Рабочая программа дисциплины современные проблемы теории управления

УТВЕРЖДАЮ

Проректор-директор ИК

_________

«___»_____________2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕОРИИ

УПРАВЛЕНИЯ

НАПРАВЛЕНИЕ ООП 220400 – Управление в технических системах

ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ): теория систем управления

КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) Магистр

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.

КУРС 1

СЕМЕСТР 2

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 2

ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Математические основы теории систем», «Теория автоматического управления»

КОРЕКВИЗИТЫ: «Идентификация и диагностика систем»

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

ЛЕКЦИИ 9 часов

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ 27 часов

АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 36 часов

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 36 часов

ИТОГО 72 часа

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная

ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ Зачет во 2 семестре

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра АиКС ИК

ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ АиКС____________

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП ______________ доцент ПРЕПОДАВАТЕЛЬ _______________доцент

2011г.

1  Цели освоения модуля (дисциплины)

В результате освоения данной дисциплины студент приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц1 – Ц4 основной образовательной программы «УПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ».

Дисциплина нацелена на подготовку студентов :

-  к междисциплинарным научным исследованиям для решения задач, связанных с разработкой средств автоматизации и систем управления (Ц1);

-  к проектно-конструкторской и проектно-технологической деятельности по разработке и отладке технического, информационного и программного обеспечения систем автоматизации и (Ц2);

-  к проведению теоретического и практического обучения в предметной области данного направления, к разработке учебно-методических материалов и обучающих комплексов (Ц3);

-  к организационно-управленческой деятельности при выполнении междисциплинарных проектов в области систем автоматизации и управления. (Ц4);

2  Место модуля (дисциплины) в структуре ООП

Дисциплина входит в базовую часть профессионального цикла. Для полноценного изучения дисциплины необходимо знание следующих дисциплин (пререквизитов): «Теория автоматического управления», «Математические основы теории систем». Желательно параллельное изучение курса (кореквизит) «Идентификация и диагностика систем»

3  Результаты освоения модуля (дисциплины)

Изучение дисциплины студентами направлено на достижение следующих результатов ООП:

Р1. Применять глубокие естественнонаучные и математические знания для решения научных и инженерных задач в области анализа, синтеза, проектирования, производства и эксплуатации средств автоматизации и систем управления техническими объектами.

Р2. Уметь обрабатывать, анализировать и обобщать научно-техническую информацию, передовой отечественный и зарубежный опыт в области теории, проектирования, производства и эксплуатации средств автоматизации и систем управления техническими объектами, принимать участие в командах по разработке и эксплуатации таких систем.

Р3. Применять полученные знания для решения инновационных инженерных задач при разработке, производстве и эксплуатации современных средств автоматизации и систем управления техническими объектами с использованием передовых научно-технических знаний и достижений мирового уровня, современных инструментальных и программных средств, обеспечивающих конкурентные преимущества этих систем в условиях жестких эксплуатационных, экономических, социальных и других ограничений.

Р5. Демонстрировать работодателям свои конкурентные компетенции, связанные с современными методологиями и видами инновационной инженерной деятельности в области средств автоматизации и систем управления техническими объектами, а также готовность следовать их корпоративной культуре.

Р6. Использовать международный опыт проектного, технологического менеджмента и управления бизнес-процессами для ведения инновационной инженерной деятельности в области средств автоматизации и систем управления техническими объектами, в том числе систем, построенных на базе микропроцессорной вычислительной техники.

В результате освоения дисциплины студент должен:

Знать:

-  современные методы построения систем управления в условиях неопределенности;

-  основы нейросетевых технологий;

-  методы нечеткой логики и построения эволюционных алгоритмов в задачах интеллектуализации систем управления;

Уметь:

-  планировать, организовывать и осуществлять научно- исследовательскую, проектно-конструкторскую и проектно-технологическую деятельность;

Владеть:

-  опытом пользования типовыми профессиональными программными продуктами, ориентированными на решение проектных, технологических и научных задач;

-  навыками самостоятельной научно-исследовательской работы, способностью к научно - педагогической деятельности;

-  навыками самостоятельной работы по сбору, обработке научно-технических материалов по результатам исследований.

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

1.Универсальные (общекультурные):

– способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности.

2. Профессиональные:

-  способность использовать результаты освоения фундаментальных и прикладных дисциплин ООП магистратуры (ПК-1);

-  способность понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения (ПК-3);

-  способность самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ПК-4);

-  способность к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов (в соответствии с целями магистерской программы) (ПК-5);

-  способность выбирать методы и разрабатывать алгоритмы решения задач управления в технических системах (ПК-9);

-  способность использовать современные технологии обработки информации, современные технические средства управления, вычислительную технику, технологии компьютерных сетей и телекоммуникаций при проектировании систем автоматизации и управления (ПК-11);

-  способность формулировать цели, задачи научных исследований, выбирать методы и средства решения задач (ПК-19);

-  способность анализировать результаты теоретических и экспериментальных исследований, давать рекомендации по совершенствованию устройств и систем, готовить научные публикации и заявки на изобретения (ПК-23);

4  Структура и содержание модуля (дисциплины)

4.1  Содержание модуля (дисциплины)

4.1.1  Введение

Предмет, цели и задачи курса, его связь с другими дисциплинами. Организация учебного процесса. Рекомендуемая литература.

