Примерная основная образовательная программа по направлению «Системный анализ и управление» (стр. 7 )

1.Основные понятия

Основные понятия. Принципы построения и классификация систем автоматического управления. Объекты управления.

2.Математические модели непрерывных и дискретных линейных объектов и систем;

Линейные уравнения взаимосвязи входных и выходных сигналов, уравнения состояния САУ. Переход от одной формы записи математической модели к другой для непрерывных и дискретных систем управления.

Дифференциальные и разностные кусочно-линейные модели нелинейных объектов и систем;

Нелинейные уравнения объектов и систем. Описание типовых кусочно-линейных звеньев. Кусочно-линейные дифференциальные и разностные уравнения объектов и систем управления. Модели объектов и систем управления общего вида.

Анализ установившихся и переходных режимов;

Анализ переходных процессов и установившихся режимов в линейных системах непрерывного и дискретного типа. Уравнения свертки для непрерывных и дискретных систем управления. Импульсные переходные функции. Передаточные функции непрерывных и дискретных объектов и систем. Частотные характеристики объектов и систем. Связь между частотными и временными характеристиками.

Методы анализа устойчивости линейных объектов и систем;

Основные понятия теории устойчивости: устойчивость решений по Ляпунову, асимптотическая устойчивость, входо-выходная устойчивость систем. Критерии устойчивости непрерывных и дискретных объектов и систем управления. Корневые критерии устойчивости. Алгебраические критерии устойчивости. Частотные критерии Михайлова и Найквиста. Критерий абсолютной устойчивости.

Методы синтеза детерминированных систем;

Определение управляемости и наблюдаемости, критерии управляемости и наблюдаемости объектов и систем. Синтез модальных регуляторов. Синтез оптимальных систем. Синтез локально-оптимальных систем. Синтез систем с наблюдателем состояний.

Системы оптимальные по H-критериям;

Представление систем и оценка качества систем в Н-теории. Синтез Н2 и Н∞ оптимальных систем управления.

Методы синтеза стохастических и адаптивных систем;

Определение и классификация стохастических систем (СС). Основы оптимизации СС, синтез предельно оптимальных СС. Методы идентификации статических и динамических объектов, метод скоростного градиента, метод стохастической аппроксимации.

Синтез грубых систем;

Робастная стабилизация. Интервальные системы. Обобщенное представление неопределенности.

Крупномасштабные системы;

Анализ устойчивости с помощью векторных функций Ляпунова и функционалов Ляпунова-Красовского. Синтез крупномасштабных систем локально-оптимального и субоптимального управления.

5. Лабораторный практикум

1. Моделирование переходных процессов линейных САУ в среде MATLAB с использованием пакетов Control System и Simulink.

2. Анализ переходных функций и частотных характеристик линейных непрерывных систем.

3. Разработка и исследование линейных непрерывных систем с модальными и оптимальными регуляторами.

4. Разработка и исследование линейных дискретных систем с модальными и оптимальными регуляторами.

6. Практические занятия

- линейные модели "вход-выход" и модели "вход-состояние-выход" для непрерывных и дискретных объектов и систем. Переход от одной формы к другой. Структурные схемы и правила преобразования структурных схем (разделы 1 и 2).

- Нелинейные уравнения объектов и систем. Описание типовых кусочно-линейных звеньев. Кусочно-линейные дифференциальные и разностные уравнения объектов и систем управления. Модели объектов и систем управления общего вида. Линеаризация уравнений состояния (раздел 3).

- Анализ переходных процессов и установившихся режимов в линейных системах непрерывного и дискретного типа. Уравнения свертки для непрерывных и дискретных систем управления. Импульсные переходные функции. Передаточные функции непрерывных и дискретных объектов и систем. Частотные характеристики объектов и систем. Связь между частотными и временными характеристиками (раздел 4).

- Критерии устойчивости непрерывных и дискретных объектов и систем управления. Корневые критерии устойчивости. Алгебраические критерии устойчивости. Частотные критерии Михайлова и Найквиста. Критерий абсолютной устойчивости (раздел 5).

- Определение управляемости и наблюдаемости, критерии управляемости и наблюдаемости объектов и систем. Синтез модальных регуляторов. Синтез оптимальных систем. Синтез локально-оптимальных систем. Синтез систем с наблюдателем состояний (раздел 6).

- Представление систем и оценка качества систем в Н-теории. Синтез Н2 и Н∞ оптимальных систем управления (раздел 7).

- Основы оптимизации стохастических систем, синтез предельно оптимальных стохастических систем. Методы идентификации статических и динамических объектов, метод скоростного градиента, метод стохастической аппроксимации (раздел 8).

- Робастная стабилизация. Интервальные системы. Обобщенное представление неопределенности (раздел 9).

