Приложение 4
Рекомендовано МССН
ПРОГРАММА
Наименование дисциплины Оптимизация управления ММС
Рекомендуется для направления (ий) подготовки (специальности (ей))
220400 «Управление в технических системах»
(указываются код и наименования направления(ий)
подготовки (специальности (ей) и/или профилей (специализаций)
Квалификация (степень) выпускника бакалавр
(указывается квалификация (степень) выпускника в соответствии с ФГОС)
1. Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины: подготовка студентов в области методов оптимального управления структурно и функционально сложных многообъектных многокритериальных систем (ММС) с многокритериальной оптимизацией многообъектных (многоканальных, многосвязных) систем регулирования, управления и принятия решений при межобъектном уравновешивании (балансировке) равнозначных взаимосвязанных объектов-подсистем ММС по эффективности на основе стабильно-эффективных компромиссов (СТЭК) в условиях исходнеой структурной несогласованности, функциональной конфликтности и неопределенности.
Задачами дисциплины является изучение:
- структурной классификации ММС на основе ММС регулирования (ММСР), управления (ММСУ), принятия решений (ММСПР) и других структурных форм, функционирующих в условиях исходной структурной несогласованности, функциональной конфликтности и неопределенности; понятий, определений и постановок задач в ММС, ММСУ, ММСПР на основе подходов многокритериальной оптимизации в теории управления и принципов уравновешивания (балансировки) в теории дифференциальных игр; методов структурно-связанной многокритериальной оптимизации ММС регулирования, управления, принятия решений с уравновешиванием (балансировкой по эффективности) взаимосвязанных объектов-подсистем ММС при антагонистическом, бескоалиционном, коалиционном взаимодействии объектов-подсистем ММС с получением стабильного результата на основе, соответственно, минимакса (максимума), скалярного и векторного равновесия по Нэшу, равновесия на основе «угроз и контругроз» (УКУ); методов исследования многокритериальной эффективности ММС при кооперативном взаимодействии объектов подсистем ММС в форме интерактивных (прямых) методов оптимальности по Парето, методов скаляризации, методов на основе эффективных компромиссов и экспертных методов сравнения многокритериальных (векторных) многовекторных и гипервекторных альтернатив методов формирования и алгоритмизации стабильно-эффективных компромиссов (СТЭК) в ММС регулирования, управления и принятия решений;
- перспективного метода оптимизации управления многоуровневой системой на основе принципа иерархического уравновешивания (комбинация процессов оптимизации и уравновешивания ММС уровней регулирования, управления и принятия решений по эффективности с оптимизацией межуровневой оптимизации);
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «ОУ ММС» относится к профессиональному циклу и является фундаментальной дисциплиной кафедры «Кибернетика и мехатроника» Инженерного факультета РУДН по подготовке бакалавров.
Требования к входным знаниям, умениям и компетенциям студента, необходимым для изучения дисциплины:
Студент должен знать:
- дисциплины гуманитарного, социального и экономического цикла; дисциплины математического и естественнонаучного цикла; часть базовых дисциплин профессионального цикла; основы теоретической механики; основные понятия и законы электромагнитного поля и теории электрических и магнитных цепей; основы теории управления; методы оптимального управления динамическими объектами и системами; математические основы теории систем; методы оптимального управления многообъектными многокритериальными системами; методы исследования операций и принятия решений; информационные технологии в управлении; программные среды моделирования систем управления; компьютерные технологии, обеспечивающие проектирование и функционирование систем управления.
уметь:
- применять полученные знания в профессиональной области с учетом исторических, философских, экономических и социально-культурных аспектов; применять математические методы математического и естественного цикла для анализа и синтеза современных систем управления; формировать структурные схемы и математические модели однообъектных и многообъектных (многоканальных, многосвязных) многокритериальных систем регулирования, управления и принятия решений; применять методы исследования линейных и нелинейных систем, пространства состояний и идентификации и других основ теории управления; использовать вариационные методы оптимизации, принцип максимума, метод динамического программирования, численные методы нелинейного программирования для алгоритмизации и оптимизации задач управления; применять компьютерные технологии для расчетов и моделирования систем управления; отлаживать программно-алгоритмическое обеспечение систем управление; соответствовать необходимой части общекультурных (ОК 1-17) и профессиональных (ПК 1-32) компетенций (см. ФГОС ВПО) для достижения высоких профессиональных результатов.