4.1.2  Интеллектуальные системы управления

Современный уровень науки и техники автоматического управления. Рост требований, предъявляемых к системам автоматического управления (САУ). Традиционные подходы, принципы и инструменты проектирования САУ. Источники противоречий между возрастающими требованиями к параметрам и качеству САУ и традиционными технологиями проектирования систем. Разрешение противоречия на основе методологии управления в условиях неполноты информации о САУ. Возможность сокращения сроков и стоимости проектирования систем при построении таких систем.

Понятие интеллектуальной системы управления. Функциональная схема интеллектуальной САУ, назначение ее основных элементов. Основные принципы построения интеллектуальных САУ: наличие тесного информационного взаимодействия между системой и внешним миром; открытость системы с целью совершенствования собственного поведения; наличие механизма прогноза изменений внешнего мира и поведения системы; наличие многоуровневой иерархической структуры, учитывающей снижение требований по точности моделей при повышении уровня иерархии; сохранение работоспособности системы при потере управляющих воздействий со стороны верхних уровней иерархии. САУ, обладающие свойством интеллектуальности “в большом ” и “в малом”.

4.1.3  Экспертные системы

Понятие экспертной системы. Привлекательные черты систем этого класса. Применение экспертных систем в различных областях человеческой деятельности. Типовая структура экспертной системы, назначение основных функциональных блоков: модуль приобретенных знаний, базы данных и базы знаний, модуль логического вывода, модуль советов и объяснений и др.

Формирование и использование теоретических знаний в экспертных системах. Построение баз знаний в области синтеза и самонастройки регуляторов. Примеры формирования продукционных правил на основе интегрального квадратичного критерия сближения желаемой модели и синтезируемого регулятора.

Применение экспертных систем в управлении мехатронными объектами. Возможность применения и функции экспертных систем в реализации стратегического, тактического и исполнительного уровней управления.

4.1.4  Самонастраивающиеся и робастные системы автоматического управления

Понятие робастности. Принципы построения робастных систем. Методы анализа и синтеза робастных систем. Теорема Харитонова. Реберная теорема.

Многорежимные системы. Понятие самонастраивающихся систем. Источники неопределенности параметров САУ и окружающей среды. Предсказуемые и непредсказуемые неопределенности. Подходы построения самонастраивающихся систем управления, учитывающие эти виды неопределенностей.

Структурная схема САУ электропривода с контуром подстройки параметров регулятора.

Методы идентификации систем.

4.1.5  Нечеткие регуляторы

Системы управления с нечеткими регуляторами. Функциональная схема системы автоматического управления с нечетким регулятором. Функции фаззификатора и дефаззификатора, модуля базы знаний. Примеры бъектов управления, для которых трудно или даже невозможно получить достаточно точное формализованное математическое описание.

Основы теории нечетких множеств. Термины и определения: множество, нечеткое множество, степень и функция принадлежности, носители нечеткого множества. Нечеткая и лингвистическая переменные. Операции над нечеткими множествами. Построение функций принадлежности по экспертным оценкам.

Описание объектов с помощью нечетких множеств. Составление таблиц лингвистических правил. Синтез нечетких регуляторов. Итерационный способ настройки регулятора. Критерии близости желаемой и синтезированной систем.

4.1.6  Системы автоматического управления с ассоциативной памятью

Понятие ассоциативной памяти. Возможность использования ее принципов построения и применения в системах автоматического управления. Классификация и способы реализации ассоциативной памяти.

Источники неопределенности параметров САУ и окружающей среды. Предсказуемые и непредсказуемые неопределенности. Два подхода в построении интеллектуальных систем управления, учитывающие эти виды неопределенностей.

Структура интеллектуальной САУ 1-го типа. Принцип работы такой системы. Назначение рецепторного и эффекторного модулей в интеллектуальных САУ 1-го типа. Роль модуля ассоциативной памяти в таких системах. Структурная схема САУ электропривода с контуром подстройки параметров регулятора на базе ассоциативной памяти.

Функциональная схема интеллектуальной САУ 2-го типа. Принцип ее работы. Роль оператора в формировании знаний модуля ассоциативной памяти.

4.2  Структура модуля

Таблица 1.

