Рабочая программа для специальности 210100 "Управление и информатика в технических системах" Факультет
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа для подготовки инженеров по специальности 210100 "Управление и информатика, 100.75kb.
- Рабочая программа для направления 550200 «Автоматизация и управление» испециальности, 131.97kb.
- Рабочая программа для направления 550200 "Автоматизация и управление", для специальности, 305.49kb.
- Программа для специальности 210100 "Управление и информатика в технических системах", 191.22kb.
- Программа для специальности 210100 "Управление и информатика в технических системах", 277.23kb.
- Рабочая программа для специальности 210100 "Управление и информатика в технических, 106.32kb.
- Образовательный стандарт томского политехнического университета по специальности 210100-Управление, 403.93kb.
- Рабочая программа для направления (специальности) 550200 "Автоматизация и управление", 110.91kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины Локальные системы автоматизации и управления, 283.55kb.
- Рабочая программа для направления 550200 Автоматизация и управление Факультет автоматики, 182.53kb.
Министерство образования Российской Федерации
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
| | УТВЕРЖДАЮ Декан АВТФ _______________Мельников Ю.С. “_____” ________________ 2000 г. |
ОПТИМАЛЬНЫЕ И АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Рабочая программа для специальности
210100 - “Управление и информатика в технических системах”
Факультет Автоматики и вычислительной техники (АВТФ)
Обеспечивающая кафедра Автоматики и компьютерных систем
Курс 5_
Семестр 9_
Учебный план набора 1999 года с изменениями _______ года
Распределение учебного времени
Лекций ------- 36 часов (ауд.)
Лабораторных работ ------- 18 часов (ауд.)
Всего аудиторных занятий ------- 54 часов
Самостоятельная (внеаудиторная)
работа ------- 54 часов
Общая трудоемкость ------- 108 часов
Зачет в 9 семестре
Томск 2000 г.
Предисловие
1. Рабочая программа составлена на основе ГОС по специальности 210100 “Управление и информатика в технических системах”.
РАССМОТРЕНА и ОДОБРЕНА на заседании кафедры автоматики и компьютерных систем “ 3_” февраля__ 2000 г. протокол № 7_.
2. Разработчик:
доцент кафедры АиКС ____________________ С.А.Гайворонский
3. Зав. кафедрой АиКС ____________________ Г.П.Цапко
4. Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающими кафедрами специальности; СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.
Зав. выпускающей кафедрой ____________________ Г.П.Цапко
Аннотация
Рабочая программа учебной дисциплины “Оптимальные и адаптивные системы управления” предназначена для подготовки инженеров по специальности 210100 “Управление и информатика в технических системах”.
Обязательный минимум содержания программы соответствует ГОС ВПО и включает в себя следующие разделы: принципы построения оптимальных и адаптивных систем управления, их математическое описание; основные методы анализа и синтеза систем.
Дополнительные требования ТПУ: раскрытие принципов междисциплинарного и наддисциплинарного характера изучаемой дисциплины; практические проблемы разработки и внедрения оптимальных и адаптивных систем управления; использование современных методов их анализа и синтеза.
Программа разработана доцентом кафедры АиКС АВТФ С.А.Гайворонским.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1. Цели преподавания дисциплины
В настоящее время для достижения высоких технико-экономических характеристик автоматических систем широко используется теория оптимального и адаптивного управления. Внедрение в практику методов оптимального и адаптивного управления базируется на применении средств вычислительной техники, предоставляющей большие возможности для реализации этих методов.
Цель преподавания дисциплины - подготовить специалистов, понимающих значение принципов оптимальности и адаптации для создания высокоэффективных систем управления различными технологическими процессами, знающих теоретические основы и принципы построения оптимальных и адаптивных систем.
1.2. Задачи изложения и изучения дисциплины
После изучения данной дисциплины молодой специалист должен:
- знать основы математических методов, на которых базируется построение оптимальных и адаптивных систем;
- знать основные схемы систем оптимального и адаптивного управления, их состав и особенности функционирования;
- быть способным осваивать новые достижения теории оптимального и адаптивного управления и применять их в своей производственной деятельности.