Дисциплины для которых данная дисциплина является предшествующей :
1. Исследование операций и принятия решений
2. Системный анализ и моделирование
3. Стабильно-эффективные модели компромиссов в интеллектуальных системах
4. Алгоритмизация процессов управления и обработки информации
5. методы и алгоритмы принятия решений в динамических экспертных системах
6. Динамическое моделирование процессов управления в технических системах.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
- способностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2); способностью осуществлять сбор и анализ научно-технической информации, обобщать отечественный и зарубежный опыт в области средств автоматизации и управления, проводить анализ патентной литературы (ПК-18); способностью проводить вычислительные эксперименты с использованием стандартных программных средств с целью получения математических моделей процессов и объектов автоматизации и управления (ПК-20); готовностью участвовать в составлении аналитических обзоров и научно-технических отчетов по результатам выполненной работы, в подготовке публикаций по результатам исследований и разработок (ПК-21);
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
- классификацию ММС на основе ММС регулирования (ММСР), управления (ММСУ), принятия решений (ММСПР) и других структурных форм, функционирующих в условиях исходной структурной несогласованности, функциональной конфликтности и неопределенности; понятия, определения и постановки задач в ММСР, ММСУ, ММСПР на основе подходов многокритериальной оптимизации в теории управления и принципов уравновешивания (балансировки) в теории дифференциальных игр; методы структурно-связанной, многокритериальной оптимизации ММС, регулирования, управления и принятия решений с уравновешиванием (балансировкой по эффективности) взаимосвязанных объектов-подсистем ММС, при антагонистическом, бескоалиционном, коалиционном взаимодействии объектов –подсистем ММС с получением стабильного результата на основе, соответственно, минимакса (максимума), скалярного и векторного равновесия по Нэшу, равновесия на основе «угроз и контругроз (УКУ)»; методы исследования многокритериальной эффективности ММС при кооперативном взаимодействии объектов-подсистем ММС в форме интерактивных (прямых) методов оптимизации по Парето, методов скаляризации, методов на основе эффективных компромиссов и экспертных методов сравнения многокритериальных (векторных) многовекторных и гипервекторных альтернатив; методы формирования и алгоритмизации стабильно-эффективных компромиссов (СТЭК) в ММС регулирования, управления и принятия решений; метод оптимизации управления многоуровневой системой на основе принципа иерархического уравновешивания (комбинация процессов оптимизации и уравновешивания ММС уровней регулирования, управления и принятия решений по эффективности с оптимизацией межуровневой координации); обобщенный робастный метод исследования задач регулирования, управления и принятия решений на основе принципа конфликтной анизотропии неопределенности (КАН); направления применений методов оптимизации ММСР, ММСУ, ММСПР : многосвязные (многоканальные) системы регулирования, управления, принятия решений; управление в сложных мехатронных системах с балансировкой мехатроных структур по эффтивности; направления применений методов оптимизации ММСР, ММСУ, ММСПР;
а) в условиях исходной структурной несогласованности: многосвязные (многоканальные) системы регулирования, управления и принятия решений; структурно-сложные мехатронные системы регулирования и управления; стабильно-эффективное оптимальное управленние группой космических ЛА (КЛА) по точности и расходу, задача по переориентации КЛА по расходу и быстродействию и др.;
б) в условиях естественной конфликтной ситуации: конфликтно-оптимальное принятие решений при взяимодействии группировок ЛА; конфликтно-оптимальное управление и принятие решений при взаимодействии групп ЛА и одиночных ЛА; конкурентно-оптимальное управление производственным предприятием на товарном и финансовом рынках; компенсционные процессы гомеостазиса в системе естественных технологий организма в условиях возмущений; конфликтно-оптимальное управление технологическими процессами, транспорными потоами и др.
