МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРФЕССИОНАЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯ

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФАКУЛЬТЕТ АВТОМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

КАФЕДРА АВТОМАТИКИ

“УТВЕРЖДАЮ”

Декан АВТФ

__________

“___ ”__________2006 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"Идентификация и диагностика систем"

ООП дисциплин: относится к циклу СД федерального компонента,

уровень подготовки – дипломированный специалист по направлению 220200 «Автоматизация и управление», специальность 210100 «Управление и информатика в технических системах»

Факультет: АВТФ

Курс 4 Семестр 7

Лекции - 34 час. Экзамен 7 семестр

Лабор. работы - 17 час.

Самостоят. работа - 61 час.

Всего часов - 112 час.

Новосибирск

2006 г.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего, профессионального образования по направлению 220200 "Автоматизация и управление", специальность 210100 "Управление и информатика в технических системах" (квалификация – инженер) от 01.01.2001 г.

Регистрационный номер 26 тех\ дс.

Дисциплина относится к циклу СД федерального компонента.

Индекс дисциплины СД.04

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Автоматики

Протокол № 1 от 31.08.06 г.

Программу разработал

доцент кафедры Автоматики к. т.н., доцент

Заведующий кафедрой Автоматики

д. т.н., профессор

Ответственный за основную образовательную

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

программу д. т.н., профессор

ВНЕШНИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Требования к учебному процессу в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего, профессионального образования по направлению 651900 "Автоматизация и управление", специальность 210100 "Управление и информатика в технических системах", регистрационный № 26 тех/дс. от 01.01.2001 г. по дисциплине федерального компонента «Идентификация и диагностика систем» формулируются следующим образом:

Таблица 1

Шифр

дисциплины

Наименование дисциплины и основные разделы

Всего

часов

СД.04

Идентификация и диагностика систем.

112

Построение математических моделей объектов и систем по экспериментальным данным; структурная и параметрическая идентификация; методы построения статических и динамических моделей объектов управления; описание модели при взаимодействии с внешней средой; модели возмущений; методы планирования эксперимента; построение оптимальных планов; принципы описания сложных систем; декомпозиция и агрегирование сложных моделей; модели систем в пространстве состояний; оценивание адекватности моделей; задачи технической диагностики систем; диагностируемые объекты: динамические (непрерывного и дискретного действия); статические (конструкции установок, компрессоров, энергоагрегатов и т. п.); диагностические модели; методы диагностирования; прогнозирование изменения состояния объектов.

1.4.5.  Квалификационные требования.

Для решения профессиональных задач инженер:

·  подготовлен к участию во всех фазах исследования, проектирования, разработки, изготовления и эксплуатации средств и систем автоматизации и управления;
    подготовлен к участию в разработке всех видов документации на аппаратные, программные средства и аппаратно-программные комплексы систем автоматизации и управления; готов к участию в научных исследованиях и выполнению технических разработок в своей профессиональной области; умеет осуществлять сбор, обработку и систематизацию научно-технической информации по заданному направлению профессиональной деятельности, применять для этого современные информационные технологии; способен изучать специальную литературу, анализировать достижения отечественной и зарубежной науки и техники в области профессиональной деятельности; способен взаимодействовать со специалистами смежного профиля при разработке математических моделей объектов и процессов различной физической природы, алгоритмического и программного обеспечения систем автоматизации и управления, в научных исследованиях и проектно-конструкторской деятельности; готов к работе в коллективе исполнителей, знаком с методами управления и организации работы такого коллектива; умеет на научной основе организовать свой труд, владеет современными информационными технологиями, применяемыми в сфере его профессиональной деятельности; способен в условиях развития науки и изменяющейся социальной практики к переоценке накопленного опыта, анализу своих возможностей, умеет приобретать новые знания, используя современные информационные образовательные технологии;

·  методически и психологически готов к изменению вида и характера своей профессиональной деятельности, работе над междисциплинарными проектами.

Инженер должен знать:

·  постановления, распоряжения, приказы, методические и нормативные материалы по проектированию, производству и эксплуатации средств и систем автоматизации и управления;

    технологию проектирования, производства и эксплуатации средств и систем автоматизации и управления; перспективы и тенденции развития информационных технологий управления; технические характеристики и экономические показатели отечественных и зарубежных образцов программно-технических комплексов систем автоматизации и управления; стандарты и технические условия; порядок, методы и средства защиты интеллектуальной собственности; методы анализа эксплуатационных характеристик средств и систем автоматизации и управления; современные средства вычислительной техники, коммуникаций и связи; основные требования к организации труда при проектировании средств и систем автоматизации и управления; правила, методы и средства подготовки технической документации; основы экономики, организации труда, организации производства и научных исследований; основы трудового законодательства; правила и нормы охраны труда.

7.1 Требования к профессиональной подготовленности выпускника

Инженер по автоматизации и управлению должен

знать:

·  современные тенденции развития средств и систем автоматизации и управления;

    принципы организации и архитектуру автоматических и автоматизированных систем контроля и управления для объектов и процессов в различных отраслях народного хозяйства; стандарты, методические и нормативные материалы, сопровождающие проектирование производства и эксплуатацию средств и систем автоматизации и управления; методы и средства разработки математического, лингвистического, информационного и программного обеспечения систем автоматизации и управления; методы анализа вычислительных и информационных процессов, связанных с функционированием программного обеспечения систем автоматизации и управления; принципы, методы и способы комплексирования аппаратных и программных средств при создании систем автоматизации и управления; правила сертификации программных, аппаратных и программно-аппаратных комплексов; порядок, методы и средства защиты интеллектуальной собственности; экономико-организационные и правовые основы организации труда, организации производства и научных исследований;

·  правила и нормы охраны труда и безопасности жизнедеятельности;

уметь:

·  осуществлять системный анализ технических систем, технологических процессов и производств;

    строить математические модели технических систем; разрабатывать алгоритмическое и программное обеспечение систем автоматизации и управления объектами различной физической природы; разрабатывать нестандартные компоненты систем автоматизации, организовывать производства новых программных и технических средств автоматизации; анализировать и повышать качество функционирования систем автоматизации и управления; использовать математическое моделирование и системы автоматизированного проектирования при создании и совершенствовании программно технических средств и систем автоматизации и управления; рассчитывать экономическую эффективность внедряемых проектно-конструкторских решений при автоматизации управления в различных отраслях народного хозяйства; организовывать в коллективах исполнителей разработку и производство средств и систем автоматизации и управления;

·  осуществлять мероприятия по предотвращению производственного травматизма и профессиональных заболеваний.

Конкретные требования к специальной подготовке дипломированного специалиста устанавливаются высшим учебным заведением с учетом потребностей региона и особенностей конкретной образовательной программы.

ОСОБЕННОСТИ (ПРИНЦИПЫ) ПОСТРОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Таблица 2

Особенность

Содержание

Основание для введения дисциплины в учебный план специальности

Дисциплина относится к циклу специальных дисциплин федерального компонента, включенных в учебный план подготовки дипломированных специалистов по направлению 651900 "Автоматизация и управление".

Адресат курса

Дисциплина преподается на кафедре Автоматики и предназначена для дипломированных специалистов, обучающихся по направлению 651900 "Автоматизация и управление".

Компетенции, которые может повысить обучающийся

Изучение дисциплины позволит обучающимся повысить компетенции в области построения математических моделей объектов управления, выявления функциональных зависимостей между параметрами математических моделей и физическими параметрами объектов управления с целью диагностирования их состояния.

Ядро дисциплины

Ядро дисциплины составляют методы идентификации линейных, нелинейных стационарных, линейных нестационарных динамических объектов управления, а также методы диагностирования и прогнозирования состояния линейных стационарных динамических объектов.

Связь с другими учебными дисциплинами

Знания, полученные студентами по дисциплине "Идентификация и диагностика систем" используются, например, при изучении таких дисциплин как «Основы теории управления», «Цифровые системы управления», «Моделирование систем».

Требования к первоначальному уровню подготовки

Изучение дисциплины "Идентификация и диагностика систем" базируется на предварительной подготовке по таким дисциплинам как «Высшая математика», «Вычислительная математика», «Математические основы теории систем», «Теория автоматического управления».
ЦЕЛИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью преподавания дисциплины является формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков по построению математических моделей технических объектов и технологических процессов по экспериментальным данным, решению задач технической диагностики систем.

Таблица 3

После изучения дисциплины студент будет

иметь представление:

1

о видах математических моделей объектов управления;

2

о возможностях методов идентификации объектов и диагностирования их состояния;

3

о способах оценивания адекватности математических моделей реальным объектам управления.

знать:

4

методы построения математических моделей динамических объектов по экспериментальным данным;

5

сравнительные характеристики различных методов и алгоритмов идентификации;

6

методы диагностирования и прогнозирования состояния объекта;

уметь:

7

выбрать наиболее целесообразный вид математической модели и алгоритма идентификации при решении конкретной практической задачи;

8

синтезировать математические модели объектов автоматизации и управления с использованием средств моделирования, анализа и синтеза;

9

оценивать состояние объекта управления и прогнозировать его поведение;

10

использовать современные ЭВМ для проведения необходимых экспериментов и расчетов в области идентификации и диагностирования состояния объектов;

иметь опыт:

11

решения практических задач построения математических моделей объектов управления и диагностирования состояния этих объектов;

12

исследования влияния корректирующих параметров алгоритмов идентификации и диагностирования на результат решения;
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Учебным планом по дисциплине «Идентификация и диагностика систем» предусматривается проведение лекционных занятий в объеме 34 часа (семестр 7) и лабораторных занятий в объеме 17 часов (семестр 7)..

Таблица 4

Блок, модуль, раздел, тема лекционных занятий

Часы

Семестр №7

Общие сведения об идентификации.

Математические модели объектов управления. Линейные, нелинейные и нестационарные динамические модели.

Постановка задачи идентификации. Идентификация структуры. Параметрическая идентификация. Непараметрическая идентификация. Априорная информация.

2

Идентификация импульсной и частотных характеристик линейного объекта.

Постановка задачи идентификации импульсной (ИХ) и частотных (АЧХ и ФЧХ) характеристик. Интегральное уравнение свертки. Уравнение Винера-Хопфа. Идентификация ИХ на основе преобразования Фурье и квадратурных формул.

Идентификация ИХ на базе уравнения свертки посредством метода наименьших квадратов (МНК). Классический МНК. Анализ ошибки идентификации. Регуляризированный МНК. Модифицированный МНК. Рекуррентный МНК.

8

Идентификация структуры и параметров линейного динамического объекта.

Общие положения.

Идентификация структуры объекта посредством RL - процедуры. Восстановление структуры модели по реализации оценки ИХ. Критерии адекватности модели и объекта.

Аналитические методы параметрической идентификации. Линейные непрерывные модели. Формирование алгебраической системы. Проблема измерения производных. Корректирующие параметры алгоритма идентификации. Линейные дискретные модели. Формирование алгебраической системы. Решение системы на основе МНК. Рекуррентный МНК. Алгоритм Качмажа. Обобщенный МНК. Метод инструментальной переменной.

Градиентные самонастраивающиеся модели (ГСНМ). Общая структура ГСНМ. Критерии настройки. Функции и модели чувствительности.

Не градиентные самонастраивающиеся модели (НГСНМ). Общая структура НГСНМ. Синтез алгоритма идентификации на основе второго метода Ляпунова.

Сравнительные характеристики ГСНМ и НГСНМ.

14

Оценивание расширенного вектора состояния нелинейного объекта.

Перевод идентифицируемых параметров в переменные состояния объекта. Задача оценивания расширенного вектора состояния объекта. Метод квазилинеаризации решения нелинейной системы. Оценивание начальных условий.

4

Текущая идентификация нестационарных параметров линейного динамического объекта. Общие положения.

Текущая идентификация параметров по их нестационарным спектральным характеристикам. Корректирующие параметры алгоритма, реализация алгоритма.

2

Диагностика технических систем.

Общие положения. Задачи технической диагностики. Диагностические модели. Диагностическое обеспечение систем диагностики.

4

ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Блок, модуль, раздел, тема лабораторных работ

Часы

Семестр №7

Идентификация импульсной характеристики на основе прямого метода наименьших квадратов.

4

Параметрическая идентификация рекуррентным методом наименьших квадратов.

4

Градиентные самонастраивающиеся модели.

4

Не градиентные самонастраивающиеся модели.

4

5  УЧЕБНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

На самостоятельной работе (7 семестр, 61 час) студенты изучают отдельные разделы дисциплины и готовятся к выполнению лабораторных работ.

ПРАВИЛА АТТЕСТАЦИИ СТУДЕНТОВ ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

Учебным планом предусмотрен экзамен по теоретической части дисциплины (семестр 7). Оценка знаний и умений студентов проводится с помощью вопросов по разделам дисциплины.

Экзаменационное задание представлено в виде теоретического вопроса. Теоретические вопросы формулируются в строгом соответствии с темами лекционных занятий. Устный ответ на поставленный вопрос оценивается по пятибалльной шкале.

7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Идентификация систем. Теория для пользователя: Пер. с англ. - М.: Наука, 19с.

2. Основы идентификации систем управления: Пер. с англ. - М.: Мир, 19с.

3. Методы идентификации систем: Пер. с англ. - М.: Мир, 19с.

4. Марпл-мл. спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. - М.: Мир, 19c.

5. Теория и применение цифровой обработки сигналов: Пер. с англ. - М.: Мир, 19с.

6. , , Костанди электронных систем. Л.: Судостроение, 19с.

7. , , Чикильдин преобразования линейных динамических моделей: Учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 20с.

8. Анисимов объектов управления: Учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1985.– 80 с.

9. , Чикильдин идентификации импульсной характеристики: Учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 19с.

10. , , Чикильдин алгоритмов идентификации импульсной и частотных характеристик: Учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 19с.

11. , Чикильдин прикладных программ IDENIR: Учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 19с.

8. КОНТРОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АТТЕСТАЦИИ СТУДЕНТОВ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Экзаменационные вопросы.

1. Математические модели объектов управления

2. Общие сведения об идентификации

3. Идентификация ИХ линейного динамического объекта на базе интегрального уравнения свертки посредством преобразования Фурье

4. Идентификация ИХ линейного динамического объекта на базе интегрального уравнения свертки с использованием квадратурных формул

5. Классический МНК идентификации ИХ линейного динамического объекта. Формирование системы линейных алгебраических уравнений

6. Классический МНК идентификации ИХ линейного динамического объекта. Ошибки идентификации

7. Регуляризирующий и рекуррентный МНК идентификации ИХ линейного динамического объекта. Корректирующие параметры алгоритмов

8. Идентификация структуры и параметров линейного динамического объекта посредством RL-процедуры

9. Восстановление структуры и параметров линейного динамического объекта по идентифицированной оценке его ИХ

10. Аналитические методы параметрической идентификации ЛНД-объекта. Формирование алгебраической системы уравнений

11. Аналитические методы параметрической идентификации ЛНД-объекта. Корректирующие параметры алгоритма, их анализ

12. Параметрическая идентификация ЛДД-объекта. Формирование системы линейных алгебраических уравнений

13. Параметрическая идентификация ЛДД-объекта. МНК, ошибки идентификации

14. Обобщенный МНК параметрической идентификации

15. Рекуррентный МНК и алгоритм Качмажа параметрической идентификации

16. Метод инструментальной переменной параметрической идентификации

17. Градиентные самонастраивающиеся модели

18. Не градиентные самонастраивающиеся модели

19. Расширенный вектор состояния нелинейного объекта

20. Метод квазилинеаризации оценивания параметров нелинейного объекта

21. Текущая идентификация нестационарных параметров по их нестационарным спектральным характеристикам. Формирование алгебраической системы уравнений

22. Текущая идентификация нестационарных параметров по их нестационарным спектральным характеристикам. Корректирующие параметры алгоритма, их выбор

23. Техническая диагностика систем. Общие положения. Диагностическое обеспечение систем диагностики