Министерство образования Московской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования Московской области

 «Краснозаводский химико-механический колледж»

                                                                                     УТВЕРЖДАЮ

                                                                                     Зам. директора по УВР

                                                                                     _________С.В. Тринитатова

Методическая разработка

Конкурса – игры

«Важные предметы в профессии моей»,

проводимой в рамках недели специальности

220703 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)

                                                                           Разработал

                                                                преподаватель спецдисциплин

                                                                        _____________О.А. Солдатова     

Краснозаводск 2015г.

Пояснительная записка

Методическая разработка предназначена для проведения недели специальности 220703 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям) среди студентов 2 курса специальностей, реализуемых в колледже. В методической разработке определены цели, задачи и порядок проведения внеклассного мероприятия конкурса-игры “Важные предметы в профессии моей”.

Задания конкурсов сформулированы таким образом, чтобы в игре могли участвовать студенты технических специальностей. Часть конкурсных заданий сопровождается презентациями и заданиями на карточках, что позволяет игрокам легче воспринимать материал.

Конкурсные задания позволяют использовать знания, полученные на занятиях по учебным дисциплинам: математике, информатике, инженерной графике.

Сценарий конкурса-игры

“Важные предметы в профессии моей”

Цель: развитие и укрепление интереса студентов к изучению и более успешному овладению предметом «Инженерная графика»

Задачи:

1.Создание условий для использования знаний и опыта обучающихся на практике.

2. Воспитание самостоятельности и ответственности при выборе решения.

3. Развитие коллективной и групповой деятельности.

4. Развитие умений действовать в условиях производственной ситуации.

5.Создание условий для интерактивного обучения при совместной деятельности обучающихся и преподавателя.

6. Развитие коммуникативных качеств обучающихся.

Оборудование:

Компьютер, мультимедиапроектор, карточки.

Вступление.

Слово ведущему.

1. Конкурс “Разминка”.

Каждой команде (вместе с группой поддержки) ведущий поочередно задает занимательные вопросы. Нужно отвечать быстро. За правильный ответ присуждается 1 балл. Если команда не может ответить, то могут ответить болельщики (в этом случае команде присуждается 0,5 балла),  либо соперники (0,5 балла).

2. Конкурс “Термины” (ПРИЛОЖЕНИЕ 1)

Командам предлагается называть термины по математике, черчению, информатике. Задание выдается для каждой команды. Выигрывает команда, назвавшая больше терминов. Начальная буква термина задана в каждой строке. За правильно заполненную ячейку группе присуждается 0,5 баллов. Максимальное количество за задание – 7,5 баллов. Во время работы команд ведущий проводит игру со зрителями – “Разгадай ребус”.

3. Конкурс «Прочитать высказывание о чертеже» (ПРИЛОЖЕНИЕ 2 )

4. Конкурс капитанов

Капитану каждой команды выдаются задания.

Задание №1. (ПРИЛОЖЕНИЕ 3)

На листах бумаги, которую вы получите, будут указаны координаты нескольких точек. Ваша задача как можно быстрее построить точки и последовательно их соединить, чтобы получился рисунок.

Кто первым выполнит рисунок, получает 3 балла. Проигравший - 2 балла.

Задание №2. (ПРИЛОЖЕНИЕ 4)

На рисунке даны три проекции и аксонометрическое изображение детали. Беря по порядку цифры с прямоугольных проекций и заменяя их буквами с соответствующих элементов аксонометрического изображения, прочитайте, как переводится с греческого языка слово "Аксонометрия".

За правильно выполненное задание присуждается 2 балла.

Итого за конкурс капитанов - максимальное количество 5 баллов.

В это время ведущий проводит со зрителями “Викторину”, за правильные ответы по одному баллу.

5. Командный конкурс (ПРИЛОЖЕНИЕ 5)  

6. Конкурс “Криптограмма” (ПРИЛОЖЕНИЕ 6 - ключ, ПРИЛОЖЕНИЕ 7 - ответ)

Командам предлагается определить ключ к разгадыванию (каждой команде по два ключа), правильно определённый ключ оценивается - 2 баллами. Во время работы команд проводится игра со зрителями “Загадай число”.

Кроссворд для болельщиков (ПРИЛОЖЕНИЕ 8)

7. Викторина по специальности

Подведение итогов игры (ПРИЛОЖЕНИЕ 9 – сводный протокол), протокол оценивания болельщиков.

Ход мероприятия

Ведущий

Добрый день! Мы приветствуем всех гостей, студентов на мероприятии, проводимом в рамках недели специальности Автоматизация технологических процессов и производств “Важные предметы в профессии моей” и объявляем его открытие.

Ведущий

Дорогие студенты! Я надеюсь, что наша игра пройдет интересно и с пользой. Не секрет, что математика, инженерная графика, информатика — важнейшие науки современности. Пожалуй, нет такой профессии, в которой бы они были не нужны. И в повседневной жизни нам не обойтись без этих наук. Об этом мы стараемся не забывать на занятиях, об этом хотелось бы поговорить и сегодня на нашем мероприятии.

1. Конкурс “Разминка”

Каждой команде (вместе с группой поддержки) ведущий поочередно задает занимательные вопросы. За правильный ответ присуждается 1 балл. Если команда не может ответить, то помогают либо болельщики (в этом случае команде присуждается 0,5 балла), либо соперники (0,5 балла).