в) в условиях непределенности:
робастные методы регулирования и управления с учетом конфликтной анизотропии неопределенности (задача управления торможением транспортного средства при неопределенных свойствах поверхности торможения, задача посадки ЛА при неопределенных возмущениях, учет параметрической и сигнальной неопределенности в динамике АСУ, исследование задач типового обслуживания и обеспечение надежности системы в условиях неопределенности и др.)
Уметь:
применять и закреплять полученные знания в рамках указанных выше методов и направлений в процессе проведения практических занятий и выполнения лабораторных работ, а так же в последующих учебных дисциплинах;
предвидеть основные трудности и проблемы, возникающие в процессе анализа, моделирования и расчета ММСР, ММСУ, ММСПР;
исследовать основные структурные свойства задач проектирования сложных систем управления с позиции методов оптимизации ММС регулирования, управления и принятия решений;
формировать постановку и методику исследования задач регулирования, управления и принятия решений в соответствующей ММС;
использовать и разрабатывать алгоритмическое обеспечение методов оптимизации ММС регулирования, управления и принятия решений на основе стабильно-эфффективных компромиссов;
Владеть навыками:
Самостоятельной работы с учебной и справочной литературой;
Самостоятельного проведения расчетов в рамках задач регулирования (управления или принятия решений) соответствующих ММС, рассматриваемых в дициплине по заданным условиям с использованием графических, аналитических и численных методов вычислений;
Использования при выполнении расчетов и моделирования программного средства ПС «МОМДИС» разработанного в дисциплине и известных программных средств и сред на ПЭВМ;
Оформления графической и текстовой документации в соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСПД.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2,5 зачетных единицы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры |
7 | ||
Аудиторные занятия (всего) | 72 | 72 |
В том числе: | ||
Лекции | 54 | 54 |
Практические занятия (ПЗ) | ||
Семинары (С) | ||
Лабораторные работы (ЛР) | 18 | 18 |
Самостоятельная работа (всего) | 36 | 36 |
В том числе: | ||
Курсовой проект (работа) | ||
Расчетно-графические работы | ||
Реферат | ||
Другие виды самостоятельной работы | ||
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | зачет | |
Общая трудоемкость час зач. ед. | 108 | 108 |
3 | 3 |
5.1 Содержание разделов дисциплины
№ п\п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела ( в дидактических единицах) |
1 | Основные структуры сложных систем. Постановка задачи оптимизации ММС регулирования, управления и принятия решений на основе стабильно-эффективных компромиссов (СТЭК). Основные понятия и определения. | Лекции I, II |
2 | Алгоритмическое обеспечение процессов оптимизации и уравновешивания в ММС регулирования, управления и принятия решений в бескоалиционной, коалиционной конфликтной ситуации взаимодействия объектов подсистем ММС. Многокритериальная оптимизация ММС в кооперативной ситуации взаимодействия объектов-подсистем ММС. | Лекции III-XII |
3 | Методы получения стабильно-эффективных компромиссов (СТЭК) на основе комбинации алгоритмов оптимизации ММС регулирования, управления и принятия решений по Нэшу, УКУ, Шепли и Парето. | Лекции XIII-XV |
4 | Направления применения СТЭК в технических, экономических, биотехнических ММС регулирования, управления и принятия решений. | Лекции XVI-XVII |
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами.
№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | № разделов данной дисциплины необходимых для изучения последующих дисциплин. | |||
1 | 2 | 3 | 4 | ||
1 | Исследование операций и принятие решений | ||||
2 | Системный анализ | ||||
3 | Алгоритмизация процессов управления и обработки информации | ||||
4 | Методы и алгоритмы принятия решений в динамических экспертных системах | ||||
5 | Динамическое моделирование процессов управления в технических системах. |
5.3 Разделы дисциплины и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекции | Практические занятия | Лабораторные работы | Семинары | СРС | Всего час |
1 | Основные структуры сложных систем. Постановка задачи оптимизации ММС регулирования, управления и принятия решений на основе стабильно-эффективных компромиссов (СТЭК). | 8 | 4 | 6 | 18 | ||
2 | Алгоритмическое обеспечение процессов оптимизации и уравновешивания в ММС регулирования, управления и принятия решений в бескоалиционной, коалиционной конфликтной ситуации взаимодействия объектов подсистем ММС. Многокритериальная оптимизация ММС в кооперативной ситуации взаимодействия объектов-подсистем ММС. | 30 | 6 | 14 | 50 | ||
3 | Методы получения стабильно-эффективных компромиссов (СТЭК) на основе комбинации алгоритмов оптимизации ММС регулирования, управления и принятия решений по Нэшу, УКУ, Шепли и Парето. | 10 | 4 | 10 | 24 | ||
4 | Направления применения СТЭК в технических, экономических, биотехнических ММС регулирования, управления и принятия решений. | 6 | 4 | 6 | 16 |
6. Лабораторный практикум.
