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 220700 доц. | Зав. кафедрой АТПП доц. |
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Оптимальное и адаптивное управление»
Направление подготовки: 220700 Автоматизация технологических процессов и производств
Программа 1: Системы автоматизированного управления в металлургии
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
Составитель: Ассистент каф. АТПП
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цели и задачи дисциплины:
Цель дисциплины – изучение методов оптимального и адаптивного управления технологическими процессами в металлургии.
Задачи дисциплины – изучить способы формирования критерия качества в зависимости от специфики задачи; изучить методы оптимального и адаптивного управления и область их применения.
2. Место дисциплины в структуре ООП: Данная учебная дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла для подготовки по программе «Системы автоматизированного управления в металлургии».
Для успешного усвоения дисциплины приобретения необходимых знаний, умений и компетенций к началу изучения дисциплины «Оптимальное и адаптивное управление» студент должен обладать соответствующими знаниями, умениями и компетенциями, полученными им при освоении Учебных дисциплин: Математическое моделирование, Планирование эксперимента, Компьютерные технологии в области автоматизации и управления, Современные проблемы автоматизации и управления, Проектирование систем автоматизации и управления, Интеллектуальные системы, Информационные системы управления качеством в автоматизированных и автоматических производствах, Прикладное программирование, Моделирование объектов и систем управления.
Учебная дисциплина «Оптимальное и адаптивное управление» является предшествующей для ряда учебных дисциплин по направлению подготовки 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», программы подготовки «Системы автоматизированного управления в металлургии» и на основе знаний, умений и компетенций, приобретенных студентом в процессе ее освоения формируются соответствующие знания, умения и компетенции для последующих учебных дисциплин. К таким дисциплинам относятся: Методы и алгоритмы обработки сигналов и изображений, Устойчивость и безопасность реакторных узлов металлургических процессов, Управление процессами электролиза в расплавленных солях в металлургии.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование у выпускника следующих компетенций:
– способен к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК - 2);
– способен проводить технические расчеты по проектам, технико-экономический и функционально-стоимостной анализ эффективности проектируемых технических средств и систем автоматизации, управления, контроля диагностики, систем управления процессами жизненным циклом продукции и ее качеством (ПК-6);
– способен осуществлять модернизацию и автоматизацию действующих и проектирование новых автоматизированных и автоматических производственных и технологических процессов с использованием автоматизированных средств и систем технологической подготовки производства (ПК-11);
– способен руководить разработкой продукции, ее изготовлением, контролем, испытанием, а также средств и систем автоматизации, контроля, диагностики и испытаний, управления производством, жизненным циклом продукции и ее качеством, программного обеспечения, их внедрением и эффективной эксплуатацией (ПК-20);
– способен проводить анализ, синтез и оптимизацию процессов автоматизации, управления производством, жизненным циклом продукции и ее качеством на основе проблемно-ориентированных методов (ПК-38).
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
– методы поиска оптимальных и адаптивных решений при создании продукции, разработке автоматизированных технологий и производств, средств их технического и аппаратно-программного обеспечения с учетом требований качества, надежности и стоимости;
– проблемно-ориентированные методы оптимизации и адаптации процессов автоматизации.
уметь:
– применять методы оптимального и адаптивного управления при создании продукции, разработке автоматизированных технологий и производств, средств их технического и аппаратно-программного обеспечения.
владеть:
– методами оптимального и адаптивного управления технологическими процессами.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры |
B | ||
Аудиторные занятия (всего) | 51 | 51 |
В том числе: | - | - |
Лекции | 17 | 17 |
Практические занятия (ПЗ) | 34 | 34 |
Семинары (С) | ||
Лабораторные работы (ЛР) | ||
Самостоятельная работа (всего) | 57 | 57 |
В том числе: | - | - |
Курсовой проект (работа) | ||
Расчетно-графические работы | 36 | 36 |
Реферат | 10 | 10 |
Другие виды самостоятельной работы | 11 | 11 |
Домашнее задание | 11 | 11 |
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | экзамен | |
Общая трудоемкость час зач. ед. | 108 | 108 |
4 | 4 |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1. | Введение. Основные понятия оптимального управления. Классические вариационные методы. | Оптимальная система, оптимальное управление, оптимальная траектория, краевые условия, цель управления, критерий оптимальности, функционал. Классическое вариационное исчисление, уравнение Эйлера, условия Лагранжа, |
2. | Принцип максимума | Принцип максимума Понтрягина, цель управления, условия максимума функции, ограничения на управление, трудности практического применения |
3. | Метод динамического программирования. Аналитическое построение регуляторов | Метод динамического программирования Беллмана, принцип оптимальности, функциональное уравнение, недостатки метода. Аналитическое конструирование регуляторов, недостатки метода. |
4. | Оптимальные стохастические системы | Внешние возмущения и помехи, оптимальное управление при измеряемом векторе состояний, оптимальное управление при неполной информации о векторе состояния, структура оптимального регулятора, оптимальный наблюдатель, оптимальные стохастические дискретные системы, фильтр Калмана-Бьюси. |