Математика

1. От куска провода длиной 10 м электрик каждый день отрезает 2 м. Сколько раз он проделает эту операцию до того, как провод закончится? (4 раза)

2. Как называется правильный шестигранник? (Куб)

3. Назовите раздел геометрии, в котором изучаются свойства фигур в пространстве. (Стереометрия)

4. Назовите простейшие фигуры в геометрии. (Точка, прямая, плоскость)

5. В древности этого термина не было. Его ввёл в XVII веке французский математик Франсуа Виет, в переводе с латинского он означает “спица колеса”. Что это? (Радиус)

6. Что есть у растения и у уравнения? (Корень)

7. Как называется утверждение, требующее доказательства. (Теорема)

8. Для измерения больших расстояний на Руси использовали единицу “поприще” заменённую позже “верстой”. От восточных купцов пошла единица “аршин”, поэтому возникла поговорка … (Мерить на свой аршин)

Черчение

1. Если на угол в 10° посмотреть через лупу с четырехкратным увеличением, угол, какой величины мы увидим? (100)

2. Назовите габаритные размеры основной надписи? (55*185)

3. Как называется проекция, на которой размещается вид спереди? (Фронтальная)

4. Какой линией изображается невидимая часть детали? (Штриховой)

Информатика

1. И ведёт легко и быстро

Мой компьютер сложный счёт

Он решенье программисту

На ……….. выдаёт. (Дисплей)

2. Может ли человек заразиться компьютерным вирусом? (нет)

3. Что является мозгом ЭВМ? (Процессор)

4. Назовите основные устройства персонального ЭВМ. (Системный блок, принтер, монитор, клавиатура)

2. Конкурс “Термины”

Командам предлагается вписать термины по математике, черчению, информатике. Задание выдается для каждой команды. Выигрывает команда, вписавшая больше терминов.

Начальная буква термина задана в каждой строке. За правильно заполненную ячейку группе присуждается 0,5 баллов. Максимальное количество за задание– 7,5 баллов.

Ведущий

А пока поиграем с болельщиками игра – “Разгадай ребус” (На экране). За каждое правильное слово болельщик получает один балл. Баллы плюсуются в общий фонд команды болельщика.

3. Конкурс «Прочитать высказывание о чертеже» 

Даны 3 проекции и аксонометрическое изображение детали. Беря по порядку цифры с прямоугольных проекций и заменяя их буквами с аксонометрической проекции, прочитайте: что такое чертёж? (ПРИЛОЖЕНИЕ 2)

Чертеж -  язык техники

Ведущий

Пока команды, готовятся, предлагается болельщикам отгадать стихотворение-задачу.

Задам сейчас задачу я.
Послушай, вот моя семья:
Дедуля, бабушка и брат.
У нас порядок в доме, лад

И чистота. А почему?
Две мамы есть у нас в дому.
Два папы, два сыночка,
Сестра, невестка, дочка,
А самый младший — это я!
Какая же у нас семья?

(ответ - всего 6 человек: дед и баба, отец и мать, дочь и сын.)

4. Конкурс капитанов

Капитану каждой команды выдаются задания.

Задание №1.

На листах бумаги, которую вы получите, будут указаны координаты нескольких точек. Ваша задача как можно быстрее построить точки и последовательно их соединить, чтобы получился рисунок.

Кто первым выполнит рисунок, получает 3 балла. Проигравший - 2 балла.

Задание №2.

На рисунке даны три проекции и аксонометрическое изображение детали. Беря по порядку цифры с прямоугольных проекций и заменяя их буквами с соответствующих элементов аксонометрического изображения, прочитайте, как переводится с греческого языка слово "Аксонометрия".

За правильно выполненное задание присуждается 2 балла.

Итого за конкурс капитанов - максимальное количество 5 баллов.

5. Командный конкурс

Пока капитаны выполняют задание, командам даются следующие задания:

1. Нужно нарисовать человечка, используя при этом только геометрические фигуры, цифры, математические символы и знаки. Чем больше символов и знаков, тем выше оценка задания. Каждый символ и знак оценивается – 0,1 балла.
2. Построить дом, из одинаковых вырезанных из бумаги частей. На рисунок-подсказку разрешается посмотреть 15 секунд. Выполнивший задание первым, получает 3 балла.

В это время ведущий проводит игру со зрителями, за правильные ответы по одному баллу. (Презентация «Игра со зрителями»)

6. Конкурс “Криптограмма”

Криптограмма - это шифрованное письмо (тайнопись). Чтобы разгадать криптограмму, надо расшифровать ключевые слова, приведенные к ней. Количество букв в ключевом слове соответствует количеству чисел в нем. Одно и то же число, встречающееся как в ключевых словах, так и в самой криптограмме, соответствует одной и той же букве. Следует отметить, что иногда не все буквы, встречающиеся в ключевых словах, используются при расшифровке криптограммы.

Символ (треугольник, круг и т. п.) между числами в криптограмме означает расстояние между словами в зашифрованном письме. Заменив все числа криптограммы соответствующими им буквами, получаем ее расшифровку.

Командам предлагается определить ключ к разгадыванию (каждой команде по два ключа), правильно определённый ключ оценивается - 2 баллами.

Пока команды выполняют задание, проводится конкурс “Кроссворд для болельщиков”

Каждое правильное слово оценивается одним баллом. Баллы плюсуются в общий фонд команды болельщика.