7. Курсовой проект (курсовая работа)

Курсовое проектирование осуществляется согласованно с курсом лекций и практических занятий с использованием материала всех разделов дисциплины. В качестве объектов исследования студенты используют математические модели реальных устройств. При выполнении всех этапов курсовой работы студент получает навыки проектирования реальных систем управления в рамках концепции "модели-анализ-синтез" с использованием компьютерных технологий.

Примеры исследуемых процессов или устройств:

1. Управление частотой и активной мощностью энергообъединения.

2. Управление летательным аппаратом в продольной плоскости.

3. Управление летательным аппаратом в продольной плоскости.

4. Управление перемещением считывающей головки дисковода.

5. Разработка и исследование системы управления горизонтальным положением парома.

8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

8.1. Рекомендуемая литература

Основная литература:

1. , , Шашихин энергетическими системами. Часть 1: Теория автоматического управления: Учеб. пособие / Под ред. − СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006. − 316 с.

2. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: Учебник / Под ред. . — Москва : Изд-во МГТУ им. , 2002 – 744 с.

3. Мирошник автоматического управления. Линейные системы. – СПб.: Питер, 2005. − 336 с.

4. Мирошник автоматического управления. Нелинейные и оптимальные системы. – СПб.: Питер, 2006. − 272 с.

Дополнительная литература:

1. Первозванский теории автоматического управления.- М.: Наука,1986. – 616 с.

2. , , Шашихин математика и теория управления: Учеб. пособие. СПб.: Изд. СПбГТУ, 1996. − 284 с.

3. Воронов , управляемость, наблюдаемость — Москва: Наука, 1979 .— 336 с.

4. Модели, устойчивость и синтез автоматических систем: Метод. указания/ и др. СПб.: Изд. СПбГТУ, 1993.– 80 с.

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Компьютерный класс ПЭВМ с микропроцессором не ниже Pentium IV, объем ПЗУ не меньше 2-3 ГБ, объем ОЗУ не меньше 512 МБ со средой MatLab (версии 7 и выше), а также пакетами Control System и Robust.

Выполнение требований ГОС ВПО в рабочей программе учебной дисциплины подтверждаем:

Заказчик РПД Заведующий кафедрой «Системный Анализ и Управление», ФТК ___________ _____ ____ (подпись) (ФИО) "____" ________ 2009 г.

Разработчик РПД Заведующий кафедрой ___________ __________________ (подпись) (ФИО) "____" ________ 200 г.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

		УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе ____________ "____" мая 2009 г.
Вводится в действие с "____" ________ 2009 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Современные проблемы системного анализа и управления
Составлена кафедрой «Системный анализ и управление»
для студентов направления 220100 «Системный анализ и управление»
Форма обучения очная, очно-заочная, заочная
Автор профессор, д. т.н., профессор ____________ "____" мая 2009 г
Санкт-Петербург 2009 г.

1. Цели и задачи изучения дисциплины

Основными целями изучения дисциплины являются:

а) изучение основных методов системного анализа для решения слабоструктурированных и неструктурированных задач;

б) изучение основных принципов системного анализа (декомпозиции, агрегирования, координации) и методов анализа объектов и систем автоматического управления;

в) изучение методов синтеза крупномасштабных динамических систем;

г) изучение методов теории игр для статических и динамических моделей процессов и систем в условиях неопределенности;

д) формирование интеллектуального потенциала студентов для осознанного изучения дисциплин различных циклов;

е) развитие практических навыков построения математических моделей для объектов со слабоструктурированными данными, анализа их свойств, синтеза систем с требуемыми свойствами.

2. Место дисциплины в рабочем учебном плане

Дисциплина «Современные проблемы системного анализа и управления» изучается в 11 семестре и относится к циклу ДНМ (дисциплины направления магистратуры), являясь федеральной компонентой. Для освоения данной дисциплины требуется изучение следующих дисциплин: «Математика», «Вычислительная математика», «Теория управления», «Функциональный анализ». Дисциплина завершает подготовку магистров и необходима для адаптации в первичной должности и дальнейшего карьерного роста.

3. Распределение объема учебной дисциплины по видам учебных занятий и формы контроля

Форма обучения очная

Виды занятий и формы контроля	Объем по семестрам
11-сем.
Лекции (Л), час.	34
Практические занятия (ПЗ), час.	34
Самостоятельная работа (СР), час.	34
Курсовые проекты (КП), шт.	1
Зачеты (З), шт.	1
Экзамены (Э), шт.	1
Общая трудоемкость дисциплины составляет по ГОС ВПО /РПД: 100/ 102 часов.

