Учебно-методический комплекс основной образовательной программы по направлению подготовки бакалавров «Системный анализ и управление» Санкт-Петербург 2009 г
| Вид материала | Учебно-методический комплекс |
- Учебно-методический комплекс дисциплины б дв1 Теория систем и системный анализ Направление, 568.62kb.
- Учебно-методический комплекс учебной дисциплины для бакалавров по направлению философия, 325.96kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине философия спорта основной образовательной, 407.33kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине конфликтология основной образовательной, 480.7kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине культурология основной образовательной программы, 839.94kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине антропология основной образовательной программы, 2420.38kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине речевая коммуникация основной образовательной, 353.09kb.
- Основы экономики учебно-методический комплекс дисциплины для программы подготовки бакалавров, 888.35kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине основы теории коммуникации основной образовательной, 400.21kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине философия основной образовательной программы, 801.95kb.
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины по ГОС ВПО, разделы дисциплины по РПД и объемы по видам занятий
| № | Разделы дисциплины по ГОС ВПО (дидактические единицы ГОС) | Разделы дисциплины по РПД | Объем занятий, час | Примечания | |||
| Л | ПЗ | ЛЗ | СР | | |||
| 1 | Основные принципы системного анализа и теории принятия решений. | Основные принципы системного анализа и теории принятия решений. | 4 | | | 4 | |
| 2 | Оптимизационные методы получения детерминированных оценок (методы линейного программирования, квадратичного программирования, выпуклого программирования, теорема Куна-Такера, динамическое программирования, принцип максимума, оптимизация в функциональных пространствах). | Оптимизационные методы получения детерминированных оценок (методы линейного программирования, квадратичного программирования, выпуклого программирования, теорема Куна-Такера, динамическое программирования, принцип максимума, оптимизация в функциональных пространствах). | 20 | 10 | | 33 | |
| 3 | Многокритериальная оптимизация (принцип Парето, лексикографическая оптимизация). | Многокритериальная оптимизация (принцип Парето, лексикографическая оптимизация). | 10 | 10 | | 20 | |
| 4 | Вариационные методы получения детерминированных оценок. | Вариационные методы получения детерминированных оценок. | 8 | 4 | | 12 | |
| 5 | Статистические методы получения оценок. | Статистические методы получения оценок. | 4 | | | 4 | |
| 6 | Структура и методы принятия решений с использованием различных оценок. | Структура и методы принятия решений с использованием различных оценок. | 6 | 2 | | 8 | |
| 7 | Метод системных матриц (пространство «варианты-условия»): минимаксный метод, метод Байеса-Лапласа, метод Гермейера, комбинированные методы. | Метод системных матриц (пространство «варианты-условия»): минимаксный метод, метод Байеса-Лапласа, метод Гермейера, комбинированные методы. | 4 | 2 | | 5 | |
| 8 | Комбинаторные методы (метод преобразования графов). | Комбинаторные методы (метод преобразования графов). | 4 | 2 | | 4 | |
| 9 | Статистические методы принятия решений (метод проверки гипотез, методы минимизации дисперсии). | Статистические методы принятия решений (метод проверки гипотез, методы минимизации дисперсии). | 4 | | | 4 | |
| 10 | Оптимальность в конфликтных ситуациях, игровые динамические задачи, устойчивость точек равновесия. | Оптимальность в конфликтных ситуациях, игровые динамические задачи, устойчивость точек равновесия. | 4 | 4 | | 8 | |
| Итого | Общая трудоемкость по ГОС ВПО 204 час. | Общая трудоемкость 204 час. | 68 ч. | 34 ч. | ч. | 102 ч. | |
4.2. Содержание разделов дисциплины
1. Основные принципы системного анализа и теории принятия решений. Принципы системного анализа. Классификации сред, задач, методов. Бинарное отношение, аксиомы.
2. Оптимизационные методы получения детерминированных оценок (методы линейного программирования, квадратичного программирования, выпуклого программирования, теорема Куна-Таккера, динамическое программирование, принцип максимума, оптимизация в функциональных пространствах). Задача линейного программирования и приведения ее к канонической форме. Симплекс метод. Задачи нелинейного программирования (при отсутствии ограничений, при наличии ограничений). Методы безусловной оптимизации. Условная оптимизация. Теоремы Куна-Таккера. Динамическое программирование, принцип максимума Понтрягина. Оптимизация в функциональных и банаховых пространствах.
3. Многокритериальная оптимизация (принцип Парето, лексикографическая оптимизация). Постановка задачи принятия решений в различных средах. Отношения Парето и Слейтера. Принятие решений в условиях нечеткой информации. Принцип Неша. Модели принятия решений.