7. Викторина по специальности

Химики

1. Назовите химические элементы, которые носят одинаковые названия с городами России. Никель (Мурманская обл.), Марганец (Днепровская обл.), Бор (Горьковская обл.)

2. Назовите химические элементы, которые носят одинаковые названия с городами в России. Мышьяк – мышь, як

3. Отбросьте две первые буквы в названии химического элемента первой группы и получите название дугообразнозагнутой кости, входящей в состав грудной клетки. Серебро – ребро

Автоматизация

1. Единица электрического сопротивления. Ом
2. На конденсаторе написано 60 мкФ. Сколько это в фарадах? 0,006 Фарад
3. Отношение напряжения к силе тока – это... Сопротивление

Автомеханики

1. Сколько педалей в автомобиле с механической коробкой передач? Три
2. Назовите кислоту и ее формулу, используемую в аккумуляторной батарее. Серная -
3. Для чего нужен коленчатый вал в двигателе? Для преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Подведение итогов игры

Ведущий:

Итак, игра завершена! Сейчас мы назовем команду — победительницу, ею стала команда группы…

Благодарим участников игры.

Неоценима и помощь болельщиков. Спасибо!

За это мероприятие мы повторили и обобщили полученные ранее знания, надеемся, что это принесет вам большую пользу.

КОНКУРС  «Термины»                                          

Команда группы №___________

Впишите в пустые клеточки термины по МАТЕМАТИКЕ, ЧЕРЧЕНИЮ, ИНФОРМАТИКЕ.

Начальная буква термина задана  в каждой строке. За правильно заполненную ячейку группе присуждается  0,5 баллов. Максимальное количество  за задание – 7,5 баллов.

Конкурс капитанов

Задание №1.

    На листах бумаги, которую вы получили,  указаны координаты нескольких точек. Ваша задача как можно быстрее построить точки и последовательно их соединить, чтобы получился рисунок.

Координаты даны в сантиметрах

(-1; 3), (-3; 3), (-3; 5), (-2; 6), (2; 6), (3; 5), (3; 2), (-1; -5), (-3; -5), (1; 2), (1; 4), (-1; 4)

Задание №2

                      На рисунке даны три проекции и аксонометрическое изображение детали.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Задание «Построй дом»

Заполните шаблон «ДОМ» вырезанными из бумаги частями.

Разгадав криптограмму, вы узнаете, как в словаре русского языка Сергеем Ивановичем Ожеговым трактуется термин «Информация».

Вопросы:

а) 9, 16, 13 — Наименьшая единица измерения информации, выражающая  логические значения «да» или «нет».

б) 23, 2, 12, 7 — Список (перечень) команд, из которого можно выбрать нужную.

в) 24, 15, 17, 4, 3, 18 — Секретное слово.

г) 15, 3, 6, 15, 1, 16, 13 — Совокупность букв, используемых в языке.

д) 8, 16, 6, 17, 15 —Знак, выражающий количество.

е) 19, 16, 15, 3, 4, 22 — Взаимообмен информацией между людьми.

ж) 21, 16, 5, 3, 4 — Несколько цифр.

з) 10, 20, 17, 12, 15, 3 — Книга (или тетрадь), в которую выставляются оценки студентов.

и) 14,16,13 — Место, на котором размещается реклама в помещении или на улице.

к) 11, 13, 18 — Буква в дореволюционном русском алфавите, исключенная из него орфографической реформой 1917—1918 гг.

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Конкурс КРИПТОГРАММА

Кроссворд  для болельщиков

                                                                                                                          По вертикали:

                                                                                           1. Устройство вывода информации.

                                                                                                          2. Устройство для записи/считывания

                                                                                                 информации с магнитных дисков.

                                                                                          3.Алгоритм, записанный на языке

                                                                            программирования.

                                                                                             По горизонтали:

                                                                                                   4. Устройство ввода информации.

                                                                                                          5. Устройство для распечатки

                                                                                  информации на бумаге.

                                                                                                      6.Точное предписание, выполнение

                                                                                                      которого обеспечивает решение                     нужной задачи.

Сводный  протокол для  жюри

Министерство образования Московской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования Московской области

«Краснозаводский химико-механический колледж»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по курсовому проектированию

по ПМ 04 Разработка и моделирование несложных систем автоматизации с учетом специфики технологических процессов

МДК 04.02 Теоретические основы разработки и моделирования несложных систем автоматизации с учетом специфики технологических процессов

специальность 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)

                Разработал

                                                                 преподаватель специальных дисциплин

                                                                  _______________О.А. Солдатова

Краснозаводск 2014г.

Пояснительная записка

Методические указания по курсовому проектированию по профессиональному модулю ПМ 04 Разработка и моделирование несложных систем автоматизации с учетом специфики технологических процессов МДК 04.01 Теоретические основы разработки и моделирования несложных систем автоматизации с учетом специфики технологических процессов предназначены для организации эффективной деятельности обучающихся. Содержание методических указаний продумано таким образом, что позволяет сориентировать обучающихся как в вопросах выполнения расчетов, так и в вопросах оформления курсового проекта.

Содержание

Введение

Методические указания по курсовому проектированию разработаны для обучающихся ГБОУ СПО МО «Краснозаводский химико-механический колледж» в соответствии с рабочей программой по ПМ 04 Разработка и моделирование несложных систем автоматизации с учетом специфики технологических процессов, МДК 04.02 Теоретические основы разработки и моделирования несложных систем автоматизации с учетом специфики технологических процессов, составленными в соответствии с Федеральным Законом «Об образовании в Российской Федерации» от 29.12.12 г. № 273-ФЗ, Порядком организации и осуществления образовательной деятельности по образовательным программам среднего профессионального образования (утв. приказом Министерства образования и науки РФ от 14 июня 2013 г. № 464).

Цель выполнения курсового проекта:

1) систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений;

2) углубление теоретических знаний в соответствии с выбранной темой;

3) отработка навыков работы с нормативными документами, выработка умения применять теоретические положения и нормативную базу при решении конкретных практических задач.

4) развитие творческой инициативы, самостоятельности, ответственности и организованности.

При выполнении курсового проекта студент исследует динамические свойства системы автоматического регулирования. Данными для расчетов у студентов являются материалы, собранные на производственной практике:

- технологический процесс,

- конструкция агрегата,

- статическая и динамическая характеристики,

- средства измерения и автоматизации.

I.Общие требования к оформлению

курсового проекта

1.1 Пояснительная записка

Пояснительная записка объемом 30-40 страниц выполняется на листах писчей бумаги форматом А4 (297х210 мм) на одной стороне листа и должна удовлетворять требованиям ЕСКД ГОСТ 2.105-2005 «Общие требования к текстовым документам» и ГОСТ 2.106-2005 «Текстовые документы». Пояснительную записку оформляют на компьютере полными словами и без сокращений, за исключением сокращений, установленных ГОСТ 3.1702-2005; 3.1703-2005. Текст печатается с междустрочным интервалом  - 1,5, выравнивание текста – по ширине страницы. Размер шрифта (кегль) - 14. Тип шрифта -  Times New Roman. Цвет шрифта - черный. Размеры полей: правое - не менее 10 мм, верхнее и нижнее - не менее 20 мм, левое - не менее 30 мм.

Условные буквенные обозначения механических, математических и других величин должны быть тождественны во всех разделах записки. Перед обозначением параметра дается его пояснение, например: «Определить параметры переходного процесса».

Расшифровка (экспликация) обозначений символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу, должна быть приведена непосредственно под формулой в той последовательности, в которой они приведены в формуле. Первая строка расшифровки должна начинаться со слова «где» без двоеточия после него, например:

Y = N – X,

    где Y   – статическая характеристика объекта регулирования;

           N  – порядковый номер студента по журналу;

           X   - входная величина объекта регулирования.

Расчеты и вычисления в записке делают с соблюдением установленных правил и с указанием результатов в принятой системе единиц.

Если в тексте в пределах одной фразы приводится ряд числовых значений различной величины, единица указывается только после последнего числа, например: 15; 25; 40 мм.

Все размещаемые в записке иллюстрации нумеруют арабскими цифрами, например: рис. 1, рис. 2, рис. 3 и т. д. В тексте записки ссылки на иллюстрации заключают в круглые скобки, при повторном упоминании иллюстрации ссылка дается с сокращенным словом «смотри», например: «см. рис. 5».

Листы пояснительной записки нумеруют в следующем порядке: титульный лист - стр. 1; задание на курсовое проектирование – стр. 2; содержание проекта – стр. 3 и далее листы записки в порядке, указанном в содержании. В конце записки помещается список использованной литературы.

Титульный лист пояснительной записки выполняется в соответствии с требованиями ЕСКД. Надписи на титульном листе выполняются шрифтом по ГОСТ 2.304-2005.

Содержание записки разделяется на рубрики: разделы, подразделы, пункты и подпункты. Разделы должны иметь порядковые номера, обозначенные арабскими цифрами с точкой. Подразделы должны иметь порядковые номера в пределах каждого раздела. Номера подразделов состоят из номера раздела и подраздела, разделенных точкой. После номера подраздела также ставится точка. Номер пункта должен состоять из номера раздела, подраздела и пункта, разделенных точками. Каждый подпункт в пределах пункта должен начинаться с новой строки абзаца с прописной буквы. В конце подпункта, если за ним следует еще подпункт, может ставиться точка с запятой. Наименования разделов и подразделов должны быть краткими, соответствовать содержанию, их записывают в виде заголовков в красную строку прописными буквами. Переносы слов в заголовках не допускаются. Точка в конце заголовка не ставится. После каждого заголовка идет текст, раскрывающий суть материала, затем формулы и далее значение символов и числовых коэффициентов.

Цифровой материал, как правило, оформляется в виде таблиц (форм). Каждая таблица должна иметь заголовок, кроме того, все таблицы должны быть пронумерованы в пределах всей пояснительной записки. Над правым верхним углом таблицы помещается и надпись «Таблица» с указанием порядкового номера, написанного арабскими цифрами. На все таблицы должны быть ссылки в тексте пояснительной записки. Если цифровые данные в графах таблицы имеют различную размеренность, ее указывают в заголовке каждой графы. Если все параметры, размещенные в таблице, имеют только одну размерность, сокращенное обозначение единицы помещают в название таблицы. Повторяющийся в графах текст допускается заменять кавычками. Ставить кавычки вместо повторяющихся цифр, в математических символах не допускается. Если цифровые или иные данные в таблице не приводятся, то в графе ставится прочерк.

1.2 Графическая часть

Графическая часть проекта выполняется на листах чертежной бумаги формата А1 (594х841 мм) в полном соответствии с действующими стандартами ЕСКД.

В курсовой проект входит графический материал, приведенный в таблице 1.

Таблица 1.

После выполнения курсового проекта обучающийся в ходе защиты должен проявить понимание учебного материала и профессиональную направленность.

II. Методические указания

для  выполнения курсового проекта

Проектируемые автоматизированные системы должны отвечать заданным требованиям и обеспечивать надежную эксплуатацию системы в заданных условиях. Проектирование, монтаж, наладка и эксплуатация систем автоматического управления включает следующие этапы:

1) Техническое задание - содержит исходные сведения об объекте автоматизации, о существующем уровне автоматизации, формулировку требований к автоматизированным системам и определение их назначения, по возможности, - ориентировочные оценки затрат и ожидаемого экономического эффекта.

2) Техническое предложение предполагает разработку комплекса проектных документов, содержащих технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации на основании анализа технического задания и различных вариантов возможных решений.

3) Эскизное проектирование включает в себя совокупность проектных документов, в которых разработаны принципиальные решения по автоматизации технологических процессов или объектов.

4) Техническое проектирование вырабатывает окончательное представление об автоматизированной системе. В состав технического проекта входят: пояснительная записка с выбором системы автоматического регулирования, обоснованием выбора технического средства автоматизации, исследование системы автоматического регулирования на устойчивость и др.

5) Рабочее проектирование предусматривает создание рабочей документации, предназначенной для изготовления и испытания автоматизированной системы. В состав рабочего проекта входят откорректированные и детализированные чертежи и схемы технического проекта, принципиальные схемы и установочные чертежи, программы для ЭВМ, инструкции по наладке и эксплуатации системы и другие материалы.        

Выполнение курсового проекта должно осуществляться преимущественно на конкретных материалах проектно-конструкторских, научно-исследовательских и производственных организаций, являющихся базой производственной практики, и исходить из реальных задач, стоящих перед производством.

Перед выполнением курсового проекта обучающимся необходимо изучить теоретический материал по программе курса, методические указания.

При выполнении практической части необходимо:

• внимательно прочитать задание,
• определить, какие вопросы охватывает данное задание,
• изучить теоретический и нормативный материал в соответствии с условиями задания,
• представить в письменном виде решение практического задания.

Оформление курсового проекта должно соответствовать требованиям ЕСТД и ЕСКД.

Может быть рекомендована следующая структура пояснительной записки: титульный лист, задание на курсовое проектирование, содержание, основная часть с введением, текстом пояснительной записки с таблицами, графиками, схемами, рисунками, эскизами и заключением, перечень использованной литературы и нормативных документов.

Проектные материалы должны удовлетворять заданию, быть тщательно отработаны обучающимися и проверены руководителем курсового проекта.

III. Пример выполнения задания

ЗАДАНИЕ

Разработать систему автоматического регулирования и в соответствии с исходными данными и произведенными расчетами проверить систему на устойчивость.

3. Порядок выполнения курсового проекта

Введение

Мехатроника изучает синергетическое объединение узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами с целью проектирования и производства качественно новых модулей, систем, машин и комплекса машин с интеллектуальным управлениями их функциональными движениями.

Мехатронная система – совокупность мехатронных модулей (компьютерного ядра, информационных устройств-датчиков, электромеханических (приводов двигателей), механических (исполнительные элементы – фрезы, руки робота и т.д.), программного обеспечения (специально – управляющие программы, системного – операционные системы и среды, драйверы).

Мехатронный модуль – отдельный блок мехатронной системы, совокупность аппаратно-программных средств, осуществляющих движение одного или нескольких исполнительных органов.

В состав традиционной мехатронной машины входят следующие основные компоненты:

- механические устройства, конечным звеном которого является рабочий орган;

- блок приводов, включающий силовые преобразователи и силовые двигатели;

- устройства компьютерного управления, уровнем для которого является человек-оператор, либо другая ЭВМ входящая в компьютерную сеть;

- сенсорные устройства, предназначенные для передачи устройству управления информации о фактическом состоянии блоков машины и движения мехатронной системы.

Таким образом, наличие трех обязательных частей: электромеханической, электронной, компьютерной, связанных энергетическими и информационными потоками, является первичным признаком, отличающим мехатронную систему.

Электромеханическая часть включает механические звенья и передачи, рабочий орган, электродвигатели, сенсоры и дополнительные электротехнические элементы (тормоза, муфты). Механическое устройство предназначено для преобразования движений звеньев в требуемое движение рабочего органа. Электронная часть состоит из микроэлектронных устройств, силовых преобразователей и электроники измерительных цепей. Сенсоры предназначены для сбора данных о фактическом состоянии внешней среды и объектов работ, механического устройства и блока приводов с последующей первичной обработкой и передачей этой информации в устройство компьютерного управления (УКУ). В состав УКУ мехатронной системы обычно входят компьютер верхнего уровня и контроллеры управления движением.

Устройство компьютерного управления выполняет следующие основные функции:

- управление процессом механического движения мехатронного модуля или многомерной системы в реальном времени с обработкой сенсорной информации;

- организация управления функциональными движениями МС, которая предполагает координацию управления механическим движением МС и сопутствующими внешними процессами. Для реализации функции управления внешними процессами используются дискретные входы/выходы устройства;

- взаимодействие с человеком-оператором через человеко-машинный интерфейс в режимах автономного программирования (off-line) и непосредственно в процессе движения МС (режим on-line);

- организация обмена данными с периферийными устройствами, сенсорами и другими устройствами системы.

