Связь с другими дисциплинами учебного плана
Основы теории управления базируются на математических и общих естественнонаучных дисциплинах:
математический анализ;
вычислительная математика;
физика;
информатика.
Курс ОТУ существенно опирается также на общепрофессиональные дисциплины учебного плана:
технология программирования;
электротехника и электроника;
метрология стандартизация и сертификация.
Изучение дисциплины предъявляет высокие требования к уровню математической подготовки студентов. Основной трудностью усвоения дисциплины является широкое применение материала из следующих разделов математики: дифференциальное и интегральное исчисление, ряды, теория функций комплексного переменного, включая преобразование Лапласа, теория матриц.
Краткие исторические сведения
Первые упоминания об автоматических устройствах относятся к древности, например автоматы по отпуску святой воды у древних арабов.
1675 г. – маятниковый регулятор хода часов Гюйгенса.
1765 г. – изобретение поплавкового регулятора уровня воды в паровом котле Ивана Ползунова.
1769 г. – центробежный регулятор Джеймса Уатта для стабилизации скорости вращения вала паровой машины.
Приведём схему регулятора Уатта.
Рисунок 1. 2. Система регулирования скорости паровой турбины с регулятором Уатта (показанного пунктиром)
При увеличении скорости металлические шарики за счёт центробежной силы расходятся, что приводит к перемещению втулки вверх по оси регулятора и, через рычажный механизм, способствует уменьшению подачи пара, что, в свою очередь, уменьшает скорость вращения.
Дальнейшее развитие автоматики связано с её использованием в первую очередь в военных целях. Отметим следующие периоды, в которые автоматика получала серьёзное развитие и применение:
первая мировая война – самоуправляемые торпеды;
вторая мировая война – появление ракетного оружия, в частности немецкие ФАУ-2, поражавшие цели в Англии;
1954 г. – создание управляемого атомного реактора в СССР;
1957-1961 – начало космической эры: спутники и полёт Ю. Гагарина в СССР.
В настоящее время автоматика и цифровые контроллеры широко используются в различных областях, начиная от сложных технологических процессов и заканчивая бытовыми приборами.
Назовём фамилии некоторых учёных, внесших значительный вклад в развитие теории управления:
|
Российские учёные |
Зарубежные учёные |
Область теории управления |
|
И. Вышнеградский |
Дж. Максвелл |
Теория регуляторов |
|
А. Ляпунов |
Г. Найквист |
Теория устойчивости |
|
В. Солодовников |
Г. Браун, Г. Чеснат |
Частотные методы |
|
Я. Цыпкин |
Ю. Ту |
Импульсные системы |
Важнейшие научные проблемы теории управления обсуждаются на конгрессах ИФАК (IFAC–InternationalFederationofAutomaticControl). На одном из конгрессов ИФАК в Лондоне принимала участие И.Н. Печорина - основатель кафедры «Автоматика и информационные технологии» УГТУ-УПИ.
Раздел 2. Автоматические системы и задачи теории управления
Терминология. Объекты и системы автоматического управления (САУ). Основные принципы построения систем управления. Классификация САУ по назначению: системы программного управления, системы стабилизации, следящие системы. Основные этапы разработки САУ. Роль и средства математического описания системы и целей управления.