4. Вариационные методы получения детерминированных оценок. Вариационные методы решения экстремальных задач. Уравнение Ньютона-Эйлера и его использование в оптимальном управлении.
5. Статистические методы получения оценок. Математические методы использования статистических данных. Метод экспертных оценок.
6. Структура и методы принятия решений с использованием различных оценок. Классические задачи теории исследования операций. Принятие управленческих решений. Модели принятия решений.
7. Метод системных матриц (пространство «варианты-условия»): минимаксный метод, метод Байеса-Лапласа, метод Гермейера, комбинированные методы. Представление принятия решения в матрицы системных оценок. Представление стратегии выбора с помощью оценочных функций. Представление стратегии выбора с помощью системной матрицы, отражающей процедуры свертки в процессе выбора. Критерии выбора.
8. Комбинаторные методы (метод преобразования графов). Теория графов и оптимизация. Парные сравнения. Калибровки. Обобщенные методы.
9. Статистические методы принятия решений (метод проверки гипотез, методы минимизации дисперсии). Метод проверки гипотез по совокупности малых выборок. Регрессионный и корреляционный анализ. Метод проверки гипотез, Методы минимизации дисперсии (метод наименьших квадратов).
10. Оптимальность в конфликтных ситуациях, игровые динамические задачи, устойчивость точек равновесия. Игровые методы обоснования решений. Принятие решений в условиях конфликта. Принятие решений в условиях n лиц. Устойчивость точек равновесия.
5. Лабораторный практикум не предусмотрен.
6. Практические занятия
1. Симплексный метод решения задач линейного программирования.
2. Постановка задач нелинейного программирования.
3. Решение задач нелинейного программирования численными методами.
4. Постановка задач теории оптимальных систем.
5. Решение простейших задач теории оптимальных систем.
6.Решение задачи линейного программирования симплекс-методом.
7.Решение задачи нелинейного программирования численным методом.
8.Численное решение задачи теории оптимальных систем.
9. Решение задачи интерполяции и оптимизации.
10. Решение обыкновенного дифференциального уравнения и оптимизация.
11. Решение алгебраического или трансцендентного уравнения и оптимизация.
12. Решение задач численного интегрирования и оптимизация.
13. Задача планирования производства.
14. Задача составления расписаний.
15. Транспортная задача.
16. Задача об упаковке в контейнеры.
17. Задача о назначении.
18. Принятие решений на основе статистических данных.
19. Принятие решений на основе матрицы суждений.
7. Курсовой проект (курсовая работа) не предусмотрен.
8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
8.1. Рекомендуемая литература
Основная литература:
1. Е. С. Венцель. Исследование операций. – М.: Высшая школа, 2007. – 208 с.
2. Козлов В.Н. Математика и информатика. – СПБ.: Питер, 2004. – 266 с.: ил. – (Серия «Учебное пособие»).
3. Системный анализ и принятие решений: Словарь-справочник: учебное пособие для вузов / Под ред. В. Н. Волковой, В. Н. Козлова. – М.: Высшая школа, 2004. – 616 с.
4. Системный анализ и принятие решений: учеб. пособие / Д.Н.Колесников [и др. ], под ред. Д.Н. Колесникова. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008.-468 с.
5. Черноруцкий И. Г. Методы принятия решений. – СПБ.: BHV, 2005. – 416 с.
Дополнительная литература:
1. Борисов А. Н., Крумберг О. А., Федоров И. П. Принятие решений на основе нечетких моделей. Примеры использования. – Рига: Зинатне, 1990. – 184 с.
2. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. Пер. с англ. М.: Сов. Радио, 1976.-165 с.
3. Колесников Д. Н. Душутина Е.В. Пахомова В.И. Введение в MATLAB с примерами решения задач оптимизации и моделирования. Учеб. пособие. – СПб.:Издательство СПбГПУ,1995. – 113 с.
4. Ларичев О. И. Объективные модели и субъективные решения. – М.: Наука, 1987.
5. MATLAB 7. Наиболее полное руководство / И. Е. Ануфриев, А. Б. Смирнов, Е. Н. Смирнова — СПб.: BHV – Петербург, 2005.
6. C/C++ : Программирование на языке высокого уровня / Т. А. Павловская. – СПб.: Питер, 2007. – 461 с.
7. Хемди А. Таха Введение в исследование операций. – Вильямс, 2007. – 912 с.
8.2. Условия реализации и технические средства по обеспечению дисциплины
Программное обеспечение персональных компьютеров; информационное, программное и аппаратное обеспечение.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Компьютерный класс ПЭВМ с микропроцессором не ниже Pentium IV, объем ПЗУ не меньше 2-3 ГБ, объем ОЗУ не меньше 512 МБ. Пакет прикладных программ MATLAB. Язык программирования Си ++.
10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Компоновка дидактических единиц ГОС в лекциях осуществляется по технологическому принципу с представлением стандартов.
Подготовка к текущим практическим занятиям осуществляется в процессе самостоятельной работы студентов согласно методическим указаниям, представляемым преподавателем на предшествующих практических занятиях.
1. Цели и задачи изучения дисциплины
Программа курса разработана в соответствии с государственным стандартом для высшего профессионального образования. В процессе обучения студенты должны приобрести необходимые знания по методам построения математических моделей реальных динамических объектов и процессов; изучить методы анализа объектов и систем автоматического управления; изучить методы синтеза систем автоматического управления.
Конечной целью изучения дисциплины является подготовка будущих специалистов к решению практических задач по управлению техническими объектами в различных отраслях промышленности, науки, хозяйства.
Изучив основы теории автоматического управления, студенты получат ключ к решению многих задач, связанных как с математическим моделированием объектов и процессов управления, так и с проектированием систем управления на основе использования современных методов синтеза.
2. Место дисциплины в рабочем учебном плане
Дисциплина «Теория автоматического управления» ОПД.Ф.05.01 является фундаментальным курсом, базой для дальнейшего изучения методов управления техническими объектами. Базой для используемых в курсе методов являются материалы, рассматриваемые в дисциплинах «Математика», «Информатика», «Вычислительная математика». Поэтому целесообразным является изучение дисциплины в 5-м и 6-м семестрах.
3. Объем учебной дисциплины по видам учебных занятий и формы контроля
Форма обучения: очная.
| Виды занятий и формы контроля | Объем по семестрам | ||
| 5-й семестр | 6-й семестр | | |
| Лекции (Л), час. | 34 | 34 | |
| Практические занятия (ПЗ), час. | 17 | 17 | |
| Лабораторные занятия (ЛЗ), час. | - | 17 | |
| Самостоятельная работа (СР), час. | 17 | 17 | |
| Экзамены (Э), шт. | 1 | 1 | |
| Зачеты (З), шт. | 1 | 1 | |
| Курсовые проекты (КП), шт. | 1 | 1 | |
| Общая трудоемкость дисциплины составляет по ГОС ВПО/РПД 204 / 204 час. |
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины по ГОС ВПО, разделы дисциплины по РПД и объемы по видам занятий
| № | Разделы дисциплины по ГОС ВПО (дидактические единицы ГОС) | Разделы дисциплины по РПД | Объем занятий, час. | Примечания | ||||
| Л | ПЗ | ЛЗ | СР | | | |||
| 1 | Основные понятия | Основные понятия | 2 | | | | | |
| 2 | Математические модели непрерывных и дискретных линейных объектов и систем | Математические модели непрерывных и дискретных линейных объектов и систем | 10 | 2 | | 4 | | |
| 3 | Дифференциальные и разностные кусочно-линейные модели нелинейных объектов и систем | Дифференциальные и разностные кусочно-линейные модели нелинейных объектов и систем | 14 | 2 | 2 | 8 | | |
| 4 | Анализ установившихся и переходных режимов | Анализ установившихся и переходных режимов | 16 | 2 | 2 | 8 | | |
| 5 | Методы анализа устойчивости линейных объектов и систем | Методы анализа устойчивости линейных объектов и систем | 16 | 2 | 5 | 4 | | |
| 6 | Методы синтеза детерминированных систем | Методы синтеза детерминированных систем | 16 | 2 | 8 | 10 | | |
| 7 | Системы оптимальные по H-критериям | Системы оптимальные по H-критериям | 8 | 2 | | 10 | | |
| 8 | Методы синтеза стохастических и адаптивных систем | Методы синтеза стохастических и адаптивных систем | 8 | 4 | | 10 | | |
| 9 | Синтез грубых систем | Синтез грубых систем | 6 | 1 | | 10 | | |
| 10 | Крупномасштабные системы | Крупномасштабные системы | 4 | | | 4 | | |
| Итого | Общая трудоемкость по ГОС ВПО 204 час. | Общая трудоемкость 204 час. | 102 ч. | 17 ч. | 17 ч. | 68 ч. | | |
4.2. Содержание разделов дисциплины
1. Основные понятия. Основные понятия. Принципы построения и классификация систем автоматического управления. Объекты управления.
2. Математические модели непрерывных и дискретных линейных объектов и систем. Линейные уравнения взаимосвязи входных и выходных сигналов, уравнения состояния САУ. Переход от одной формы записи математической модели к другой для непрерывных и дискретных систем управления.
