабанные, роликовые и комбинированные. Алфавитно-цифровые печатающие устройства, классификация, важнейшие характеристики. Ударные матричные принтеры, струйные принтеры, принтеры с термопереносом восковой мастики, с термосублимацией красителя, цветные лазерные принтеры. Тенденции развития принтеров.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Роли и задачи ВЗУ в системах автоматизированного проектирования. Классификация ВЗУ. Накопители на жестком диске винчестерского типа, накопители на оптических дисках, магнитооптический накопитель, флоптические накопители. Тенденции в развитии ВЗУ. Методы формирования и использования базы данных.

3. Автоматизированный электропривод (АЭП) как объект проектирования - 4 часа.

Общая структура системы АЭП к ее составляющие. Точки сопряжения системы АЭП с внешней средой.

Типовая структура сложной технической системы (СТС и краткая характеристика ее составляющих.

4. Структура процесса проектирования АЭП - 4 часа.

Достоинства и недостатки блочно-иерархического подхода. Необходимая информация для проектирования АЭП. Описание свойств объекта. Типы значений свойств объекта.

Жизненный цикл сложного электротехнического устройства. Схема процесса проектирования при блочно-иерархическом подходе, результаты проектирования.

5. Этапы проектирования АЭП. - 6 часов.

Содержание технического задания, технического предложения, эскизного, технического и рабочего проектирования. Зависимость объема описания, трудоемкости, технико-экономической эффективности от этапа проектирования. Выбор принципиальных решений при проектировании автоматизированного электропривода. Построение силовой части электропривода. Типы сигналов в АЭП, структура систем управления.

Особенности формирования технического задания на проектирование АЭП с учетом точек сопряжения с внешней средой.

Иерархическая структура обработки сигналов в сложных технических системах с непрерывном производством, характеристика уровней управления. Организация защиты системы АЭП, требования, предъявляемые к защите.

6. Математические модели электроприводов и их преобразование - 6 часов.

Роль математической модели при автоматизированном проектировании. Уровни математических моделей и способы описания моделей на каждом уровне. Требования точности, экономичности и универсальности.

Метод переменных состояния в описании систем АЭП. Соединение объектов систем АЭП в динамические комплексы.

Взаимосвязь векторно-матричной формы описания объекта с его передаточной функцией. Алгоритм формирования динамических комплексов.

7. Формирование статических и динамических характеристик АЭП - 2 часа.

Расчет статических характеристик одноконтурных и многоконтурных систем АЭП, формирование и исследование переходных процессов многоконтурных систем. Алгоритмы и программа расчета статики и динамики систем автоматизированного электропривода.

8. Оптимизация сложных электротехнических устройств при автоматизированном проектировании - 4 часа.

Понятие о критериях оптимизации и целевой функции. Поиск условного и безусловного экстремумов. Поисковая оптимизация, этапы вычислительного процесса при оптимизации.

Классификация критериев оптимальности. Методы поиска экстремума при оптимизации задач проектирования. Алгоритмы реализации метода, покоординатного спуска, метода "золотого сечения" и др. методов оптимизации динамики электропривода.

9. Автоматизированный расчет энергетических показателей АЭП. - 2 часа.

Алгоритм расчета энергетических показателей автоматизированных электроприводов постоянного и переменного тока. Программное обеспечение автоматизированного расчета энергетических показателей электроприводов постоянного и переменного тока.

10. Модульный принцип проектирования систем автоматизации фирмы Siemens - 5 часов.

Структура модульного проектирования фирмы Siemens. Программные cсредства реализации модульного проектирования электроприводов.

Технические средства, применяющие в составе модулей, правила модульного проектирования электроприводов различной сложности.

3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

3.1. Рекомендуемая литература.

3.1.1. Основная литература.

1. Орлов Н.Н., Маслов С.И. Системы автоматизированного проектирования электромеханических устройств: Учеб. пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 296 с.

2. Корячко В.П. и др. Теоретические основы САПР: учебник / В.П. Корячко, В.М. Курейчик, И.П. Норенков. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 400 с.

3. Фролов Ю.М., Романов А.В. Автоматизированное проектирование электроприводов: Учеб. пособие. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2003. 205 с. - 715 Кб.

3.1.2. Дополнительная литература.

1. Башарин А.В., Постников Ю.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ: Учеб. пособие. - 3-е изд. - Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 512 с.

2. Разработка САПР: в 10 кн. под ред. А.В. Петрова. - М.: Высшая школа, 1990.

3. Фролов Ю.М. Автоматизированное проектирование электроприводов постоянного тока: Учеб. пособие. - Воронеж. политехн. ун-т. Воронеж, 1992. - 140 с.

4. Фролов Ю.М. Технические средства автоматизированного проектирования: Учеб. пособие. - Воронеж. гос. техн. ун-т. Воронеж, 1996. - 149 с.

5. Романов А.В., Фролов Ю.М. Методические указания к лабораторным работам № 1 - 5 по курсу "Автоматизированное проектирование электроприводов " для студентов специальности 180400 "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов" очной формы обучения. Воронеж, ВГТУ, 2003. 26 с. – 260 Кб.