5. | Основные понятия адаптивных систем. Структура адаптивных систем. | Понятие об адаптивных системах. Гипотеза о квазистационарности, идентификационный алгоритм адаптивного управления, структура адаптивных систем, цели управления, |
6. | Системы экстремального управления. Способы поиска экстремума. | Системы экстремального управления, градиент функции, способ синхронного детектирования, спосо производной по времени, способ градиента, способ наискорейшего спуска. |
7. | Самонастраивающиеся системы | Системы с разомкнутыми цепями самонастройки, системы с замкнутыми цепями самонастройки, системы с экстремальной самонастройкой, системы с самоорганизацией, игровые системы. |
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
1. | Методы и алгоритмы обработки сигналов и изображений | + | - | - | + | + | + | - |
2. | Устойчивость и безопасность реакторных узлов металлургических процессов | + | - | - | - | + | - | + |
3. | Управление процессами электролиза в расплавленных солях в металлургии. | + | - | - | - | + | - | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Все-го час. |
1. | Введение. Основные понятия оптимального управления. Классические вариационные методы. | 3 | 6 | 8 | 17 | ||
2. | Принцип максимума | 2 | 6 | 8 | 16 | ||
3. | Метод динамического программирования. Аналитическое построение регуляторов | 2 | 6 | 8 | 16 | ||
4. | Частотные свойства оптимальных систем. Оптимальные стохастические системы | 2 | 8 | 10 | 20 | ||
5. | Основные понятия адаптивных систем. Структура адаптивных систем. | 2 | 6 | 8 | |||
6. | Системы экстремального управления. Способы поиска экстремума. | 4 | 8 | 9 | 21 | ||
7. | Самонастраивающиеся системы | 2 | 8 | 10 | |||
Итого: | 17 | 34 | 57 | 108 |
6. Лабораторный практикум
Лабораторный практикум не предусматривается
7. Практические занятия (семинары)
№ п/п | № раздела дисциплины | Тематика практических занятий (семинаров) | Трудо-емкость (час.) |
1. | 2,3 | Оптимальное управление звеньями с переменными параметрами | 6 |
2. | 2 | Оптимальное управление с динамическими ограничениями | 6 |
3. | 1 | Вариационные методы решения задач оптимального управления | 6 |
4. | 5 | Оптимальное управление динамическими системами с применением нейрорегуляторов на основе эталонных моделей | 8 |
5. | 6 | Адаптивный метод случайного поиска | 8 |
Итого: | 34 |
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Не предусмотрены.
Примерные темы рефератов:
1. Принцип максимума Понтрягина.
2. Метод динамического программирования.
3. Применение методов оптимального управления в металлургии.
4. Методы адаптивного управления в металлургии.
5. Самонастраивающиеся системы в металлургии.
6. Оптимальные стохастические системы.
7. Вариационные методы оптимального управления.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Егоров, Александр Иванович. Основы теории управления : учеб. пособие для вузов / . – М.: Физматлит, 2007. – 504 с.
2. Пантелеев оптимизации в примерах и задачах: Учеб. пособие / , . 2-е изд., исправл. – М.: Высш. шк., 2005. – 544 с.
3. Сивохин задач оптимального управления с использованием математической системы MATLAB и пакета имитационного моделирования SIMULINK. Лабораторный практикум по основам теории управления./ , – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2006 – 120 с.
4. Тюкин в нелинейных динамических системах / ., . – М.: ЛКИ, 2008. – 384 с
5. Юревич автоматического управления. – СПб.: БXВ-Петербург, 2007. – 560с.
б) дополнительная литература
1. Александров и адаптивные системы: Учеб. пособие для вузов по спец. «Автоматика и упр. в техн. системах». М.: Высш. шк., 1989. – 263 с.
2. Бесекерский систем автоматического управления / , . – Изд. 4-е, перераб. и доп. – СПб, Изд-во «Профессия», 2003. – 752 с.
3. MATLAB 6.х.: Программирование численных методов./ , , М. Шульц – СПб.: БХВ – Петербург, 2004. – 672с.
в) программное обеспечение:
1. Windows XP/7/8.
2. Microsoft Office.
3. Программный пакет MATLAB.
Занятия по дисциплине проводятся в специально оборудованных аудиториях и с применением персональных компьютеров.
Компьютерный класс – ауд. 6502. В компьютерном классе установлено 12 компьютеров, лазерный принтер. На стенах вывешены наглядные пособия с основными программами по специальным дисциплинам. В классе проводятся занятия в соответствии с расписанием, а также выполняются курсовые и дипломные проекты по направлению подготовки 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», программы подготовки «Системы автоматизированного управления в металлургии». В классе одновременно могут заниматься до 18 человек, из них 12 человек непосредственно за компьютерами.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Для успешного изучения дисциплины студент должен посещать все занятия. Лекции читаются с использованием интерактивных средств обучения, практические работы выполняются на персональных компьютерах. В случае возникновения недопонимания материала, студент может воспользоваться методическими пособиями, как по лекционному материалу, так и по практическим занятиям, а также посещать консультации преподавателей.
Задания студент выполняет самостоятельно на практических занятиях или дома. Следующее задание выдается только после защиты предыдущего. С целью промежуточной проверки знаний проводится контрольная работа. Студенты, пропускающие занятия, получают дополнительные домашние задания и пишут реферат.
Разработчик:
Горный университет | Ассистент каф. АТПП | |||
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) | ||
Эксперты: | ||||
Горный университет | зав. каф. АТПП | |||
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) | ||
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) |