Структура модуля (дисциплины) по разделам и формам организации обучения

Название раздела/темы	Аудиторная работа (час)	СРС (час)	Колл, Контр. Р.	Итого
Лекции	Практ./сем. Занятия	Лаб. зан.
1  Введение	1			2		3
2  Интеллектуальные системы управления	1	5		6		12
3  Экспертные системы	2	5		6		13
4  Самонастраивающиеся и робастные системы автоматического управления	2	4		10	1	17
5  Нечеткие регуляторы	2	6		6		14
6  Системы автоматического управления с ассоциативной памятью	1	5		6	1	13
Итого	9	25		36	2	72

4.3  Распределение компетенций по разделам дисциплины

Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3.

Таблица 2.

Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения

	Формируемые компетенции
Разделы
1	2	3	4	5	6
1.	З.1	х	х	х	х	х	х
2.	З.2.		х
3.	З.3					х	х
4.	У.1.1.		х	х	х	х	х
5.	В.1.		х	х	х
6.	В.2.		х	х	х	х	х
7.	В.3.		х	х	х	х	х
8.	В.4.		х	х	х	х	х

5  Образовательные технологии

Приводится описание образовательных технологий, обеспечивающих достижение планируемых результатов освоения модуля (дисциплины).

Специфика сочетания методов и форм организации обучения отражается в матрице (см. табл 2). Перечень методов обучения и форм организации обучения может быть расширен.

Таблица 2.

Методы и формы организации обучения (ФОО)

ФОО Методы	Лекц.	Лаб. раб.	Пр. зан./ Сем.,	Тр*., Мк**	СРС	К. пр.
IT-методы	х		х
Работа в команде			х
Case-study
Игра			х
Методы проблемного обучения.
Обучение на основе опыта	х		х
Опережающая самостоятельная работа	х		х
Проектный метод
Поисковый метод					х
Исследовательский метод			х		х
Другие методы

* - Тренинг, ** - Мастер-класс

6  Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Приводится характеристика всех видов и форм самостоятельной работы студентов, включая текущую и творческую/исследовательскую деятельность студентов:

6.1  Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:

-  работе студентов с лекционным материалом и раздаточными материалами, поиске и анализе литературы и электронных источников информации по заданной проблеме и выбранной теме выпускной квалификационной работы,

-  выполнении домашних заданий,

-  изучении теоретического материала к практическим занятиям и подготовке ответов на контрольные вопросы по лабораторным работам,

-  подготовке доклада на конференцию,

-  переводе материалов из тематических информационных ресурсов с иностранных языков,

-  изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,

-  подготовке к экзамену.

6.2  Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР),

направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала магистров и заключается в:

-  поиске, анализе, структурировании и презентации информации, анализе научных публикаций по определенной теме исследований,

-  анализе теоретических и фактических материалов по заданной теме, проведении расчетов, составлении схем и моделей на основе сценариев работы технологического оборудования и производства,

-  выполнении расчетно-графических работ,

-  исследовательской работе и участии в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах.

6.3  Содержание самостоятельной работы студентов по модулю (дисциплине)

-  Принципы организации интеллектуальных систем управления.

-  Экспертные системы.

-  Робастные регуляторы.

-  Идентификация объектов управления в системах автоматического управления.

-  Анализ и синтез систем с интервальными параметрами.

6.4  Контроль самостоятельной работы

Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.

7  Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения модуля (дисциплины)

Оценка успеваемости бакалавров осуществляется по результатам:

-  оценки тестовых контрольных работ,

-  оценки подготовленных студентами рефератов и презентаций,

-  устного опроса при сдаче выполненных индивидуальных заданий,

-  оценки по аттестации.

8  Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)

Основная

1.Сигеру Омату, Марзуки Халид, Рубия Юсоф. Нейроуправление и его приложения. - М.: ИПРЖР, 2000. – 272 с.

2., , Тюкин системы управления: Учеб. Пособие для вузов. –М.; ИПРЖР, 2002. – 480 с.

3. , Щербаков устойчивость и управление.

Дополнительная

3.Интеллектуальные системы автоматического управления/ Под ред. , . – М.: Физматлит, 2001. – 576 с.

4. , Смирнов сети и их применение в системах управления и связи. –М.: Горячая линия – Телеком, 2002. –74 с.

5. , Борисов нейронные сети. Теория и практика. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. –382 с.

6. , Коньков системы. –М.: Издательство МГТУ им. , 2003. – 348 с.

9  Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)

1. Компьютерный класс с выходом в интернет и установленными поисковыми системами.

2. Пакеты программ моделирования и симулирования АС Matlab и MathCad.

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки «Управление в технических системах».

Программа одобрена на заседании Кафедры АиКС ИК ТПУ

(протокол № ____ от «___» _______ 20___ г.).

Автор:

к. т.н., доц.

Рецензент: