Қазақстан Республикасының



жүктеу 0.78 Mb.
бет1/6
Дата24.09.2017
өлшемі0.78 Mb.
  1   2   3   4   5   6





ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА

Ф3 И ВКГТУ 701.01


Система менеджмента качества

Рабочая программа,

методические указания по выполнению контрольных работ


Стр. из




Қазақстан Республикасының Министерство

Білім және ғылым образования и науки

министрлігі Республики Казахстан
Д. Серікбаев атындағы ВКГТУ

ШҚМТУ им. Д. Серикбаева


ҚҰРАЛДАР МЕН АВТОМАТТАНДЫРУ ЖҰЙЕЛЕРІНІҢ АЖЖ

Жұмыс бағдарламасы,

бақылау жұмыстарын орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

САПР УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Рабочая программа,

методические указания по выполнению контрольных работ

Специальность: 5В070200 «Автоматизация и управление»

Форма обучения: заочная

Өскемен


Усть-Каменогорск

2012


Рабочая программа, методические указания по выполнению контрольных работ разработаны на кафедре «Приборостроение и автоматизации технологических процессов» на основании Государственного общеобязательного стандарта образования для студентов специальности 5В070200 «Автоматизация и управление» заочной формы обучения.

1 ТРУДОЕМКОСТЬ ДИСЦИПЛИНЫ




семестр

Количество кредитов

Вид занятий

Количество часов СРС

Общее количество часов

Форма контроля

Количество контактных часов

Лекции

Семинар. (практ.)

занятия

Лаборат. занятия

СРСП

Всего часов

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Заочная форма обучения (Сокращенная, на базе колледжа)

4

2

4

-

6

10

20

70

90

Экзамен

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ


2.1 Описание изучаемой дисциплины
Дисциплина «САПР устройств и систем автоматизации» входит в блок базовых дисциплин и является курсом по выбору. Изучение данной дисциплины необходимо для формирования у студентов фундаментальных знаний по соответствующей специальности. В дисциплине систематизированы принципы организации систем автоматизированного проектирования (САПР), методы автоматизированного проектирования, математические модели, программные и технические средства, применяемые при проектировании устройств и систем автоматизации.
2.2 Цели и задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины – изучение основных приемов системотехнического проектирования, базирующихся на методах математического и компьютерного моделирования; освоение студентами теоретических основ систем автоматизированного проектирования, применяемых при разработке устройств и систем автоматизации; получение навыков при решении инженерных задач проектирования сложных технических систем автоматизации с помощью САПР.

Задачей курса является:



  • освоение классификации существующих САПР устройств и систем автоматизации и областей их использования для решения комплекса задач, связанных с проектированием изделий;

  • определение характеристик функциональных подсистем САПР, освоение методик их построения;

  • практическое освоение ряда САПР, получивших распространение в промышленности и являющихся характерными представителями отдельных классов систем;

  • развить навыки системотехнического подхода при комплексном проектировании;

  • развить у студентов умение самостоятельно приобретать и углублять знания, полученные при изучении курса;

  • ознакомление с перспективами и основными направлениями совершенствования САПР устройств и систем автоматизации.


2.3 Результаты изучения дисциплины
Обучающиеся должны знать:

  • стандарты, методические и нормативные материалы, сопровождающие проектирование аппаратных средств систем автоматизации и управления;

  • методы и средства разработки математического, лингвистического, информационного и программного обеспечения систем автоматизации;

  • правила, методы и средства подготовки технической документации;

  • современные средства вычислительной техники, используемые при проектировании приборов и систем;

  • технические характеристики и экономические показатели отечественных и зарубежных образцов программно-технических комплексов систем автоматизации и управления;

  • характерные особенности автоматизации проектирования на базе средств вычислительной техники;

  • требования, которым должна удовлетворять система автоматизированного проектирования;

  • структуру программного обеспечения САПР.

Обучающиеся должны иметь следующие навыки:

  • логического мышления при проектировании устройств и систем;

  • использования современных компьютерных систем для разработки конструкторской и технической документации новых приборов и автоматизированных систем управления;

  • работы с современными программными средствами проектирования;

  • работы с учетом реальных производственных отношений;

  • использования стандартов, ГОСТов и ЕСКД.