4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины по ГОС ВПО, разделы дисциплины по РПД и объемы по видам занятий

№	Разделы дисциплины по ГОС ВПО (дидактические единицы ГОС)	Разделы дисциплины по РПД	Объем занятий, час	Примечания
Л	ПЗ	СР
1	Формулировка системных принципов моделирования и анализа процессов и объектов	Формулировка системных принципов моделирования и анализа процессов и объектов	5	5	5
2	Математические модели и методы исследования алгоритмически управляемых систем	Математические модели и методы исследования алгоритмически управляемых систем	5	5	5
3	Конструктивный анализ и синтез крупномасштабных систем	Конструктивный анализ и синтез крупномасштабных систем	12	12	12
4	Адекватные модели принятия решений в условиях статической и нестатической неопределенностей	Адекватные модели принятия решений в условиях статической и нестатической неопределенностей	8	8	8
5	Методы и технологии последовательного принятия решений	Методы и технологии последовательного принятия решений	2	2	2
6	Проблемы создания интеллектуальных технологий образования и науки	Проблемы создания интеллектуальных технологий образования и науки	2	2	2
Итого	Общая трудоемкость по ГОС ВПО: 100 час.	Общая трудоемкость: 102 час.	34 час.	34 час.	34 час

4.2. Содержание разделов дисциплины

1. Формулировка системных принципов моделирования и анализа процессов и объектов

Принцип декомпозиции. Декомпозиция математическая, структурная (физическая), временная. Представление систем в виде совокупности взаимодействующих подсистем. Функции взаимного влияния. Базис Фробениуса для систем с векторным управлением. Модели, децентрализованные по входу и выходу.

Принцип агрегирования. Скалярные функции Ляпунова. Векторные функции Ляпунова. Системы сравнения для линейных и нелинейных систем. Теоремы сравнения.

Принцип координации. Цели и функционал. Двухуровневое и многоуровневое управление. Децентрализованное и координирующее управление.

2. Математические модели и методы исследования алгоритмически управляемых систем

Кусочно-линейные уравнения. Линеаризация, аппроксимация и кусочно-линейные системы. Переход к новым координатам. Асимптотические преобразования.

Системы с операторами типовых нелинейностей. Операторы типовых нелинейностей. Кусочно-линейные системы. Логико-динамические системы.

Уравнения и операторы алгоритмически управляемых систем. Системы с операторами оптимизации на целевом многообразии. Уравнения систем с операторами оптимизации на простейших множествах.

Системы с операторами координации и адаптации. Уравнения замкнутых иерархических систем. Уравнения адаптивных систем.

3. Конструктивный анализ и синтез крупномасштабных систем

Функции Ляпунова. Скалярные функции Ляпунова, их свойства и способы построения для изолированных подсистем. Определение и свойства векторных функций Ляпунова. Способы построения векторных функций с компонентами в виде модулей фазовых координат и в виде скалярных функций подсистем.

Принцип сравнения. Агрегирование подсистем и функций взаимного влияния. Дифференциальные неравенства для векторных функций Ляпунова. Построение систем сравнения.

Устойчивость по Ляпунову крупномасштабных систем. Устойчивость систем сравнения. Теоремы сравнения для различных типов крупномасштабных систем.

Задача размещения спектра для крупномасштабных систем. Решение уравнения Сильвестра. Декомпозиция уравнения Сильвестра. Синтез децентрализованного управления.

Решение задачи линейно квадратичной оптимизации. Метод модификации функционала. Синтез децентрализованного управления. Оценка индекса субоптимальности.

Решение задачи многоуровневой оптимизации. Многоуровневая оптимизации на основе использования систем сравнения. Синтез координирующего управления с заданной степенью затухания векторной функции Ляпунова.

Синтез управлений для систем с последействием. Скалярно-оптимизационные функции. Метод динамического программирования в синтезе координирующего управления.

4. Адекватные модели принятия решений в условиях статической и нестатической неопределенностей

Статическая неопределенность. Определение антагонистической матричной игры в нормальной форме с интервальными стратегиями. Максиминные и минимаксные стратегии. Смешанное расширение матричной игры с интервальной неопределенностью в функциях выигрыша. Существование решения. Свойства оптимальных стратегий и значения игры.

Нестатическая неопределенность. Модель дифференциальной игры с неопределенностью. Понятие робастности. Минимаксные робастные системы. Стратегии гарантированного результата.

5. Методы и технологии последовательного принятия решений

Многошаговые игры с полной информацией. Модель матричной многошаговыой игры. Ситуации абсолютного равновесия по Нэшу. Стратегия наказания. Задача преследования. Иерархические игры.

Многошаговые игры с неполной информацией. Формализация игры. Основное функциональное уравнение. Стратегии поведении. Алгоритмы решения. Антагонистическая многошаговая игра с запаздыванием информации.

6. Проблемы создания интеллектуальных технологий образования и науки

Постановка задачи формирования интеллектуальных технологий личности. Основные определения. Иерархии базисов. Технологии высшей школы.

Системная характеристика интеллектуальных технологий. Классификация. Примеры системного формирования технологий. Матричные характеризации технологий.

