Рабочая программа по дисциплине опд. Ф. 10 Моделирование систем По специальности 220201 Управление и информатика в технических системах

Вид материала

Рабочая программа

Содержание 1. Цели и задачи дисциплины, требования 1.2. Требования к уровню освоения 1.3. Перечень дисциплин с указанием разделов (тем) 2. Содержание дисциплины 2.2. Содержание тем дисциплины Тема 2. Условное и аналогичное моделирование Тема 3. Математическое моделирование Тема 4. Физическое моделирование Тема 5. Расчетное моделирование Тема 6. Моделирование на АВМ Тема 7. Моделирование на ЦВМ Тема 8. Точность моделирования 2.3. Лабораторные занятия, их наименование 2.4. Курсовой проект (работа) и его характеристика 2.5. Организация самостоятельной работы 3. Учебно-методические материалы 3.2. Перечень наглядных и других пособий

Подобный материал:

• Рабочая программа по дисциплине опд. Ф. 04. 1 Теория автоматического управления, 494.24kb.
• Рабочая программа по дисциплине опд. В. 02 Электромеханические системы По специальности, 298.79kb.
• Рабочая программа по дисциплине опд. Р. 01 Схемотехника По специальности 220201 Управление, 251.67kb.
• Рабочая программа по дисциплине опд. В. 01 Полупроводниковые приборы и структуры, 236.36kb.
• Рабочая программа по дисциплине опд. Ф. 09 Вычислительные машины, системы и сети, 265.93kb.
• Рабочая программа по дисциплине сд. 04 Идентификация и диагностика систем По специальности, 355.5kb.
• Рабочая программа по дисциплине опд. Ф. 03 Общая электротехника и электроника По специальности, 561.03kb.
• Рабочая программа по дисциплине дс. 01. 05 Управление производственными процессами, 269.1kb.
• Рабочая программа по дисциплине дс. 01. 04 Электрооборудование полиграфических машин, 298.99kb.
• Рабочая программа по дисциплине сд. 01 Технические средства автоматизации и управления, 315.88kb.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ


Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕЧАТИ»


УТВЕРЖДАЮ

Т.В. Маркелова

« 17 » июня 2009 г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

По дисциплине	ОПД.Ф.10 Моделирование систем
По специальности	220201 – Управление и информатика в технических системах
Факультет	Цифровых систем и технологий
Кафедра	Автоматизации полиграфического производства

Форма обучения	Курс	Семестр	Трудоемкость дисциплины в часах								Форма итогового контроля
			Всего часов	Аудиторных часов	Лекции	Семинарские (практические) занятия	Лабораторные занятия	Курсовая работа	Курсовой проект	Самостоятельная работа
Очная	4	8	170	85	34	34	17	20		65	Экзамен
Очно-заочная	5	10	170	51	17	17	17	20		99	Экзамен
Заочная

Москва – 2009 г.

Составитель:	Протасевич Б.А., канд. техн. наук, доцент
Рецензент:

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Автоматизация полиграфического производства» 25.05.09 , протокол № 12 .


Зав. кафедрой Самарин Ю.Н.


Одобрена Советом факультета цифровых систем и технологий 02.06.09 , протокол № 10 .


Председатель Винокурова О.А.


^ 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ТРЕБОВАНИЯ

К ЗНАНИЯМ И УМЕНИЯМ


1.1. Цели и задачи изучения дисциплины


Целью дисциплины «Моделирование систем управления» является изучение положений и методов теории моделирования применительно к системам управления, возможностей ее применения при решении научных и технических задач.

Методика обучения предусматривает лекции, подкрепленные проведением лабораторных и практических занятий и самостоятельную работу по выполнению курсового проекта. Домашнее задание включает при этом разработку структуры моделей, алгоритмизации математического оригинала, аналоговой структуры модели и программного обеспечения для использования ПЭВМ.

В результате изучения курса «Моделирование систем управления» (наряду с другими естественнонаучными, общепрофессиональными и специальными дисциплинами) студент должен быть подготовлен к решению следующих задач:

• в научно-исследовательской работе – к построению математических моделей технических систем, технологических процессов и производств;
  
• в проектно-конструкторской работе – к разработке функциональных, логических, технологических схем автоматизации; использованию существующего программного обеспечения;
  
• в производственно-эксплуатационной деятельности – к выбору методов и средств измерения характеристик объектов и систем управления, а также и настройки параметров управляющих систем с использованием моделирования.
  

Задачами дисциплины являются овладение методами составления моделей объектов и систем на основе причинно-следственных связей между переменными и последующее изучение математических моделей с использованием технических средств.