Ключевыми компетенциями являются:

  • организация работ по разработке и эксплуатации программных комплексов систем автоматизированного управления различными объектами производства;

  • использование знаний при создании программных средств управления приборами и автоматизированными системами.


2.4 Пререквизиты
Для изучения дисциплины «САПР устройств и систем автоматизации» студентам необходимы знания следующих дисциплин: основы информационно-измерительных технологий; цифровая и аналоговая обработка сигналов; элементы и устройства автоматики; основы построения современных систем управления; теория линейных систем автоматического регулирования;
2.5 Постреквизиты
Знания по дисциплине «САПР устройств и систем автоматизации» необходимы при изучении цикла профессиональных дисциплин специальности и написания дипломной работы.

3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


3.1 Тематический план занятий


Наименование темы

Трудоемкость, час.

Форма обучения

Заоч. сокр.

1

2

Лекционные занятия

Тема 1. Цель и основные задачи курса. Предмет и содержание, его место в системе подготовки и значение в практической деятельности. Современные тенденции проектирования сложных технических систем с помощью САПР.

0,5

Тема 2. Общие сведения о проектировании. Понятие инженерного проектирования. Способы реализации проектирования (неавтоматизированный, автоматизированный, автоматический).

0,5

Тема 3. Системный подход как основа для автоматизации проектирования.

Общесистемные принципы САПР.



1

Тема 4. Система автоматизированного проектирования.

Цели создания и задачи САПР. Состав и структура САПР. Проектирующие и обслуживающие подсистемы САПР.



1

Тема 5. Виды обеспечения САПР (техническое, программное, информационное, лингвистическое, организационное, методическое, математическое).

1

Тема 6. Классификация САПР (по отраслевому назначению, по целевому назначению, по характеру базовой подсистемы, по масштабу).

1

Лабораторные занятия

Тема 1. Ознакомление с программой Matlab.

1

Тема 2. Основные приемы моделирования с использованием Simulink

1

Тема 3. Имитационное моделирование с использованием библиотеки блоков Sim Power Systems. Источники электрической энергии

1

Тема 4. Имитационное моделирование с использованием библиотеки блоков Sim Power Systems. Измерительные и контрольные устройства.

1

Тема 5. Имитационное моделирование с использованием библиотеки блоков Sim Power Systems. Элементы силовой электроники Power Electronics

1

Тема 6. Создание отчетов имитационного моделирования

1

Самостоятельная работа студента под руководством преподавателя

Тема 1. Интерактивная система Matlab. Получение навыков математических вычислений с матрицами, использование справочной информации

2

Тема 2. Интерактивная система моделирования динамических систем Simulink.Моделирование динамических систем. Создание графических изображений данных моделирования.

1

Тема 3. Библиотека блоков Sim Power Systems. Изучение библиотеки блоков для имитационного моделирования электротехнических устройств.

2

Тема 4. Раздел Electrical Sources (источники электрической энергии) библиотеки блоков SPS. Изучение параметров и назначения блоков, Выбор оптимальных входных параметров для получения заданных показателей.

1

Тема 5. Раздел Measurements (измерительные и контрольные устройства) библиотеки блоков SPS. Изучение параметров и назначения блоков. Измерение показаний с использованием различных блоков.

1

Тема 6. Раздел Power Electronics (Элементы силовой электроники) библиотеки блоков SPS. Изучение параметров и назначения блоков Выбор оптимальных входных параметров для получения заданных показателей.

1

Тема 7. Раздел Machines (Электрические машины) библиотеки блоков SPS. Изучение параметров и назначения блоков. Выбор оптимальных входных параметров для получения заданных показателей.

1

Тема 8. Графический интерфейс пользователя Powergui. Умение работы с графическим интерфейсом. Создание отчетов схем моделирования.

1

Самостоятельная работа студента

Тема 1. Анализ исторического развития методов инженерного проектирования

5

Тема 2. Системный подход как основа для автоматизации проектирования

5

Тема 3. Комплекс средств автоматизации проектирования

5

Тема 4. Состав и структура САПР

5

Тема 5. Классификация и техническая характеристика САПР

5

Тема 6. Техническое обеспечение САПР

5

Тема 7. Программное обеспечение САПР

5

Тема 8. Информационное и методическое обеспечение САПР

5

Тема 9. Лингвистическое и организационное обеспечение САПР

5

Тема 10. Математическое обеспечение САПР

5

Тема 11. САПР в компьютерно – интегрированном производстве

5

Тема 12. Математическое моделирование динамических систем

5

Тема 13. Стадии проектирования и состав проектов

5

Тема 14. Типовые решения в САПР технологических процессов.

5

4 ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ


4.1 Цель выполнения контрольной работы
При выполнении контрольной работы перед студентами ставятся следующие цели:

– ознакомление со средой MATLAB, с принципами ввода и отображения данных, визуализация расчетных данных; ознакомление с интерактивной системой моделирования SIMULINK, с принципами построения схем моделирования;

– изучить назначение и параметры блоков библиотеки SimPowerSystems;

– научиться моделировать динамические системы с использованием интерактивной системы.

Каждый студент должен выполнить контрольную работу, которая включает 4 задания по приведенным темам.
4.2 Выбор темы контрольной работы
Каждый студент выполняет все темы контрольной работы по варианту, определяемому по последней цифре идентификационного номера (таблица 1). Темы контрольных работ представлены ниже в пункте 5.
Таблица 1 – Матрица вариантов


Последняя цифра номера зачетной книжки

Номер варианта контрольной работы

Последняя цифра номера зачетной книжки

Номер варианта контрольной работы

1

1

6

1

2

2

7

2

3

3

8

3

4

4

9

4

5

5

0

5


4.3 Требования, предъявляемые к контрольной работе
Контрольные работы выполняются студентом самостоятельно с использованием ПЭВМ и распечатываются на листе формата А4. Титульный лист оформляется в соответствии с установленной формой (Приложение А). В отчете указывается название и цель проделанной темы. Приводятся схемы моделирования и результаты моделирования в форме временных диаграмм с указанием единиц измерения переменных и значений их величин. Обязательно делаются выводы о полученных результатах при моделировании заданных электротехнических систем. Изложение материала должно быть кратким и только по существу вопроса.
4.4 Порядок оформления контрольной работы
Текст работы может быть написан от руки или набран на компьютере через 1 интервал, шрифт 14 Times New Roman, на одной стороне стандартного листа белой бумаги формата А4. Необходимо строго соблюдать поля: левое поле 30 мм, правое – 10 мм, нижнее – 20мм, верхнее – 20 мм, Нумерация страниц в правом верхнем углу.

5 ТЕМАТИКА КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ


5.1 Тема «Ознакомление с программой MATLAB»

5.1.1 Цель и содержание работы

Целью работы является ознакомление студентов с математическим пакетом MATLAB, с принципами ввода и отображения данных; получение практических навыков по проведению вычислений с использованием библиотеки математических функций, визуализации расчетных данных.



5.1.2 Краткие теоретические сведения



MATLAB - это высокопроизводительный язык для технических расчетов, позволяющий проводить вычисления, моделирование, визуализацию и программирование в удобной среде, где задачи и решения выражаются в форме, близкой к математической. MATLAB - это интерактивная система, в которой основным элементом данных является массив.

Система MATLAB содержит шесть основных частей:



Среда MATLAB. Это набор инструментов и приспособлений, с которыми работает пользователь. Она включает в себя средства для управления переменными в рабочем пространстве MATLAB, вводом и выводом данных, а также создания, контроля и отладки М-файлов и приложений MATLAB.

Язык MATLAB. Это язык матриц и массивов высокого уровня с управлением потоками, функциями, структурами данных, вводом-выводом и особенностями объектно-ориентированного программирования.

Графическая система MATLAB. Графическая система включает в себя набор команд высокого уровня для визуализации двух- и трехмерных данных, обработки изображений, анимации и иллюстрированной графики. Она также включает в себя команды низкого уровня, позволяющие полностью редактировать внешний вид графики.