Системно-интеллектуальные технологии математики. Технологии дифференциального и интегрального исчисления. Технологии теории дифференциальных уравнений. Технологии доказательства сходимости.

5. Курсовой проект

Курсовое проектирование направлено на синтез регуляторов, решающих задачи размещения спектра замкнутой системы или линейно квадратичной оптимизации для крупномасштабных динамических объектов с неопределенностью. Синтезируются различные структуры управления (централизованная, децентрализованная, двухуровневая) с последующим выбором наилучшего варианта на основе использования методов системного анализа и принятия решений. В качестве объектов для проектирования систем управления используются математические модели реальных устройств.

Примеры исследуемых процессов и устройств:

1) управление частотой и активной мощностью системы взаимосвязанных синхронных генераторов;

2) управление боковым и продольным движением летательных аппаратов;

3) управление железнодорожным составом;

4) стабилизация морских судов на заданном курсе;

5) оптимизация режимов работы системы последовательно соединенных химических реакторов.

6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература

Основная литература

1. , Куприянов энергетическими системами. Часть 1. Теория автоматического управления: Учебное пособие / Под ред. . СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 20с.

2. Шашихин автоматического управления. Методы декомпозиции, агрегирования и координации. Учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 20с.

3. Шашихин динамические системы. Модели, анализ, синтез. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 20с.

Дополнительная литература

1. Козлов нелинейных операторов в автоматизированном проектировании динамических систем. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 19с.

2. Теория игр: Учебное пособие для ун-тов:/, , . М. Высш. шк., Книжный дом «Университет», 19с.

3. Ларичев и методы принятия решений. Учебник. М.: Логос, 2002.

4. Децентрализованное управление сложными системами. М.: Мир, 1994.

5. Цурков задачи большой размерности. М.: Наука, 1988.

6. Метод векторных функций Ляпунова в теории устойчивости / Под ред. , . М.: Наука, 1987 г.

7. , , Риббенс-Павелла. Устойчивость крупномасштабных систем при структурных и сингулярных возмущениях. Киев.: Наукова Думка, 1984.

6.2. Технические средства обеспечения дисциплины

Математические пакеты MathCAD, MatLab, Mathematica

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Компьютерный класс ПЭВМ с микропроцессором не ниже Pentium IV, объем ПЗУ 100 ГБ, объем ОЗУ 2 ГБ.

8. Особенности организации учебного процесса при очно-заочной и заочной формах обучения

8.1.1. Распределение объема учебной дисциплины по видам учебных занятий и формы контроля при очно-заочной форме обучения

Виды занятий и формы контроля	Объем по семестрам
11-сем.
Лекции (Л), час.	34
Практические занятия (ПЗ), час.	34
Самостоятельная работа (СР), час.	34
Курсовые проекты (КП), шт.	1
Зачеты (З), шт.	1
Экзамены (Э), шт.	1
Общая трудоемкость дисциплины составляет по ГОС ВПО /РПД: 100/ 102 часов.

8.1.2. Распределение объема учебной дисциплины по видам учебных занятий и формы контроля при заочной форме обучения

Виды занятий и формы контроля	Объем по семестрам
11-сем.
Лекции (Л), час.	16
Самостоятельная работа (СР), час.	84
Зачеты (З), шт.	1
Экзамены (Э), шт.	1
Общая трудоемкость дисциплины составляет по ГОС ВПО /РПД: 100/ 100 часов.

8.2. Рекомендуемая литература

Основная литература

4. , Куприянов энергетическими системами. Часть 1. Теория автоматического управления: Учебное пособие / Под ред. . СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 20с.

5. Шашихин автоматического управления. Методы декомпозиции, агрегирования и координации. Учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 20с.

6. Шашихин динамические системы. Модели, анализ, синтез. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 20с.

Дополнительная литература

8. Козлов нелинейных операторов в автоматизированном проектировании динамических систем. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 19с.

9. Теория игр: Учебное пособие для ун-тов:/, , . М. Высш. шк., Книжный дом «Университет», 19с.

10. Ларичев и методы принятия решений. Учебник. М.: Логос, 2002.

11. Децентрализованное управление сложными системами. М.: Мир, 1994.

12. Цурков задачи большой размерности. М.: Наука, 1988.

13. Метод векторных функций Ляпунова в теории устойчивости / Под ред. , . М.: Наука, 1987 г.

14. , , Риббенс-Павелла. Устойчивость крупномасштабных систем при структурных и сингулярных возмущениях. Киев.: Наукова Думка, 1984.

Выполнение требований ГОС ВПО в рабочей программе учебной дисциплины подтверждаем:

Заказчик РПД Декан факультета технической кибернетики ___________ "____" мая 2009 г.

Разработчик РПД Заведующий кафедрой «Системный анализ и управление» ___________ "____" мая 2009 г.