^ 1.2. Требования к уровню освоения

содержания дисциплины


В результате изучения дисциплины студент должен

знать:

• современные тенденции развития систем управления и технических средств моделирования;
  
• принципы организации и структуру систем контроля и управления;
  
• образно-знаковые модели, сопровождающие проектирование производства и эксплуатацию систем и средств управления;
  
• методы постановки задач моделирования и определения свойств оригинала, подлежащих исследованию;
  
• принципы разработки моделей, отражающей существенные свойства систем управления и удобной для использования;
  
• методы исследования модели с использованием технических средств;
  
• методы оценки точности результатов моделирования;
  
• принципы переноса результатов исследования модели на оригинал;
  

уметь:

• строить математические модели технических систем;
  
• составлять исходный алгоритм, т.е. математическое описание систем управления;
  
• составлять промежуточный алгоритм на алгоритмическом языке;
  
• разрабатывать машинный алгоритм реализации модели;
  
• проводить отладку программы;
  
• реализовывать решение задачи моделирования с использованием технических средств;
  
• оценивать результаты моделирования;
  
• использовать типовые программы для моделирования систем управления;
  
• использовать моделирование для совершенствования систем автоматизации (оптимальная настройка регуляторов).
  

^ 1.3. Перечень дисциплин с указанием разделов (тем),

усвоение которых студентами необходимо

для изучения данной дисциплины

• Физика (система единиц интернациональная, прямолинейное движение материальной точки, круговое движение, давление газов, влажность абсолютная и относительная, теплота, парообразование, нагрев тел, постоянный и переменный электрический ток, колебания и волны, оптические законы, спектр сигнала).
  
• Общая электротехника и электроника (элементы электрических цепей, пассивные элементы и их характеристики, активные элементы, операционный усилитель, законы Киргоффа, электродвигатели и их характеристики, расчет электрических цепей).
  
• Теория автоматического управления (структурные схемы и уравнения систем автоматического регулирования, типовые звенья САР, передаточные функции, типовые соединения звеньев, комбинированные звенья автоматических систем; автоматические регуляторы, законы регулирования; преобразование структурных схем, основные характеристики звеньев и систем управления – статические, временные, частотные; устойчивость линейных систем автоматического регулирования; особенности исследования нелинейных систем; синтез структуры автоматических систем регулирования; понятие о методах и моделях оптимизации и планирования).
  

^ 2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


2.1. Наименование тем, их содержание и объем в часах

Наименование тем	Общая трудоемкость (часов)
	Аудиторные занятия (всего часов)	Лекции	Практические занятия (семинары)	Лабораторные занятия
Тема 1. Классификация моделей и виды моделирования	6	2	4
Тема 2. Условное и аналогичное моделирование	8	4	4
Тема 3. Математическое моделирование	8	4	4
Тема 4. Физическое моделирование	8	4	4
Тема 5. Расчетное моделирование	14	6	4	4
Тема 6. Моделирование на АВМ	14	6	4	4
Тема 7. Моделирование на ЦВМ	18	6	8	4
Тема 8. Точность моделирования	9	2	2	5
Итого	85	34	34	17

^ 2.2. Содержание тем дисциплины


Тема 1. Классификация моделей и виды моделирования

Основные понятия и классификация моделей. Оригинал и модель. Моделирование. Признаки классификации. Логические и материальные модели. Математические модели, расчетные и подобные. Аналоговые, цифровые и аналого-цифровые модели.


^ Тема 2. Условное и аналогичное моделирование

Знаковая модель. Система единиц измерения. Степенной комплекс. Определяющее уравнение для единицы измерения. Аналогия. Аналогичная модель. Фазовые траектории.


^ Тема 3. Математическое моделирование

Математическая модель. Степенные комплексы. Подобие. Подобие степенных комплексов. Масштабы. Масштабные уравнения. Подобное моделирование. Масштабные коэффициенты. Соответствие и соответственное моделирование. Принципы построения и основные требования к математическим моделям систем. Цели и задачи исследования математических моделей систем. Формализация процесса функционирования системы. Понятие агрегативной модели. Этапы математического моделирования.


^ Тема 4. Физическое моделирование

Модельный эксперимент. Физическая модель. Основные положения теории подобия. Физическое подобное моделирование. Условные критерии подобия. Определение условных критериев анализом размерностей.


^ Тема 5. Расчетное моделирование

Расчетное моделирование в форме конечных уравнений. Аппроксимация экспериментальных данных. Требования к эмпирическим формулам. Метод наименьших квадратов. Применение критериев подобия. Расчетное моделирование в форме дифференциальных уравнений. Решение алгебраических линейных уравнений.


^ Тема 6. Моделирование на АВМ

Формы представления математических моделей. Метод имитационного моделирования для исследования математических моделей систем.

Представление математических величин. Комплект вычислительных блоков АВМ. Операционный усилитель. Сумматор. Интегратор. Совмещение функций. Блок нелинейностей. Блоки умножения и деления. Системы ввода данных, вывода результатов, управления и контроля.

Структурная схема набора. Метод понижения порядка производной. Структурная схема модели с переменными коэффициентами. Моделирование нелинейных дифференциальных уравнений. Обеспечение условий подобия. Моделирование САУ. Структурное моделирование. Типовая методика моделирования на АВМ.


^ Тема 7. Моделирование на ЦВМ

Алгоритмизация математического описания оригинала. Формы алгоритма – аналитическая, словесная, структурная. Структура алгоритма – прямая, разветвляющаяся, циклическая. Этапы моделирования на ЦВМ. Алгоритмизация обыкновенных дифференциальных уравнений. Цифровое моделирование САУ. Математическое обеспечение типовых задач САУ. Задачи линейного программирования. Задачи сетевого планирования. Понятие о статистическом моделировании. Моделирование случайных воздействий на систему управления. Методы упрощения математических моделей.


