ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано | Утверждаю |
___________________ Руководитель ООП по направлению 140400 зав. кафедрой ЭЭЭ проф. | _______________________ Зав. кафедрой ЭЭЭ проф. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«математические модели и расчет систем управления технологических комплексов»
Направление подготовки: 140400 «Электроэнергетика и электротехника»
Профиль подготовки: Электропривод и автоматика
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: доцент каф. ЭЭЭ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цели и задачи дисциплины: Целью дисциплины является изучение основ теории и практики создания математических моделей, овладение методами их апробации и практического применения. Математическое моделирование - универсальный метод изучения поведения технических объектов, поэтому данная дисциплина является необходимым элементом подготовки студентов бакалавриата.
Задачами дисциплины являются:
· ознакомление с особенностями математического моделирования и основными этапами создания математических моделей, методами оценки адекватности и границ применимости;
· ознакомление с современными технологиями математического моделирования и управления техническими объектами;
· овладение методами математического описания режимов различных производственных объектов, а также применение полученных математических моделей для решения практических задач.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Электропривод и автоматика" направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника».
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Высшая математика», «Физика», «Теоретические основы электротехники», «Метрология», «Теория автоматического управления».
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин «Управление техническими системами», «Проектирование систем автоматики», «Эксплуатация систем автоматики» и «Энергосбережение и энергоэффективность средствами управления технических объектов», а также программы магистерской подготовки.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
· виды моделей, которые применяются в исследованиях и разработках электротехнических объектов (ОК-1, ОК-3, ОК-6, ПК-3);
· основы теории подобия для упрощения математического описания и анализа объекта (ПК-2);
· основы теории вероятности и математической статистики для оценки параметров объекта, характеристик его надежности и построения регрессионных моделей объектов. (ПК-6).
Уметь:
· применять методы анализа размерности для преобразования модели к безразмерному виду (ОК-6, ПК-3);
· понимать существо задач анализа и синтеза объектов в технической среде (ПК-41);
· применять статистические методы обработки результатов эксперимента для оценки параметров объектов (ПК-2, ПК-44);
· обосновывать принятие конкретного технического решения при создании электроэнергетического и электротехнического оборудования (ОК-7, ПК-14);
Владеть:
· навыками анализа своих возможностей, готовностью приобретать новые знания, использовать различные средства и технологии обучения (ОК-6);
· навыками применения методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);
· навыками обработки результатов экспериментов (ПК-44);
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
VII | VIII | ||||
Аудиторные занятия (всего) | 68 | 68 | |||
В том числе: | - | - | - | - | - |
Лекции | 34 | 34 | |||
Практические занятия (ПЗ) | 17 | 17 | |||
Семинары (С) | |||||
Лабораторные работы (ЛР) | 17 | 17 | |||
Самостоятельная работа (всего) | 148 | 76 | 72 | ||
В том числе: | - | - | - | ||
Курсовой проект (работа) | 72 | ||||
Расчетно-графические работы | 36 | ||||
Реферат | |||||
Другие виды самостоятельной работы | 40 | ||||
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | зачет | + | |||
Общая трудоемкость 216 час: 6 зач. ед. | 216 | 144 | 72 | ||
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1. | Математическое моделирование. Основные понятия и определения | Основные определения. Классификация методов моделирования. Классификация моделей. Этапы моделирования. Выбор класса модели. Выбор языка описания модели. Оценка адекватности модели. |
2. | Идентификация моделей | Основы теории инженерного эксперимента. Активный и пассивный эксперимент. Применение ступенчатых и импульсных передаточных функций для идентификации передаточных функций и оценок качества переходного процесса. Основы статистической динамики и спектрального анализа. Модели статических режимов. Статистическая обработка результатов экспериментов. Линейная и нелинейная регрессии. Метод наименьших квадратов. |
3. | Модели теории графов и конечные автоматы | Определения. Описания графов с помощью матриц. Матрицы смежности и инцидентности. Потоковые графы. Определения и основные понятия теории конечных автоматов. Автоматы Мили и Мура. Способы задания автоматов. |
4. | Модели теории надежности | Случайные события. Типовые распределения. Критерии надежности. Расчет структурной надежности системы. Модели резервирования. Типовая методика расчета надежности устройств автоматики. Идентификация показателей надежности по данным, полученным в результате эксплуатации. |
5. | Математическое моделирование объектов нефтегазового производства | Примеры математического моделирования и расчета систем управления технологических объектов предприятия нефтегазового комплекса. |