3. Дифференциальные и разностные кусочно-линейные модели нелинейных объектов и систем. Нелинейные уравнения объектов и систем. Описание типовых кусочно-линейных звеньев. Кусочно-линейные дифференциальные и разностные уравнения объектов и систем управления. Модели объектов и систем управления общего вида.
4. Анализ установившихся и переходных режимов. Анализ переходных процессов и установившихся режимов в линейных системах непрерывного и дискретного типа. Уравнения свертки для непрерывных и дискретных систем управления. Импульсные переходные функции. Передаточные функции непрерывных и дискретных объектов и систем. Частотные характеристики объектов и систем. Связь между частотными и временными характеристиками.
5. Методы анализа устойчивости линейных объектов и систем. Основные понятия теории устойчивости: устойчивость решений по Ляпунову, асимптотическая устойчивость, входо-выходная устойчивость систем. Критерии устойчивости непрерывных и дискретных объектов и систем управления. Корневые критерии устойчивости. Алгебраические критерии устойчивости. Частотные критерии Михайлова и Найквиста. Критерий абсолютной устойчивости нелинейных систем.
6. Методы синтеза детерминированных систем. Определение управляемости и наблюдаемости, критерии управляемости и наблюдаемости объектов и систем. Синтез модальных регуляторов. Синтез оптимальных систем. Синтез локально-оптимальных систем. Синтез систем с наблюдателем состояний.
7. Системы оптимальные по H-критериям. Представление систем и оценка качества систем в Н-теории. Синтез Н2 и Н∞ оптимальных систем управления.
8. Методы синтеза стохастических и адаптивных систем. Определение и классификация стохастических систем (СС). Основы оптимизации СС, синтез предельно оптимальных СС. Методы идентификации статических и динамических объектов, метод скоростного градиента, метод стохастической аппроксимации.
9. Синтез грубых систем. Робастная стабилизация. Интервальные системы. Обобщенное представление неопределенности.
10. Крупномасштабные системы. Анализ устойчивости с помощью векторных функций Ляпунова и функционалов Ляпунова-Красовского. Синтез крупномасштабных систем локально-оптимального и субоптимального управления.
5. Лабораторный практикум
1. Моделирование переходных процессов линейных САУ в среде MATLAB с использованием пакетов Control System и Simulink.
2. Анализ переходных функций и частотных характеристик линейных непрерывных систем.
3. Разработка и исследование линейных непрерывных систем с модальными и оптимальными регуляторами.
4. Разработка и исследование линейных дискретных систем с модальными и оптимальными регуляторами.
6. Практические занятия
- Линейные модели "вход-выход" и модели "вход-состояние-выход" для непрерывных и дискретных объектов и систем. Переход от одной формы к другой. Структурные схемы и правила преобразования структурных схем (разделы 1 и 2).
- Нелинейные уравнения объектов и систем. Описание типовых кусочно-линейных звеньев. Кусочно-линейные дифференциальные и разностные уравнения объектов и систем управления. Модели объектов и систем управления общего вида. Линеаризация уравнений состояния (раздел 3).
- Анализ переходных процессов и установившихся режимов в линейных системах непрерывного и дискретного типа. Уравнения свертки для непрерывных и дискретных систем управления. Импульсные переходные функции. Передаточные функции непрерывных и дискретных объектов и систем. Частотные характеристики объектов и систем. Связь между частотными и временными характеристиками (раздел 4).
- Критерии устойчивости непрерывных и дискретных объектов и систем управления. Корневые критерии устойчивости. Алгебраические критерии устойчивости. Частотные критерии Михайлова и Найквиста. Критерий абсолютной устойчивости (раздел 5).
- Определение управляемости и наблюдаемости, критерии управляемости и наблюдаемости объектов и систем. Синтез модальных регуляторов. Синтез оптимальных систем. Синтез локально-оптимальных систем. Синтез систем с наблюдателем состояний (раздел 6).
- Представление систем и оценка качества систем в Н-теории. Синтез Н2 и Н∞ оптимальных систем управления (раздел 7).
- Основы оптимизации стохастических систем, синтез предельно оптимальных стохастических систем. Методы идентификации статических и динамических объектов, метод скоростного градиента, метод стохастической аппроксимации (раздел 8).
- Робастная стабилизация. Интервальные системы. Обобщенное представление неопределенности (раздел 9).
