Рабочая программа дисциплины моделирование процессов и систем управления направление подготовки
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа дисциплины моделирование процессов и систем управления направление, 158.56kb.
- Рабочая программа дисциплины «Интегрированные системы проектирования и управления», 208.14kb.
- Рабочая программа дисциплины моделирование систем направление подготовки дипломированных, 97.72kb.
- Рабочая программа дисциплины «Компьютерная диагностика» Направление подготовки, 209.63kb.
- Рабочая программа дисциплины технические измерения и приборы Направление подготовки, 496.12kb.
- Рабочая программа дисциплины «Вычислительные машины, системы и сети» Направление подготовки, 231.13kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «моделирование микро и макроэкономических процессов», 307.17kb.
- Рабочая программа дисциплины моделирование и оптимизация биотехнологических процессов, 449.23kb.
- Рабочая программа дисциплины математическое моделирование многокомпонентных химических, 419.7kb.
- Рабочая программа дисциплины «Проектирование информационных систем» Направление подготовки, 225.97kb.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В Г. ТАГАНРОГЕ
(ТТИ Южного федерального университета)
Факультет автоматики и вычислительной техники
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФАВТ ______________ Ю.М.Вишняков
"_____"__________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Направление подготовки
220700.62 АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ
Профиль подготовки:
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ В ЭНЕРГЕТИКЕ
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
(очная, очно-заочная и др.)
г. Таганрог
2011
- Цель преподавания дисциплины
Целью дисциплины «Моделирование процессов и систем управления» являются изучение студентами видов математических моделей, приемов построения и исследования имитационных моделей для задач оптимизации и управления производственными объектами, а также социально-экономическими системами с применением средств вычислительной техники.
Цели дисциплины соответствуют всем 3-м целям ООП по направлению 220700.62 «Автоматизация технологических процессов и производств», а именно:
1 цель направления. Удовлетворение потребностей личности в интеллектуальном, культурном и нравственном развитии путем получения высшего образования в области автоматизации технологических процессов и производств;
2 цель направления. Организация базовой бакалаврской подготовки, позволяющей всем выпускникам продолжить свое образование как с целью получения диплома магистра в области автоматизации технологических процессов и производств, так и с целью дальнейшего самосовершенствования.
3 цель направления. Удовлетворение потребностей общества в квалифицированных кадрах путем подготовки специалистов по проектированию, разработке и эксплуатации систем автоматизации производственных и технологических процессов изготовления продукции различного служебного назначения, управления ее жизненным циклом и качеством, контроля, диагностики и испытаний.
А также локальным целям профиля подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств в энергетике»:
1 цель профиля. Развитие у студентов теоретических знаний и практических навыков, позволяющих выпускникам понимать и применять фундаментальные и передовые знания и научные принципы, лежащие в основе современных средств и систем автоматизации, управления, контроля технологическими процессами и производствами при формулировании и решении инженерных задач;
2 цель профиля. Подготовка высококвалифицированных специалистов, способных решать задачи проектирования, изготовления, отладки, производственных испытаний, эксплуатации и научного исследования средств технологического оснащения автоматизации, управления, контроля и диагностирования основного и вспомогательного производств в области энергетики, их математического, программного, информационного и технического обеспечения
3 цель профиля. Формирование у выпускников навыков практической реализации и внедрения инженерных
2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
В соответствии с учебным планом по направлению подготовки 220700.62 «Автоматизация технологических процессов и производств» профиль подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств в энергетике» дисциплина «Моделирование процессов и систем управления» (Б3.Б.4) относится к блоку базовых дисциплин блока Б3 «Профессиональный цикл» и реализуется в четвертом семестре.
Для успешного обучения студенту понадобятся знания в области таких дисциплин, как дисциплин «Математический анализ», «Физика», «Теория вероятностей и математическая статистика», «Программирование и основы алгоритмизации», «Математическая логика и теория алгоритмов», «Структуры и алгоритмы обработки данных», «Системный анализ и принятие решений».
Результаты изучения курса «Моделирование процессов и систем управления» используются в дальнейшем при изучении дисциплин «Теория автоматического управления», «Теория информационных процессов и систем», «Цифровая обработка сигналов», «Программируемые контроллеры», «Основы идентификации технических объектов управления», «Интеллектуальные технологии в управлении», «Автоматизированные информационно управляющие системы»
3.Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины «Дискретная математика» студенты должны:
- Знать: - методологические основы функционирования, моделирования и синтеза систем автоматического управления (САУ); основные методы анализа САУ во временной и частотных областях, способы синтеза САУ: типовые пакеты прикладных программ анализа динамических систем;
- Уметь: - строить математические модели объектов управления и систем автоматического управления (САУ); проводить анализ САУ, оценивать статистические и динамические характеристики;
- Владеть: - навыками работы на компьютерной технике с графическими пакетами для получения конструкторских, технологических и других документов; навыками построения систем автоматического управления системами и процессами;
Все это будет способствовать достижению следующих компетенций:
ОК–8: способностью осознавать социальную значимость своей будущей профессии, высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности;
ОК–10: способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
ПК–17: способностью участвовать в разработке математических и физических моделей процессов и производственных объектов;
ПК–40: способностью к участию в работах по моделированию продукции, технологических процессов, производств, средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством с использованием современных средств автоматизированного проектирования;
ПК–42: способностью проводить эксперименты по заданным методикам с обработкой и анализом их результатов, составлять описания выполненных исследований и подготавливать данные для разработки научных обзоров и публикаций;
4.Структура и содержание дисциплины Моделирование процессов и систем управления
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единиц 108 часов.
| Вид учебной работы | Всего часов |
| Общая трудоемкость дисциплины | 108/3 ЗЕТ |
| Аудиторные занятия | 36 |
| - лекции | 18 |
| - практические занятия | 18 |
| - лабораторные работы | |
| - другие виды аудиторных занятий | - |
| Самостоятельная работа | 69 |
| Курсовой проект (работа) | - |
| Контроль самостоятельной работы | 3 |
| Аттестация | Зачет (4 семестр) |
| № п/п | Раздел Дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам) | ||||
| лек | лаб | пр | СРС | КСР | |||||
| | Модели динамических систем | 5 | 1-4 | 4 | 0 | 4 | 23 | 1 | Собеседования, промежуточный, контроль заданий для самостоятельного выполнения, тест/письменная контрольная работа по теме |
| | Модели стохастических систем | 5 | 5-12 | 8 | 0 | 8 | 23 | 1 | Собеседования, промежуточный, контроль заданий для самостоятельного выполнения, тест/письменная контрольная работа по теме |
| | Модели планирования эксперимента | 5 | 13-18 | 6 | 0 | 6 | 23 | 1 | Собеседования, промежуточный, контроль заданий для самостоятельного выполнения, тест/письменная контрольная работа по теме |
| ИТОГО | 18 | 0 | 18 | 69 | 3 | | |||
5. Образовательные технологии
При изложении лекционного материала используются технологии изложения теоретические материала, подкрепленного разъяснениями и комментариями по фундаментальным задачам моделирования систем технического назначения. Используются компьютерная и проекционная техника и презентации для изложения лекционного материала, широко применяются примеры конкретных ситуаций проблемного характера
Практикум по курсу включает элементы интерактивного проблемно-ориентированного подхода к обучению за счет фокусирования внимания студентов на анализе и разрешении конкретных задач моделирования, что позволяет не только решать задачи, но грамотно её сформулировать.
Самостоятельная работа предназначена для глубокого понимания теоретического курса в практическом аспекте решения задач профессиональной деятельности при исследовании, проектировании, разработке, настройке, тестированию и эксплуатации современных систем и средств контроля, технического диагностирования и управления в различных отраслях народного хозяйства, а также задач планирования и проведения экспериментальных исследований свойств и характеристик данных систем.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
6.1. Практические занятия
В рамках курса предусмотрены практические занятия в объеме 18 часов.
Тематики практических занятий
1. Примеры моделей систем управления
в виде дифференциальных уравнений (2 часа);
2. Примеры моделей систем управления
в виде дифференциальных уравнений (2 часа);
3. Примеры моделей дискретных систем управления (2 часа);
4. Примеры моделей дискретных систем управления (2 часа);
5. Имитационное моделирование систем управления (2 часа);
6. Имитационное моделирование систем управления (2 часа);
7. Имитационное моделирование систем передачи
управляющей информации (2 часа);
8. Точность и оценка результатов имитационного моделирования (2 часа);
9. Модели систем массового обслуживания (2 часа).
В рамках контролируемой самостоятельной работы проводится разбор типовых ошибок домашних заданий, с разъяснением путей решения, ориентирующих студентов на развитие практических навыков.
6.2. Дидактические тесты рубежного контроля
Для оценки уровня теоретических и практических знаний используется тест или контрольный письменный опрос
Перечень контрольных вопросов
1. Предмет курса, его цели и задачи. Содержание курса и его связь с другими дисциплинами специальности. Моделирование как метод научного познания.
2. Основные понятия курса. Использование компьютерного моделирования при создании информационных систем. Моделирование в решении задач информатики. Цели и задачи компьютерного моделирования.
3. Понятие сложной системы. Теоретико-множественное понятие модели объекта. Формализация.
4. Этапы формализации: содержательное описание, формализованная схема, математическая модель.
5. Классификация моделей.
6. Имитационное моделирование.
7. Эффективность моделирования систем на ЭВМ.
8. Непрерывно-детерминистические модели (D - схемы). Понятие динамической системы. Классификация.
9. Дифференциальные уравнения как средство описания функционирования динамических систем. Понятие эндогенных и экзогенных переменных.
10. Модели в виде линейных дифференциальных уравнений q-го порядка.
11. Модели инерционных систем в виде дифференциальных уравнений.
12. Модели в виде сумм и интегралов свертки.
13. Модели на основе передаточных функций. Передаточная функция.
14. Модели на базе частотных характеристик.
15. Модели в виде импульсной характеристики.
16. Модели динамических систем в виде конечных автоматов. (F - схемы или дискретно-детерминистические модели).
17. Способы задания и понятие автомата.
18 Моделирование при помощи конечных автоматов с последействием.
19. Нестационарные автоматы.
20. Моделирующие алгоритмы. Принципы построения моделирующих алгоритмов.
21. Операторные схемы моделирующих алгоритмов. Основные операторы.
22. Примеры составления операторных схем на базе решения уравнения и генерации случайных событий.
23. Способы компьютерного моделирования: t-способ, метод особых точек, принцип последовательной проводки заявок.
23. Фиксация и точность результатов компьютерного моделирования.
24. Получение и интерпретация результатов моделирования. Статистические оценки математических ожиданий и дисперсии.
25. Вероятностный критерий оценки достоверности результатов имитационного моделирования.
26. Выбор числа реализаций при имитационном моделировании.
27. Модели в виде конечномерных распределений. Определения случайной функции и случайного процесса. Определение понятия конечномерного распределения.
28. Модели стохастических объектов управления в виде конечномерных распределений плотности вероятностей.
29. Модели в виде моментных функций. Понятие характеристической функции. Связь между характеристическими и моментными функциями.
30. Центрированная случайная величина. Корреляционные характеристики.
31. Классификация моделей случайных процессов.
32. Модели гауссовых процессов.
33. Модели процессов с независимыми приращениями.
34. Модели стационарных процессов.
35. Формальное определение модели в виде марковского процесса. Понятие марковского процесса. Определение фазового пространства состояний. Определение вероятностей перехода.
36. Вывод уравнения Чепмена - Колмогорова. Формальное задание математических моделей.
37. Методы имитации случайных факторов. Датчики случайных чисел на ЭВМ.
38. Методы получения квазиравномерных и псевдослучайных чисел. Проверка качества псевдослучайных последовательностей.
39. Имитация случайных величин.
40. Способы генерации непрерывных величин. Имитация в схеме случайных событий.
41. Метод обратных функций.
42. Метод ступенчатой аппроксимации.
43. Метод исключений.
44. Имитация марковского процесса.
45. Развернутая рекуррентная схема компьютерного моделирования.
46. Моделирование с применением аппарата систем массового обслуживания (Q - схемы или непрерывно - стохастические модели). Формальное определение моделей языком систем массового обслуживания. Общие определения и классификация СМО.
47. Математические модели потоков заявок. Поток Эрланга.
48. Имитационные модели потоков заявок.
49. Модель времени обслуживания. Время задержки, период занятости.
50. Модели СМО в виде уравнений Эрланга.
51. Модель для определения времени задержки в одноканальной СМО. Временные диаграммы.
52. Модели стохастических объектов в виде вероятностных автоматов. Вероятностные автоматы. Классификация.
52. Формальное определение модели в виде ВА. Табличное задание ВА.
53. Агрегативные модели сложных систем. Определение агрегата. Определение и описание операторов перехода и выхода.
6.3.Самостоятельная работа студентов
В рамках организации самостоятельной работы студентам предлагается развить, изучаемые в рамках теоретического материала методы, поиском аналитического материала, разработкой моделей систем разного назначения, решением алгоритмических задач.
Тематики заданий для самостоятельного выполнения:
1. Моделирование при управлении динамическими объектами.
2. Моделирование при управлении линейными объектами.
3. Моделирование при управлении нелинейными объектами.
4. Синергетические подходы к построению моделей.
5. Нелинейность динамических систем.
6. Применение дифференциальных уравнений при синтезе моделей технических систем.
7. Применение дифференциальных уравнений при синтезе моделей экономических систем.
8. Применение дифференциальных уравнений при синтезе моделей социальных систем.
9. Моделирование дискретных систем управления с применением двоичной логики.
10. Стохастические модели систем управления.
11. Модели систем массового обслуживания при управлении автоматизированными системами для технологических объектов.
12. Модели линейных регуляторов.
13. Модели нелинейных регуляторов.
14. Моделирование энергетических объектов.
15. Моделирование при передаче информации.
16. Информационное обеспечение задач моделирования.
17. Моделирование при производстве тепла.
18. Моделирование водно-химического режима ТЭЦ.
19. Моделирование гидростанций.
20. Моделирование ветро-энергетических установок.
21. Моделирование динамики сражений.
22. Моделирование информационных потоков.
23. Моделирование и обработка экспертных знаний.
24. Модели принятия решений при управлении техническими системами.
25. Модели принятия решений при управлении социальными системами.
26. Модели принятия решений при управлении экономическими системами.
27. Проблема достоверности результатов моделирования.
28. Модели с применением нечетких продукций.
29. Ситуационные модели.
30. Модели нечетких регуляторов.
31. Модели гибридных регуляторов.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Практикум. М.: Высшая школа, 1999. 224 с.
2. Финаев В.И., Павленко Е.Н., Заргарян Е.В. Аналитические и имитационные модели: Учебное пособие. Таганрог: Изд-во Технологического института ЮФУ, 2007. - 310 с.
3. Финаев В.И. Моделирование при проектировании информационно-управляющих систем. Учебное пособие. Таганрог, ТРТУ, 2002.
4. Финаев В.И. Алгоритмизация и имитационное моделирование с применением аппарата систем массового обслуживания. Таганрог, ТРТУ, 2003. – 72 с.
5. Финаев В.И. Моделиpование систем. Практикум: Учебное пособие. Таганpог: Изд-во ТРТУ, 2004. - 170 c.
6. В.И.Финаев. Модели систем принятия решений: Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. - 118 c.
7. Молчанов А.Ю., Финаев В.И. Генерация случайных величин: Учебно-методическое пособие. Таганрог: Изд-во Технологического института ЮФУ, 2008. - 132 с.
б) дополнительная литература:
1. Кудрявцев Е.М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. – М.: ДМК Пресс, 2004.
2. Холоднов В.А., Хартманн К., Чепикова В.Н., Андреева В.П. Системный анализ и принятие решений. Компьютерные технологии моделирования химико-технологических систем. Учебное пособие. СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007. -160 с.
3. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979. 432 с.
4. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.
5. Павлов А.Н., Соколов Б.В. Принятие решений в условиях нечеткой информации. Учебное пособие. – СПб: ГУАП, 2006 – 72 с.
5. Бочарников В.П. Fuzzu-технология : Математические основы. Практика моделирования в экономике. – Спб: Наука, 2001, 328 с.
6. В.И. Карлащук. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и Matlab. Издание 5-е. М: СОЛОН-Пресс. 2004.
8. Холоднов В.А., Дьяконов В.П., Кирьянова Л.С., Иванова Е.Н. Математическое моделирование и оптимизация химико-технологических процессов: Практическое руководство. - СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2003. 480 с.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
1. ссылка скрыта Институт системного анализа РАН.
2. ссылка скрыта– Федеральный портал «Российское образование»
3. ссылка скрыта– Российский портал открытого образования
4. ссылка скрыта – Российский портал образования
Все необходимые учебно-методические материалы, представлены на личных страницах автора в сети ссылка скрыта, а также на сайте www.sau.favt.tsure.ru.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Лекционная аудитория оснащена интерактивной доской и проекционным оборудованием для демонстрации слайдов. В лаборатории имеется 12 рабочих мест, оборудованных ПЭВМ, с установленным на них специализированным программным обеспечением.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению подготовки ФАВТ 220700.62 «Автоматизация технологических процессов и производств» и профилю подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств в энергетике»
Автор: ____________________________ Финаев В.И., д.т.н., проф., зав. каф. САУ
Рецензент ____________________________ Шадрина В.В., к.т.н., доцент каф. САУ
Программа одобрена на заседании УМК ФАВТ от 20.01.2011 года, протокол № 1.