Рабочая программа учебной дисциплины "спецвопросы математического моделирования" Цикл
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа учебной дисциплины методы математического моделирования Наименование, 122.11kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины основы математического моделирования направление:, 218.4kb.
- Программа курса «Основы математического моделирования» Осень 2007, 25.35kb.
- Аннотация дисциплины «основы математического моделирования», 29.01kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «основы компьютерного проектирования и моделирования, 154.52kb.
- Аннотация примерной программы учебной дисциплины «Высшая математика» Цели и задачи, 351.31kb.
- Рабочая программа дисциплины экономика направление (специальность) ооп, 376.04kb.
- Программа учебной дисциплины «Концепции современного естествознания» специальность, 151.67kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «Вычислительная математика» Направление подготовки, 130.55kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ен. В. 12 Основы математического моделирования, 534.59kb.
М.1. 5б
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ (ИЭЭ)
___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 140400 Электроэнергетика и электротехника
Магистерская программа: Техника и электрофизика высоких напряжений
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
"СПЕЦВОПРОСЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ"
| Цикл: | М.1 Общенаучный | семестр |
| Часть цикла: | М.1 дисциплины по выбору | |
| № дисциплины по учебному плану: | ИЭЭ; М.1. 5б | |
| Часов (всего) по учебному плану: | 108 | 2 семестр |
| Трудоемкость в зачетных единицах: | 3 | 2 семестр – 3 |
| Лекции | 18 час | 2 семестр |
| Лабораторные работы | 36 час | 2 семестр |
| Объём самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 54 час | 2 семестр |
| Зачёт | | 2 семестр |
Москва – 2011
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является
формирование знаний и навыков по составлению математических моделей для решения инженерных и научно-исследовательских задач в технике высоких напряжений.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
- самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения в области применения специализированного программного обеспечения, расширять и углублять свои познания, в том числе с помощью информационных технологий (ОК-6);
- свободно пользоваться терминологией используемой при применении программного обеспечения для решения инженерных и научно-технических задач (ОК-3);
- использовать на практике навыки и умения в организации научно-исследовательских и научно-производственных работ, оценивать качество результатов деятельности (ОК-4);
- использовать углубленные знания в области применения программного обеспечения в профессиональной деятельности (ПК-1);
- находить творческие решения задач, требующих применения специализированного программного обеспечения, готовностью принимать нестандартные решения (ПК-4);
- анализировать естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности в области электроэнергетики и электротехники (ПК-5);
- оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ПК-8);
- использовать современные и перспективные компьютерные и информационные технологии при решении инженерных и научно-исследовательских задач в технике высоких напряжений (ПК-9);
- использовать прикладное программное обеспечение для расчета параметров устройств электротехнического и электроэнергетического оборудования (ПК-14).
Задачами дисциплины являются:
- ознакомить обучающихся с основными понятиями и подходами к решению задач техники высоких напряжений путем математического моделирования;
- привить практические навыки разработки математических моделей для решения задач электроэнергетики и электротехники, а также техники высоких напряжений;
- научить использовать программные средства для решения инженерных и научно-исследовательских задач.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла М.1 основной образовательной программы подготовки магистров по профилю “Техника и электрофизика высоких напряжений” направления 140400 Электроэнергетика и электротехника.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: “Высшая математика”, “Информационные технологии”, “Физика”, “Теоретические основы электротехники”, “Физико-математические основы техники высоких напряжений”, “Дополнительные главы математики”, “Математическое моделирование”.
Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы при выполнении магистерской диссертационной работы.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины, обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
- основные источники научно-технической информации по реализации методов математического моделирования с помощью прикладного программного обеспечения (ОК-6, ОК-3, ПК-1);
- методы математического моделирования, заложенные в основу специализированного программного обеспечения для решения задач техники высоких напряжений (ПК-1, ПК-4).
Уметь:
- составлять расчетные модели исследуемых физических явлений и электротехнологических установок с помощью специализированного программного обеспечения (ПК-1, ПК-4, ПК-5, ОК-4);
- использовать современные и перспективные компьютерные и информационные технологии при решении инженерных и научно-исследовательских задач в технике высоких напряжений (ПК-9);
- оформлять, представлять и докладывать результаты расчетов, выполненных с помощью специализированных программных продуктов (ПК-8).
Владеть:
- навыками выполнения расчетов и численных научных экспериментов для решения инженерных и научно-исследовательских задач (ПК-14).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.
| № п/п | Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации (по семестрам) | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по разделам) | |||
| лк | пр | лаб | сам. | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1 | Программирование в среде MATLAB | 26 | 2 | 6 | -- | 8 | 12 | Контрольная работа №1 |
| 2 | Среда визуального моделирования Simulink | 20 | 2 | 4 | -- | 8 | 8 | Тест: моделирование переходного процесса в цепях со сосредоточенными параметрами в системе Simulink |
| 3 | Расчет установившихся и переходных режимов в электроэнергетических системах | 32 | 2 | 4 | -- | 12 | 16 | Контрольная работа №2 |
| 4 | Метод конечных элементов и его применение для решения полевых задач | 24 | 2 | 4 | -- | 8 | 12 | Тест: метод конечных элементов |
| | Зачет | 6 | 2 | -- | -- | -- | 6 | Дифференцир. зачет |
| | Итого: | 108 | | 18 | -- | 36 | 54 | |
4.2. Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции:
2 семестр
1. Программирование в среде MATLAB
Вычислительные возможности среды MATLAB. Основные конструкции языка программирования среды MATLAB. Основы проектирования программного обеспечения для решения задач электроэнергетики и электротехники. Визуализация результатов математического моделирования.
2. Среда визуального моделирования Simulink
Решатели MATLAB для решения обыкновенных дифференциальных уравнений и их систем. Параметры системы Simulink. Основные блоки системы Simulink. Подсистемы, маскирование подсистем, создание пользовательских блоков. Интерфейс программы MATLAB с системой Simulink. Полезные приемы для работы с системой Simulink.
3.Расчет установившихся и переходных режимов в электроэнергетических системах
Методы формирования систем дифференциальных уравнений, описывающих переходные процессы в электроэнергетических системах. Системы уравнений состояния. Нахождение собственных значений матрицы системы для анализа устойчивости численных методов и колебательных свойств схем. Сравнительная характеристика устойчивости решения систем дифференциальных уравнений. Применение методов второго порядка точности аппроксимации для решения дифференциальных уравнений переходных процессов. Теорема Далквиста. Отличительные особенности построения расчетных моделей для решателей с постоянным и переменным временным шагом. Расчетные модели высоковольтного оборудования линии электропередач и подстанций.
4.Метод конечных элементов и его применение для решения полевых задач
Основные понятия теоремы вариационного исчисления. Определение функционалов для решения задач механики и электромагнетизма. Идея и алгоритм метода конечных элементов. Симплексные координаты. Метод автоматической генерации конечно-элементной сетки. Выбор формы конечных элементов и точности аппроксимации при решении двумерных и трехмерных задач. Постановка задач конечно-элементного моделирования для исследования механических, тепловых и электромагнитных процессов.
4.2.2. Практические занятия:
Практические занятия учебным планом не предусмотрены.
4.3. Лабораторные работы
- Расчет параметров аппроксимации испытательных импульсов напряжения и тока по методам CIGRE, Heidler и биэкспоненциальной форме.
- Проектирование и разработка программы обработки экспериментальных данных.
- Моделирование физических процессов в среде Simulink.
- Разработка расчетной модели силовой дуги и исследование отключающей способности выключателей.
- Формирование системы дифференциальных уравнений для исследования характеристик коммутационных перенапряжений и её решение.
- Применение преобразования Фурье для исследования частотных характеристик силовых трансформаторов и реакторов.
- Проектирование и реализация комплекса для выбора устройств защиты от перенапряжений, возникающих в системе «вакуумный выключатель – трансформатор».
- Применение метода конечных элементов для расчета и анализа электрических полей в изоляционных конструкциях.
- Применение метода конечных элементов для расчета и анализа магнитных полей в силовых трансформаторах и реакторах.
4.4. Расчетные задания
Расчётные задания учебным планом не предусмотрены.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы
Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в форме лекций в традиционной форме, а также с использованием компьютерных презентаций в формате Microsoft PowerPoint.
Лабораторные занятия предусматривают решение студентами задач на персональных компьютерах с применением специализированного программного обеспечения.
Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным работам, подготовку к зачету.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются письменные тесты и контрольные работы.
Аттестация по дисциплине – дифференцированный зачет.
Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на дифференцированном зачете в 2 семестре.
В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
- Электрофизические основы техники высоких напряжений: учеб. для вузов / И.М.Бортник и др.; под общ. ред. И.П.Верещагина – М.: Издательский дом МЭИ, 2010.
- Физико-математические основы техники и электрофизики высоких напряжений. Учебное пособие для вузов / В.В. Базуткин, К.П. Кадомская, Е.С. Колечицкий и др. Под ред. К.П. Кадомской. – М.: Энергоатомиздат, 1995. Дьяконов В.П., Пеньков А.А. MATLAB и Simulink в электроэнергетике. Справочник. – М.: Горячая Линия - Телеком, 2009.
- Решение обыкновенных дифференциальных уравнений с использованием MATLAB. М.: Лань, 2009.
- Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. - М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008.
- Кетков Ю., Кетков А., Шульц М. MATLAB 7: программирование, численные методы. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005.
б) дополнительная литература:
- Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. – М.: Наука, 1989.
- Федоренко Р.П. Введение в вычислительную физику. – М.: Издательство МФТИ, 1994.
7.2. Электронные образовательные ресурсы
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
Программное обеспечение – программы MATLAB, ATP, BetaFields, EMTLab.
Интернет-ресурс www.tvn-moscow.ru, www.mathworks.com, matlab.exponenta.ru.
б) другие:
не предусмотрены.
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной персональными компьютерами для проведения практических занятий, а также мультимедийными средствами для представления презентаций лекций.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» и магистерской программе «Техника и электрофизика высоких напряжений».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
ст.преп. Матвеев Д.А.
ст.преп. Черненский Л.Л.
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой Техника и электрофизика высоких напряжений
к.т.н., профессор Хренов С.И.