Задачей мехатронной системы является преобразование входной информации, поступающей с верхнего уровня управления, в целенаправленное механическое движение с управлением на основе принципа обратной связи. Характерно, что электрическая энергия (реже гидравлическая или пневматическая) используется в современных системах как промежуточная энергетическая форма.

1. Общая часть

1.1.        Понятие о математической модели

Динамические свойства любой системы проявляются в ее работе. Для того чтобы эти свойства выявить, на вход системы необходимо подать возмущение. Однако, практика показывает, что исследование системы в условиях производства экономически нецелесообразно. Поэтому в автоматическом управлении вводится понятие модели, исследование которой выполняется в процессе проектирования.

Модель – это система, сохраняющая существенные черты оригинала и допускающая исследование физическими или математическими методами.

Модель должна отображать сущность исследуемого процесса, давать все необходимые данные для решения конкретной задачи исследования и не содержать второстепенных связей. Поведение модели и реального объекта должно подчиняться одинаковым законам. Изучив динамику на доступной для исследователя модели, оказывается возможным предсказать свойства, как реального объекта, так и системы. По способу построения все множество моделей можно разделить на физические и математические.

Физическая модель – это устройство, позволяющее проводить замену изучаемого объекта, подобным ему с сохранением его физической природы.

Физическое моделирование в отдельных случаях неприемлемо из-за значительных затрат на изготовление модели. Поэтому исследование выполняют экономически эффективнее на математических моделях.

Математической моделью объекта системы называют его описание на математическом языке: алгебраических, дифференциальных, интегральных уравнений.

При автоматизации технологических процессов автоматическая модель дает возможность рассчитывать различные выходные параметры процесса и соответствующие управляющие воздействия.

Математическая модель сложного технологического объекта (процесса) дает упрощенное приближенное описание этого объекта. Применение ЭВМ и численных методов решения дает возможность для усложнения математической модели до любого требуемого уровня точности. Однако при составлении модели следует исходить из реальной оценки необходимой точности. Она зависит от назначения модели: совершенствование технологии, повышение качества управления или технико-экономический анализ.

По свойствам математические модели процессов делятся на статические и динамические. Первые представляют собой совокупность алгебраических уравнений, отражающих балансы энергии или вещества. Они позволяют рассчитывать итоговые значения управляемых величин и управляющих воздействий.

Динамические модели позволяют определить значение параметров во времени и строятся на основании дифференциальных уравнений.

1.2. Обоснование выбора средства автоматизации

Автоматизация технологического процесса механической обработки заключается в автоматическом управлении станком, автоматическом контроле и автоматическом регулировании.

Автоматическое управление станком должно обеспечить включение и выключение устройств станка, транспортирование и установку заготовок, изменение режима работы по заданной программе, снятие и удаление обработанной детали.

Автоматическое регулирование должно обеспечить точность выполнения технологического процесса без участия человека. В ряде систем автоматического управления по данным автоматического контроля производят автоматическое регулирование.

2. Технологическая часть

1. Определение устойчивости

системы автоматического регулирования

Любая система регулирования может быть представлена рядом элементов, выполняющих определенные функции. В данном курсовом проекте рассмотрена непрерывная система регулирования, состоящая из объекта регулирования, автоматического регулятора, датчика и исполнительного механизма.

Принципиально отличает объект регулирования от всех остальных элементов системы то, что он задан и при разработке системы автоматического регулирования не может быть изменен, тогда как остальные элементы выбираются специально для решения заданной задачи управления.

Задача выбора параметров настройки в системе автоматического регулирования состоит в том, чтобы найти такие параметры регулятора, при которых переходный процесс в системе удовлетворяет следующим требованиям:

· затухание переходного процесса должно быть интенсивным;

· перерегулирование должно быть минимальным;

· продолжительность переходного процесса должна быть минимальной.

Устойчивостью САР называется способность системы возвращаться в исходное состояние, из которого она была выведена под действием внешних возмущающих факторов, после прекращения действия этих факторов.

Устойчивость является необходимым условием нормального функционирования САР. Наличие устойчивости свидетельствует о том, что переходный процесс, вызванный действием внешнего воздействия или существованием ненулевых начальных условий, является затухающим.

2.2 Исходные данные

Таблица 1. Характеристики звеньев системы

Для нормального функционирования автоматической системы управления необходимо провести расчет ее параметров на устойчивость.

 В соответствии с заданием курсового проекта  имеем статическую характеристику объекта регулирования, которая описывается уравнением

Для построения статической характеристики объекта необходимо давать текущие значения для. Здесь достаточно определить две точки, чтобы построить характеристику. Положим =0 и получим =0, положим  =6 и получим =0,18 По этим двум точкам построена прямая, показанная на рис.1.

                    Рис 1  

    Для определения статической характеристики цепи обратной связи выбираются статические характеристики датчика, регулятора и исполнительного механизма.

      Статистическая характеристика датчика описывается уравнением:

 Для построения этой статической характеристики даны следующие значения:

По этим значениям строим  статическую характеристику датчика. Как видно из рис.2. Эта характеристика является нелинейной. Для дальнейшего его применения аппроксимируем ее прямой линией, которая показана на рисунке.

                                     Датчик

                                                                           Рис.2

   Статическая характеристика регулятора описывается уравнением.