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудо-емкость (час.) |
1 | 1 | Постановка задач оптимизации ММС регулирования, управления и принятия решения на примерах технических, технико-экономических и биотехнических приложений. Равновесно-арбитражная балансировка каналов системы стабилизации ЛА. | 4 |
2 | 2 | Структура и пользовательский интерфейс программной системы (ПС) «МОМДИС» (многокритериальная оптимизация многообъектных динамических систем). Метод расчета мехатронной системы привода радиотелескопа на основе уравновешивания векторной оптимизации подсистем. Реализация методов получения стабильных и эффективных решений и СТЭК на основе ПС «МОМДИС». | 6 |
3 | 3 | Методы получения стабильных и эффективных решений и СТЭК на примерах. Исследование алгоритма прогноза динамики конфликта локальных систем воздушного базирования и ПВО (ЛС ВБ ЛСПВО) на основе СТЭК. Конфликтно-оптимальный прогноз управления предприятием на основе модели олигополии. | 4 |
4 | 4 | Методы получения стабильных, эффективных решений и СТЭК на примерах. Алгоритмы коалиционного перехвата воздушных целей группой ЛА и антикоалиционного уклонения цели. Робастный метод управления торможением транспортного средства в условиях неопределенных свойств поверхности торможения на основе конфликта анизотропии неопределенности. Многокритериальная оптимизация компенсационных процессов самосохранения (гомеостаза) в геронтологической динамической системе естественных технологий организма. | 4 |
7. Практические занятия (семинары)
Не предусмотрены.
8. Примеры тематики курсовых проектов (работ) .
Курсовая работа не предусмотрена учебным планом.
9. Учебно-методической и информационное обеспечения дисциплины:
а) Основная литература
1. Воронов оптимизации управления многообъектнымм многокритериальными системами на основе стабильно-эффективных компромиссов: Учебник/ Под редакцией , , М: МГТУ 2001 г.-576 стр. ил. 2. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 5-ти томах; 2-ое издание, Т4: Теория оптимизации систем автоматического управления. Глава 6 / Под редакцией , -М.: МГТУ 2004 г.
3. , , Репкин управления ММС. Учебное пособие для практических занятий и курсовых работ МГТУ 2010г.
б) Дополнительная литература
1.ифференциальные игры М.: Мир 1967 г. 2., Субботин дифференциальные игры М.: Наука 1985 г.
3., Жуковский в дифференциальные игры нескольких лиц и их приложения. М.: Сов. Радио 1980 г. 4. еория игр. М.: Мир 1985 г. 5. , Томский игры и их приложения. П.: Лен. Университет 1982 г.
6. Вилкес в играх и решениях. М.: Наука 1990 г. 7. и др. Введение в теорию конфликта. М.: Радио и связь 1989 г. 8. Подиновский В. В., Ногин В. Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. М.: Наука 1982 г.
в) Программное обеспечение
ПС «МОМДИС» (см. Учебное пособие для практических занятий и курсовых работ в списке основной литературы)
г) Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Компьютерный класс кафедры кибернетики и мехатроники.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Рекомендуемые модули внутри дисциплины совпадают с разделами дисциплины. Разработан список вопросов по тестированию уровня знаний по дисциплине.
Разработчики:
Профессор кибернетики и мехатроники
Должность, название кафедры, инициалы, фамилия)
Заведующий кафедрой киберенетики и мехатроники
название кафедры, инициалы, фамилия