^ Тема 8. Точность моделирования

Точность моделирования. Меры точности. Погрешности – абсолютная, систематическая, случайная, грубая. Характеристики погрешностей. Вторичная аппроксимация математического описания объекта моделирования. Точность моделирования на ЭВМ.

Перспективы применения моделирования в различных областях науки и техники.


^ 2.3. Лабораторные занятия, их наименование

и объем в часах

№ п/п	Наименование лабораторных занятий	Объем в часах по формам обучения
		Очная	Очно-заочная	Заочная
1	Аналоговый персональный компьютер АВК-6. Электронно-лучевой индикатор, генератор системы синхронных сигналов, электронный коммутатор сигналов, служебный блок	4	4
2	Линейные блоки АВК-6. Моделирование типовых звеньев САР и их соединений. Исследование временных и частотных характеристик типовых звеньев с использованием аналого-цифрового комплекса АВК-6	4	4
3	Моделирование САР с заданным объектом и ПИ-регулятором с целью получения оптимальных параметров настройки регулятора с использованием аналого-цифрового комплекса АВК-6	4	4
4	Нелинейные блоки АВК-6. Моделирование нелинейной САР на АВК-6	5	5

^ 2.4. Курсовой проект (работа) и его характеристика


Курсовая работа (20 часов) предусмотрена для студентов очной и очно-заочной формы обучения.

Большой объем автоматизации производства и сложность систем управления требует выполнения работ по их наладке на современной теоретической основе. Задача курсовой работы – познакомить студентов с методами промышленной настройки регуляторов и подбором оптимальной настройки по заданным критериям путем моделирования системы. В курсовой работе требуется:

• для заданного объекта регулирования составить логическую образно-знаковую модель автоматизации;
  
• составить структурную схему САР и рассчитать исходные параметры настройки регулятора;
  
• провести моделирование работы САР при выбранных параметрах настройки и в окрестности этих параметров;
  
• оценить качество переходных процессов с точки зрения заданных критериев и выбрать оптимальные параметры настройки регулятора;
  
• оформить результаты исследования в виде пояснительной записки и чертежей в формате А1.
  

^ 2.5. Организация самостоятельной работы

Наименование тем	Виды и формы самостоятельной работы * (распределение часов по формам обучения)
	Подготовка к практическому (семинару, лаб. работе)			Подготовка рефератов (докладов, сообщений, информационных материалов и т.п.)			Выполнение домашних, контрольных и иных заданий			Подготовка к промежуточной аттестационной работе (в т.ч. к коллоквиуму, тестированию и пр.)			Подготовка к зачету (экзамену)
	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная
Тема 1. Классификация моделей и виды моделирования	0,5	1											0,5	1
Тема 2. Условное и аналогичное моделирование	1,5	3											0,5	2
Тема 3. Математическое моделирование	2	4								2	4			4
Тема 4. Физическое моделирование	2	4											1	2
Тема 5. Расчетное моделирование	4	6					10	12					2	4
Тема 6. Моделирование на АВМ	10	12											2	4
Тема 7. Моделирование на ЦВМ	12	14					10	12					2	4
Тема 8. Точность моделирования	2	4											1	2

* Могут быть предложены иные формы СРС.


^ 3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

3.1. Литература


Основная


1. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учебник. – М.: Высш. шк., 2001.

2. Гришутин Б.К., Зарщиков А.В., Земцев М.В., Миронов А.В., Протасевич Б.А. Моделирование систем: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГУП, 2001.

3. Винокурова О.А., Гришутин Б.К., Ефимов М.В., Земцев М.В., Протасевич Б.А., Разбегина Л.Ф. Моделирование систем: Лабораторные работы. – М.: Изд-во МГУП, 2001.


Дополнительная


4. Ефимов М.В. Автоматизация полиграфического производства: Учебник. – М.: Изд-во МГАП «Мир книги», 1998.

5. Щербина Ю.В. Системы автоматизации и управления. Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГУП, 1999.


^ 3.2. Перечень наглядных и других пособий,

методических указаний по проведению

конкретных видов учебных занятий,

а также используемых в учебном процессе

технических средств

• Лаборатория автоматизации с комплектом гибридными вычислительных машин АВК-6.
  
• Специализированная лаборатория, оснащенная персональными компьютерами на базе Intel Pentium 4.
  
• Протасевич Б.А. Аналоговый вычислительный комплекс АВК-6. – М.: Изд-во МГАП «Мир книги», 1997.
  
• Протасевич Б.А. Моделирование систем управления: Методические указания по выполнению курсового проекта. – М.: Изд-во МГАП «Мир книги», 1997.
  

Программное обеспечение

• Разработанный преподавателями кафедры АПП комплекс программ решения планово-экономических задач управления производством на языке Бейсик (Program 1-7).
  
• Пакет программ MathLab.
  
• Программа ТАУ.
  
• Программа Photoshop.
  
• Пакет программ MathCAD.