Эта характеристика также относится к классу нелинейных. Для её получения достаточно взять три точки

   Статическая характеристика регулятора приведена на рис.3.

                     Рис.3

 Статическая характеристика исполнительного механизма описывается уравнением.

  Для построения этой линейной статистической характеристики достаточно задать Xи.м. три значения.

Эти цифры дают основание провести прямую, которая отображается на рис.5.

               Рис.4                                                                                      

                                                                                         Рис. 5

• Для определения общей статической характеристики цепи обратной связи (ДРИМ) изобразим статические характеристики этих звеньев на общей плоскости. В первом квадрате находится статическая характеристика датчика, во втором – регулятора, в третьем – исполнительного механизма (рис.4). Для определения  результирующей статической характеристики разбиваем ось  на равные отрезки 0 -1, 1 -2, 2 -3, и т.д. проводим перпендикуляры до пересечения с линейной статической характеристикой датчика. Получаем точки и т.д. Из этих точек проводим горизонтали до пересечения с линейной статической характеристикой регулятора в точках и т.д. Из этих точек опускаем перпендикуляры. Горизонтальное положение оси   меняется на вертикальное. Из новых точек проводятся  горизонтали до пересечения  с соответствующими перпендикулярами  в точках A, B, C и т.д. Соединяя эти точки, получим результирующую  статистическую характеристику обратной связи – ДРИМ (рис. 5)
•  Для определения взаимосвязи между статическими характеристиками объекта и ДРИМ изобразим их в одной системе координат. В результате эти две статические характеристики пересекутся в точке А (рис.6). Эта точка называется рабочей. Угол пересечения этих двух статических характеристик равен 84°.
• Из теории автоматического регулирования известно: при пересечении двух статических характеристик под углом 60...90º система характеризуется хорошей устойчивостью.

                                                                                       Рис. 6

• Для расчета динамического коэффициента регулирования обратимся к рис.6. На этом рисунке по одной из характеристик определяется возможный диапазон изменений входного параметра. Фиксируются две точки этого диапазона, далее эти две точки переносятся на вторую статическую характеристику, и с помощью этой характеристики определяется диапазон изменения входного параметра. В результате по статистической характеристике ДРИМ определим , по статической характеристике объекта получим . Подставим эти значения  в выражение (при D=1 система имеет оптимальную передачу сигнала в замкнутом контуре, при D>1 в цепь обратной связи следует включить ослабитель сигнала; при D<1 следует включить усилительный элемент).                                                                                     

     Так как нам нужен динамический коэффициент, равный единице, в цепь обратной связи включен усилительный элемент с коэффициентом передачи К=20. Включение усилительного звена в цепь обратной связи показано на рис.7.

      рис.7

 • Для определения аналитического выражения работы регулирующей системы   осуществим преобразования статических характеристик датчика, регулятора и исполнительного механизма.

Уравнение для объекта регулирования:  

Уравнение для датчика:            

Уравнение для регулятора:      

Уравнение для исполнительного механизма:                  

 Из структурной схемы системы следует, что .                                            

Подставим уравнение датчика в уравнение для регулятора. Результирующее уравнение подставим в уравнение для исполнительного механизма:

 В результате получено выражение:

Это выражение является статической характеристикой цепи обратной связи, полученной аналитическим способом. Оно также описывает статическую характеристику цепи обратной связи, полученную ранее графическим способом.

Для определения координат рабочей точки системы приведем структурную схему в виде двух элементов с цепью определения взаимосвязи регулирующих параметров.

     Поскольку статические характеристики представляются прямыми линиями, то необходимо найти точку пересечения двух прямых линий. Эти линии задаются уравнениями.                                                                                                                                                            

Обозначим  и , в результате получим:  

Yо = Xо/26

Решим систему уравнений. Определим координаты рабочей точки:

X=0; Y=0               A (0; 0)

• А теперь перейдем к расчету динамических параметров системы.

      Для определения передаточной функции всей системы необходимо по справочным данным выбрать передаточные функции датчика, регулятора и исполнительного механизма.

      Передаточная функция объекта регулирования дана в задании и определяется выражением:  

По справочным данным выбираем передаточные функции.

Передаточная функция датчика:  

Передаточная функция регулятора:    

Передаточная функция исполнительного механизма:    

Для определения передаточной функции обратной связи () необходимо воспользоваться формулой:

Для определения передаточной функции системы воспользуемся выражением:

Подставим сюда все составляющие передаточные функции и преобразуем результирующие выражение:

Передаточная функция системы описывается выражением:

Для нахождения временной функции переходного процесса необходимо упростить это выражение. Для дальнейшего исследования передаточная  функция будет иметь вид.

Для определения переходной функции представим общее выражение в виде двух слагаемых. Эти слагаемые можно получить, если определить корни характеристического уравнения.

,

где p1 и p2 – значения корней характеристического уравнения.

Для определения корней характеристического уравнения приравняем к нулю знаменатель:

Найдем дискриминант уравнения

Подставим значения характеристического уравнения p1 и p2 в выражение  и таким образом определим коэффициенты А и В:

A=1-(0,5-0.3i)=0,5+0.3i

Для определения функции времени необходимо воспользоваться обратным преобразованием Лапласа:

 ;  

Далее определяем переходную функцию системы, которая определяется выражением:

h(t)=Aexp(-0,6+0,9i)t +Bexp(-0,6-0,9i)t

Преобразуем это выражение к виду:      

h(t)=Aexp(-0,6t)+A(0,9it)+Bexp(-0,6t)+B(0,9it)

подставив выражения А и В, получим

h(t)=exp(-0,6t)[0.5exp(0,9it)+0,3exp(0,9it)+0.5exp(-0,9it)+0.3exp(-0,9it)]

Сгруппируем слагаемые в квадратных скобках таким образом, чтобы сформировать уравнение Эйлера. В результате получим:

h(t)=exp(-0,6t)[1cos-0,9 t + 0,6sin0.9 t].