6. | Современные подходы к моделированию и управлению техническими объектами | Системы искусственного интеллекта. Нейронные сети и их применение при моделировании и построении систем управления техническими объектами. Нечеткие системы управления. Генетические алгоритмы. Имитационное моделирование. |
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин | №№ разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
1. | Проектирование систем автоматики | + | + | + | + | + | |
2. | Эксплуатация систем автоматики | + | + | + | + | + | |
3. | Энергосбережение и энергоэффективность средствами управления технических объектов | + | + | + | + | + | |
4. | Управление техническими системами | + | + | + | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Все-го час. |
1. | Математическое моделирование. Основные понятия и определения | 4 | 2 | - | - | - | 6 |
2. | Идентификация моделей | 8 | 4 | 6 | - | 24 | 42 |
3. | Модели теории графов и конечные автоматы | 6 | 5 | 2 | - | 14 | 27 |
4. | Модели теории надежности | 6 | 2 | 3 | - | 15 | 26 |
5. | Математическое моделирование объектов нефтегазового производства | 4 | 2 | 2 | - | 14 | 22 |
6. | Современные подходы к моделированию и управлению техническими объектами | 6 | 2 | 2 | - | 7 | 17 |
6. Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудо-емкость (час.) |
1. | Математическое моделирование. Основные понятия и определения | - | - |
2. | Идентификация моделей | Идентификация статических характеристик объектов управления методом наименьших квадратов Идентификация объекта управления частотным методом Получение корреляционных функций при воздействии на объект случайных сигналов | 6 |
3. | Модели теории графов и конечные автоматы | Построение модели конечного автомата с использованием среды Stateflow Simulink MatLab | 2 |
4. | Модели теории надежности | Определение закона распределения отказов при полных выборках Расчет вероятности безотказной работы управляющего устройства | 3 |
5. | Математическое моделирование объектов нефтегазового производства | Имитационное моделирование управляющего автомата объекта нефтегазового производства в среде Stateflow Simulink MatLab | 2 |
6. | Современные подходы к моделированию и управлению техническими объектами | Построение нейронной сети в среде Simulink MatLab | 2 |
7. Практические занятия (семинары)
№ п/п | № раздела дисциплины | Тематика практических занятий (семинаров) | Трудо-емкость (час.) |
1. | Математическое моделирование. Основные понятия и определения | Методы построения моделей | 2 |
2. | Идентификация моделей | Использование интерполяции, метода средних и метода наименьших квадратов для идентификации статической характеристики объекта | 4 |
3. | Модели теории графов и конечные автоматы | Построение ориентированного графа системы автоматического управления Использование формулы Мэйсона для получения передаточной функции системы | 5 |
4. | Модели теории надежности | Расчет вероятности безотказной работы по структурной схеме надежности | 2 |
5. | Математическое моделирование объектов нефтегазового производства | Построение графа управляющего автомата объекта нефтегазового производства | 2 |
6. | Современные подходы к моделированию и управлению техническими объектами | Построение генетического алгоритма решения уравнения | 2 |
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Математическое моделирование и расчет системы управления объектом нефтегазового производства (по вариантам)
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Карташов по автоматике. Математическое моделирование систем автоматического регулирования. Издательство: Колос, 2006, 184 с.
2. Мышкис теории математических моделей. Издательство: Либроком, 2011, 192 с.
3. Советов систем. / , . Издательство: Высшая школа, 2009, 343 с.
4. Трусов в математическое моделирование. Издательство: Логос, 2007, 440 с.
б) дополнительная литература
1. Лебедева математика. Математические модели в транспортных системах / , . Издательство: Асар, 2009, 512 с.
2. Максимей моделирование сложных систем. Часть 1. Математические основы. Учебное пособие. Издательство: БГУ Минск, 2009, 263 с.
в) программное обеспечение: специализированные пакеты прикладных программ: MatLab 7, Simulink 6
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
- Библиотека стандартов ГОСТ Р [сайт] URL http://www***** Библиотека изобретений, патентов, товарных знаков РФ[сайт] URL: http://www. ***** Полнотекстовые базы данных, библиотека СПГГИ, URL:http://kodeks. spmi. *****:3000 Информационно-справочный сайт http://www*****
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины: компьютерный класс на 14 рабочих мест с выходом в интернет, библиотека ГОСТов и технической литературы.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Самостоятельные расчетно-графические работы по основным разделам курса, участие студентов в научных семинарах по тематике основных разделов курса, разработка трехмерных моделей проектируемых устройств с использованием современного программного обеспечения.
Разработчики:
СПГГИ (ТУ) | Доц. каф. ЭиЭМ | |||
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) | ||
СПГГИ (ТУ) | Заведующий каф. ЭиЭМ | |||
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) |