7. Курсовой проект (курсовая работа)
Курсовое проектирование осуществляется согласованно с курсом лекций и практических занятий с использованием материала всех разделов дисциплины. В качестве объектов исследования студенты используют математические модели реальных устройств. При выполнении всех этапов курсовой работы студент получает навыки проектирования реальных систем управления в рамках концепции "модели-анализ-синтез" с использованием компьютерных технологий.
Примеры исследуемых процессов или устройств:
1. Управление частотой и активной мощностью энергетических объединений.
2. Управление летательным аппаратом в продольной плоскости.
3. Управление летательным аппаратом в боковой плоскости.
4. Управление перемещением считывающей головки дисковода.
5. Разработка и исследование системы управления горизонтальным положением парома.
8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
8.1. Рекомендуемая литература
Основная литература:
1. Козлов В.Н., Куприянов В.Е., Шашихин В.Н. Управление энергетическими системами. Часть 1: Теория автоматического управления: Учеб. пособие / Под ред. В.Н. Козлова − СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006. − 316 с.
2. Козлов В.Н., Куприянов В.Е., Шашихин В.Н. Теория автоматического управления: Учеб. Пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. − 127 с.
3. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник / Под ред. Н.Д.Егунова. М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000.
4. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: Учебник / Под ред. Н.Д. Егупова. - Москва : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002 - 744 с.
Дополнительная литература:
1. Первозванский А.А. Курс теории автоматического управления.- М.: Наука,1986. – 616 с.
2. Козлов В.Н., Куприянов В.Е., Шашихин В.Н. Вычислительная математика и теория управления: Учеб. пособие. СПб.: Изд. СПбГТУ, 1996. − 284 с.
3. Воронов А.А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость — Москва: Наука, 1979 .— 336 с.
4. Модели, устойчивость и синтез автоматических систем: Метод. Указания / Заборовский В.С. и др. СПб.: Изд. СПбГТУ, 1993.– 80 с.
5. Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы. – СПб.: Питер, 2005. − 336 с.
6. Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Нелинейные и оптимальные системы. – СПб.: Питер, 2006. − 272 с.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Компьютерный класс ПЭВМ с микропроцессором не ниже Pentium IV, объем ПЗУ не меньше 2-3 ГБ, объем ОЗУ не меньше 512 МБ со средой MatLab (версии 7 и выше), а также пакетами Control System и Robust.
1. Цели и задачи изучения дисциплины
Целью обучения студентов является: приобретение студентами знания основных понятий и законов теории электрических и магнитных цепей, освоение и использование основных методов расчета линейных и нелинейных цепей переменного тока и магнитных цепей, изучение электромагнитных устройств и электрических машин постоянного тока, асинхронных и синхронных машин и трансформаторов, изучение элементной базы и принципов работы современных электронных приборов, устройств и систем, используемых в практической деятельности; изучение основных электроизмерительных приборов и получение навыков электрических измерений, формирование базы для чтения специальной литературы, для квалифицированного взаимодействия со специалистами других профилей при совместной работе
В результате освоения курса студент должен уметь: применять эти знания для анализа физических процессов в электротехнических устройствах и системах, использовать современную аппаратуру для постановки необходимых экспериментов в реальных установках, применять современную вычислительную технику для проведения электротехнических расчетов и обработки полученных результатов.
Дисциплина «Общая электротехника и электроника» позволяет студентам овладеть навыками: сборки схем и проведения экспериментальных исследований и измерений на физических моделях, а также обработки полученных результатов, работы с электрическим, электронным и измерительным оборудованием, формирования осознанных представлений о возможности применения в специальных дисциплинах используемых методов курса и полученных выводов.
2. Место дисциплины в рабочем учебном плане
Дисциплина ОПД.Ф.10.01 «Общая электротехника и электроника» изучается в 3-м и 4-м семестрах. Дисциплина базируется на разделах дисциплин: «Математика», «Физика», развивая последние в направлении постановки и решения задач в области разработки электронных схем, информационных и управляющих систем. Дисциплина «Общая электротехника и электроника» обеспечивает базу для дальнейшего изучения дисциплин: «Теория автоматического управления»
3. Распределение объема учебной дисциплины по видам учебных занятий и формы контроля
Форма обучения очная
| Виды занятий и формы контроля | Объем по семестрам | |
| 3-й семестр | 4-й семестр | |
| Лекции (Л), час. | 54 | 17 |
| Практические занятия (ПЗ), час. | - | 17 |
| Лабораторные занятия (ЛЗ), час. | 18 | |
| Самостоятельная работа (СР), час. | 18 | 17 |
| Зачеты, шт | 1 | 1 |
| Экзамены (Э), шт | 1 | |
| Общая трудоемкость дисциплины составляет по ГОС ВПО/РПД 141 / 141 час. |