Две гармонические функции можно заменить одной, если определить модуль и фазу результирующего колебания.

   Определим модуль:   a=1; b=0,6; ;

                                       tgα =b/a=0,6/1=0,6         α=31°

В результате получим выражение:

h(t)=exp(-0,6t) sin(0,9t + 11°).

Переведём величину угла в градусах в радианы и получим:

h(t)=exp(-0,6t) sin(0,9t + 0,5).

   рис. 8

Определение основных параметров системы следует производить с учетом построенного графика h(t). Рис.8

• Приступим к определению амплитудно-частотных характеристик звеньев и системы в целом. Для определения частотной характеристики объекта регулирования произведем замену в передаточной функции объекта.

p=iw

Имеем  , сделав замену p=iw, получим частотную характеристику объекта регулирования (рис. 11)

  рис. 9  

Определим частотную функцию датчика:    

Для выделения действительного и мнимого значений умножаем числитель и знаменатель на комплексно-сопряженное значение знаменателя:

В результате получим действительную и мнимые части. Далее определим модуль, полагая что:

    ;        

где . Если в это выражение подставить текущие значения w, то получим Далее строим, график (рис.10), зная, что:

рис. 10

Определим спектральную характеристику исполнительного механизма:

Произведем замену в передаточной функции регулятора:

                                        ;          

Здесь для построения спектральной характеристики исполнительного механизма даются текущие значения w и определяется (w)  (рис. 11)

рис. 11

Определим спектральную характеристику регулятора.

Передаточная функция имеет вид:

Примем p = iw и получим

Для выделения действительного и мнимого значений умножаем числитель и знаменатель на комплексно-сопряженное значение знаменателя:

Выделим действительную и мнимую части. Определим модуль, полагая что:  

                                   ;       ;      ;

     при w>1

Далее строим график (рис. 12) с учетом выражения:

рис. 12

Определим частотную характеристику обратной связи ДРИМ. Имеем передаточную функцию:

Для определения спектральной характеристики цепи обратной связи – ДРИМ – воспользуемся выражением:

Здесь необходимо для каждого текущего значения w определить ординаты в частотных характеристиках датчика, регулятора и исполнительного механизма и перемножить их. В результате этого действия получим следующие значения:

По этим координатам строится частотный спектр цепи обратной связи (рис. 13)

                                  рис. 13

Частотную характеристику всей системы можно записать выражением:

Для построения частотной характеристики всей системы следует учитывать функциональную связь:

Подставим текущее значения частоты в это выражение и определим значения ординат спектральной характеристики системы:

По этим значениям строится частотная характеристика всей системы (рис. 14).

рис. 14

• Устойчивость системы можно определить двумя способами:

 По положению корней  и из уравнения  на координатной плоскости;

По кривой годографа.

Определение устойчивости системы по положению корней  и :

=-0,6+0,9i

=-0,6-0,9i

По критерию Ляпунова, если два значения находятся в отрицательной плоскости относительно оси Im, система устойчива (рис. 15).

 рис. 15

Следовательно, наша система устойчива.

Определение устойчивости системы по кривой годографа (рис. 16)

Для этого воспользуемся выражением передаточной функции всей системы:

В выражении  заменим p на iw.

Разделим это уравнение на действительную и мнимые части:

Для определения реперных точек годографа приравниваем мнимую часть к нулю и определяем частоты:

Мнимая часть:

Действительная часть:

Все определённые точки нанесены на рис. 17.

                                                                                                                   рис. 16

На плоскости системы координат устанавливаем найденные точки с указанием, к какой частоте они принадлежат. Соединяем реперные точки, двигаясь  в сторону увеличения частоты. Таким образом, получается кривая годографа. Согласно критерию Найквиста кривая не должна пересекать ось Re в отрицательной полуплоскости за пределами точки (-1). Из этого критерия следует, что наша система устойчива, а значит элементы цепи обратной связи в системе выбраны оптимальным образом

Список использованных источников

1. Б.И. Горошков «Автоматическое управление» учебник – М. ИРПО: «Академия» 2013. – 304 с.
2. М.В. Гальперин «Автоматическое управление» учебник – М. Форум: ИНФРА-М, 2013. – 224 с.
3. А.А. Рульнов  «Автоматическое регулирование» учебное пособие для СПО – М.: Инфа-М, 2013. – 219 с.
4. Теоретические основы разработки и моделирования систем автоматизации [Электронный ресурс]: учебное пособие / А. М. Афонин, Ю. Н. Царегородцев, А. М. Петрова и др. – М.: Форум, 2013. – 192 с. – Режим доступа: http://znanium.com/bookread.php?book=219000
5. Технические средства автоматизации и управления [Электронный ресурс]: учебное пособие / О. В. Шишов. – М.: ИНФРА-М, 2012. – 397 с. – Режим доступа: http://znanium.com/bookread.php?book=242497