Библиотека математических функций. Это обширный набор вычислительных алгоритмов от элементарных функций, таких как сумма, синус, косинус, комплексная арифметика, до более сложных, таких как обращение матриц, нахождение собственных значений, функции Бесселя, быстрое преобразование Фурье.

Программный интерфейс. Это библиотека, которая позволяет писать программы на Си и Фортране, которые взаимодействуют с MATLAB.

Simulink - это интерактивная система для моделирования динамических систем. Simulink работает с линейными, нелинейными, непрерывными, дискретными, многомерными системами.

Чтобы запустить MATLAB на компьютере необходимо дважды щелкните на иконку MATLAB. На экране появляется командное окно MATLAB, в которое могут вводиться числа, переменные, операторы, названия функций.

По умолчанию после запуска пакета MATLAB на экране появляется комбинированное окно, включающее четыре наиболее важные панели:


  • Command Window (командное окно) – самая используемая панель. В ней набирают команды пользователя, подлежащие немедленному исполнению. Предназначено для ввода математических выражений, получения результатов вычислений и выдачи сообщений, получаемых системой.

  • Command History (История команд) хранит все команды, набираемые пользователем, однако в отличие от содержимого Command Window (Окно команд) сюда не попадают сообщения системы и результаты вычислений. Эта информация может оказаться полезной для формирования программы, исполняемой в автоматическом режиме. Предназначено для просмотра и повторного вызова ранее введенных команд.

  • Workspace (Рабочее пространство) отображает текущий набор переменных, заведенных пользователем в командном окне. Предназначено для хранения списка всех переменных.

  • Current Directory (Текущий каталог) является аналогом известной программы Проводник, но имеет для MATLAB свое особое предназначение. Дело в том, что, кроме работы с математическими выражениями из командного окна, пользователь также может работать с файлами. Предназначено для установки текущего каталога.

  • Окно Launch Pad (до 7 версии) или Start (панель запуска) MATLAB, которое предназначено для просмотра дерева файловой системы, отображения программных продуктов установленных на компьютере. Показывает список установленных компонентов MATLAB и предоставляет удобный доступ к их документации, демонстрационным примерам и специализированным графическим средам.

Ввод данных

При введении данных нужно руководствоваться несколькими условиями:

- для введения в рабочее пространство MATLAB некоторой переменной А и присвоения ей числового значения 5 следует написать в командном окне выражение:

А=5;


Если после введенного выражения не поставить знак ";", то MATLAB повторит введенное выражение

А =


5

Если после введенного выражения поставить знак ";", то MATLAB запомнит введенную переменную в рабочем пространстве без повторения.

- при введении матрицы или вектора элементы строки отделяются друг от друга пробелами или запятыми, точка с запятой используется для обозначения окончания каждой строки, а весь список элементов окружается квадратными скобками:

А=[1 2 4 5; 12 15 20 25; 5 7 9 11; 22 2 20 50];


С введенными в рабочее пространство переменными, векторами или матрицами можно производить различные арифметические операции или использовать их в качестве аргументов встроенных функций.

Элемент в строке i и столбце j матрицы А обозначается А(i,j). Например, А(4,2) - это число в четвертой строке и втором столбце.

Веденное в командном окне выражение

А=1:10


определяет А как вектор-строку со значениями

A =


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Выражения

Как и большинство языков программирования, MATLAB предоставляет возможность использования математических выражений, основными составляющими которых являются переменные, числа, операторы, функции.

В MATLAB нет необходимости в определении типа переменной или ее размерности. Когда MATLAB встречает новое имя переменной, он автоматически создает переменную и выделяет соответствующий объем памяти.

Например, запись

ааа=20

создает матрицу 1х1 с именем ааа и сохраняет значение 20 в ее единственном элементе.



Имена переменных состоят из букв, цифр, или символов подчеркивания. MATLAB чувствителен к регистрам и отличает заглавные и строчные буквы. Чтобы увидеть матрицу, связанную с переменной, просто введите название переменной и нажмите клавишу Enter.

Операторы

Выражения используют обычные арифметические операции и правила старшинства.