2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА
ДИСЦИПЛИНЫ (ЛЕКЦИИ)
2.1. Введение. Общая характеристика задач оптимального управления
(4 часа)
Предмет и задачи дисциплины “Оптимальные и адаптивные системы управления”. Содержание дисциплины и рекомендуемая литература. Понятие об оптимальном управлении. Критерии оптимальности. Ограничения. Математическая формулировка задачи оптимального управления. Описание объектов оптимального управления в переменных состояния. Управляемость и наблюдаемость.
2.2. Методы решения задач оптимального управления (4 часа)
Принцип максимума Л.С.Понтрягина. Функция Гамильтона. Основная теорема принципа максимума для задач с закрепленными концами и временем.
Метод динамического программирования. Принцип оптимальности. Уравнение Беллмана для дискретных систем и схема его решения.
2.3. Системы управления, оптимальные по быстродействию (6 часов)
Постановка задачи об оптимальном быстродействии. Использование принципа максимума для определения оптимального по быстродействию управления для линейного объекта. Теорема об N-интервалах.
Синтез оптимальных по быстродействию замкнутых систем. Фазовый портрет оптимальной по быстродействию системы. Структура оптимального регулятора. Функция переключения и методы определения ее аналитического выражения. Примеры синтеза оптимальных по быстродействию регуляторов.
2.4. Аналитическое конструирование оптимальных регуляторов
(4 часа)
Задача оптимизации систем по точности при детерминированных сигналах. Квадратичные функционалы, минимизирующие ошибку управления. Решение задачи АКОР для линейного стационарного объекта при помощи принципа максимума. Решение задачи АКОР методом динамического программирования.
2.5. Задача оптимального управления при неполной информации
об объекте управления (2 часа)
Проблема практической реализации оптимальных систем при невозможности измерения полного вектора состояния объекта. Характеристика наблюдающего устройства. Пример синтеза наблюдающего устройства.
2.6. Общие понятия об адаптивных системах (4 часа)
Показатели качества автоматических систем, их зависимость от изменяющихся параметров объекта и условий его функционирования. Проблема недостоверности исходных данных при проектировании автоматических систем. Использование принципа адаптации в автоматических системах. Понятие адаптивной системы.
Структура адаптивной системы. Контур адаптации. Прямой и идентификационный принципы построения контура адаптации. Классификация адаптивных систем.
2.7. Самонастраивающиеся системы прямого типа (6 часов)
Самонастраивающиеся системы со стабилизацией частотных характеристик. Схемы систем со стабилизацией дискретных точек АЧХ, со стабилизацией частоты среза и запаса устойчивости по фазе.
Самонастраивающиеся системы со сравнением высокочастотной и низкочастотной составляющих сигнала.
Системы со стабилизацией коэффициента демпфирования. Системы, использующие информацию о временных характеристиках.
Самонастраивающиеся системы с эталонной моделью. Способы применения эталонной модели. Пример синтеза алгоритма самонастройки прямым методом Ляпунова. Системы с сигнальной самонастройкой.
2.8. Самонастраивающиеся системы с текущей идентификацией
параметров (2 часа)
Идентификация параметров и внешних воздействий в адаптивных системах управления. Адаптивные наблюдающие устройства. Пример самонастраивающейся системы с идентификацией параметров объекта управления.
2.9. Современные тенденции и перспективы развития теории
оптимальных и адаптивных систем управления (4 часа)
Концепция многорежимного управления. Анализ динамической ситуации. Контроллер режимов. Комбинирование адаптивного и робастного управлений.
3. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Перечень лабораторных работ
3.1.1. Определение оптимальных по быстродействию управлений
(2 часа аудиторной и 2 часа самостоятельной работы)
3.1.2. Исследование оптимальной по быстродействию системы автоматического управления (2 часа аудиторной и 2 часа самостоятельной работы)
3.1.3. Исследование системы, оптимальной по квадратичному критерию
(4 часа аудиторной и 2 часа самостоятельной работы)
3.1.4. Исследование адаптивных свойств системы с переменной структурой
(2 часа аудиторной и 2 часа самостоятельной работы)
3.1.5. Исследование автоколебательной самонастраивающейся системы
(2 часа аудиторной и 2 часа самостоятельной работы)
3.1.6. Исследование самонастраивающейся системы с эталонной моделью
(2 часа аудиторной и 2 часа самостоятельной работы)
3.1.7. Адаптивное наблюдающее устройство
(2 часа аудиторной и 2 часа самостоятельной работы)
3.1.8. Адаптивная система с сигнальной самонастройкой
(2 часа аудиторной и 2 часа самостоятельной работы)
4. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
4.1. Перечень разделов курса для самостоятельного изучения
| 4.1.1. Принцип максимума в задачах со свободными и подвижными концами 4.1.2. Уравнение Беллмана для непрерывных систем 4.1.3. Синтез оптимального по быстродействию регулятора для конкретной системы 4.1.4. Сравнение применения принципа максимума и метода динамического программирования для решения задачи АКОР 4.1.5. Синтез наблюдающего устройства для конкретного объекта управления 4.1.6. Адаптивные системы с переменной структурой 4.1.7. Автоколебательные самонастраивающиеся системы 4.1.8. Проблема применения адаптивного управления для систем с быстродействующими параметрами и неструктурированными возмущениями | - 2 часа - 2 часа - 2 часа - 2 часа - 2 часа - 2 часа - 2 часа - 2 часа |
5. ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. Текущий контроль после изучения раздела “Оптимальные системы управления” предусматривает оценку выполнения 4 заданий на самостоятельное изучение теоретического материала и защиту 4 лабораторных работ по указанному разделу.
5.2. Текущий контроль после изучения раздела “Адаптивные системы управления” предусматривает оценку выполнения 4 заданий на самостоятельное изучение теоретического материала и защиту 4 лабораторных работ по указанному разделу.
5.3. Итоговый контроль результатов изучения дисциплины проводится в форме зачета.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1. Методические пособия
1. Определение оптимальных по быстродействию управления: Метод. указания по выполнению лабораторной работы / Составитель О.С.Вадутов. - Томск: изд. ТПИ, 1991. - 4 с.
2. Исследование оптимальной по быстродействию системы автоматического управления: Метод. указания по выполнению лабораторной работы / Составитель О.С.Вадутов. - Томск: изд. ТПИ, 1990. - 8 с.
3. Исследование системы, оптимальной по квадратичному критерию: Метод указания по выполнению лабораторной работы / Составитель О.С.Вадутов. - Томск: изд. ТПИ, 1991. - 6 с.
4. Исследование адаптивных свойств системы с переменной структурой: Метод указания по выполнению лабораторной работы / Составитель О.С.Вадутов. - Томск: изд. ТПИ, 1991. - 4 с.
5. Исследование автоколебательной самонастраивающейся системы: Метод. указания по выполнению лабораторной работы / Составитель О.С.Вадутов. - Томск: изд. ТПИ, 1991. - 5 с.
6. Исследование самонастраивающейся системы с эталонной моделью: Метод указания по выполнению лабораторной работы / Составитель О.С.Вадутов. - Томск: изд. ТПИ, 1990. - 6 с.
7. Адаптивное наблюдающее устройство: Метод указания по выполнению лабораторной работы / Составитель С.А.Гайворонский. - Томск: изд. ТПИ, 1994. - 6 с.
8. Адаптивная система с сигнальной самонастройкой: Метод указания по выполнению лабораторной работы /Составитель С.А.Гайворонский. - Томск: изд. ТПИ, 1991. - 6 с.
6.2. Перечень рекомендуемой литературы
6.2.1. Основная литература
1. Афанасьев А.П. Оптимальное управление в линейных системах. - М.: Наука, 1993. - 220 с.
2. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. - М.: Высшая школа, 1989. - 280 с.
3. Вадутов О.С. Оптимальные системы. - Томск: изд. ТПИ, 1983. - 95 с.
4. Вадутов О.С. Адаптивные системы автоматического управления. - Томск: изд. ТПИ, 1991. - 95 с.
6.2.2. Дополнительная литература
5. Кротов В.Ф. Основы теории оптимального управления. - М.: Высшая школа, 1990. - 215 с.
6. Чураков Е.П. Оптимальные и адаптивные системы. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 225 с.