+ сложение

- вычитание

* умножение

/ деление

^ степень

Для вывода списка операторов необходимо набрать в командном окне



help ops

Функции

MATLAB предоставляет большое количество элементарных функций, таких как abs, sqrt, exp,sin. Вычисление квадратного корня или логарифма отрицательного числа не является ошибкой: в этом случае результатом является соответствующее комплексное число.

Чтобы вывести список всех элементарных математических функций можно наберать в командном окне

help elfun

Для вывода более сложных математических и матричных функций, соответственно



help specfun

help elmat

Для получения справки по какой-то конкретной функции и правилах ее применения



help имя_функции

Пользователь может создать свою функцию, которая будет использоваться в его дальнейшей работе. Функцию пользователя можно создать по следующему приведенному алгоритму:

1) Вызов окна редактора m-файлов путем нажатия кнопки New M-File (Создать m-файл).

2) Ввод строки

function z=expxp(x)

Ключевое слово function объявляет новую функцию, имя которой expxp, а ее параметр – х. Символ Z определяет значение функции при аргументе x.

3) Задание новой функции (функции пользователя). Пусть

z=exp(x)/x

4) Сохранение функции пользователя на диске. Для этого достаточно щелкнуть мышью по кнопке Save (Сохранить).

5) Закрытие окна редактора m-файлов.

Функция пользователя z=exp(x)/x создана.

6) Для вычисления функции при данном аргументе х достаточно набрать имя функции и значение аргумента в круглых скобках. Например, z=expxp(1). На экране получим значение функции z = 2.7183.



Графика

MATLAB имеет широкие возможности для создания графических изображений данных и результатов расчетов или моделирования.

Функция plot имеет различные формы, связанные с входными параметрами, например plot(y) создает кусочно-линейный график зависимости элементов y от их индексов. Если в качестве аргументов заданы два вектора, plot(t,y) создаст график зависимости y от x.

Вызов функции plot с многочисленными параметрами создаст несколько графиков, причем MATLAB автоматически присвоит каждому графику свой цвет (исключая случаи, когда это делает пользователь), что позволяет различать заданные наборы данных.

Результирующий график, который выводится в отдельном окне, называется графическим окном (figure window).

Подграфики

Функция subplot позволяет выводить множество графиков в одном окне или распечатывать их на одном листе бумаги.

subplot(m,n,p)

разбивает графическое окно на матрицу m на n подграфиков и выбирает p-ий подграфик текущим.

Функция grid расставляет на графиках пунктирные линии, соответствующие делениям на координатных осях.

Рабочее пространство

Рабочее пространство - это область памяти, в которой хранится совокупность созданных за время сеанса работы MATLAB переменных, и которая доступна из командной строки рабочего окна MATLAB. Две команды, who и whos, показывают текущее содержание рабочего пространства. Команда who выдает краткий список переменных в рабочем пространстве, а команда whos размер и используемую память.

Команда save сохраняет содержание рабочего пространства в МАТ-файле, который может быть прочитан командой load в последующих сеансах работы MATLAB. Например,

save Февраль12

сохраняет содержимое всего рабочего пространства в файле Февраль12.mat. Если нужно сохранить только определенные переменные, их имена указываются после имени файла.

Чтобы очистить командное окно, необходимо из меню Edit задать команду Clear Command Window

Чтобы очистить историю команд, необходимо из меню Edit задать команду Clear Command History

5.1.3 Задание по вариантам

Для закрепления материала работы, каждому студенту необходимо в соответствии со своим вариантом задания в таблице 1 (номер последней цифры идентификационного кода) следующее:



  1. Создать функцию пользователя y=f(x)

  2. Вычислить ее значение в точке х0

  3. Простроить график функции

  4. Создать и сохранить файл с расширением (*.mat)

  5. Оформить отчёт в соответствии с общими требованиями работы.

Структура построения отчета:

– титульный лист согласно общим требованиям оформления отчётов;

– название и цель работы;

– задание, с указанием исходных данных;

– алгоритм создания пользовательской функции и вычисленное значение переменной;

– результирующий график пользовательской функции, выведенный в графическое окно программы;

– результат работы (МАТ-файл).
Таблица 1 – Варианты заданий


№ варианта

Функция

х0

1



4,21

2



6,32

3



4,75

4



8,29

5



1,23





Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4   5   6


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет