ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

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. А.А. Кульчицкий
______________________
Зав. кафедрой АТПП
доц. А.А. Кульчицкий
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Оптимальное и адаптивное управление»
Направление подготовки:
процессов и производств
220700
Автоматизация
технологических
Программа 1: Системы автоматизированного управления в металлургии
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
Составитель: Ассистент каф. АТПП П.А. Петров
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);
2
– 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.
Всего часов
Вид учебной работы
Семестры
B
Аудиторные занятия (всего)
51
51
В том числе:
-
-
Лекции
17
17
Практические занятия (ПЗ)
34
34
Самостоятельная работа (всего)
57
57
В том числе:
-
-
Расчетно-графические работы
36
36
Реферат
10
10
Другие виды самостоятельной работы
11
11
Домашнее задание
11
11
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Курсовой проект (работа)
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Общая трудоемкость
час
зач. ед.
3
экзамен
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 КалманаБьюси.
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.
4
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
1.
2.
3.
Наименование
обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
№ № разделов данной дисциплины,
необходимых для изучения обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
Методы
и
алгоритмы
обработки
сигналов
и
изображений
Устойчивость и безопасность
реакторных узлов
металлургических процессов
Управление процессами
электролиза в расплавленных
солях в металлургии.
1
2
3
4
5
6
7
+
-
-
+
+
+
-
+
-
-
-
+
-
+
+
-
-
-
+
-
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
Наименование раздела дисциплины
Лекц. Практ. Лаб.
зан.
зан.
Введение. Основные понятия
оптимального управления.
Классические вариационные методы.
Принцип максимума
3
6
8
Всего
час.
17
2
6
8
16
Метод динамического
программирования. Аналитическое
построение регуляторов
Частотные свойства оптимальных
систем. Оптимальные стохастические
системы
Основные понятия адаптивных
систем. Структура адаптивных
систем.
Системы экстремального управления.
Способы поиска экстремума.
Самонастраивающиеся системы
2
6
8
16
2
8
10
20
6
8
9
21
8
10
57
108
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
2
4
8
2
Итого: 17
6. Лабораторный практикум
Лабораторный практикум не предусматривается
5
34
Семин
СРС
7. Практические занятия (семинары)
№
п/п
№ раздела
дисциплины
Тематика практических занятий (семинаров)
Трудоемкость
(час.)
1.
2,3
6
2.
2
3.
1
4.
5
5.
6
Оптимальное управление звеньями с переменными
параметрами
Оптимальное
управление
с
динамическими
ограничениями
Вариационные методы решения задач оптимального
управления
Оптимальное управление динамическими системами с
применением нейрорегуляторов на основе эталонных
моделей
Адаптивный метод случайного поиска
Итого:
6
6
8
8
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 /
А.И. Егоров. – М.: Физматлит, 2007. – 504 с.
2. Пантелеев А.В. Методы оптимизации в примерах и задачах: Учеб. пособие / А.В.
Пантелеев, Т.А. Летова. 2-е изд., исправл. – М.: Высш. шк., 2005. – 544 с.
3. Сивохин А.В. Решение задач оптимального управления с использованием
математической системы MATLAB и пакета имитационного моделирования
SIMULINK. Лабораторный практикум по основам теории управления./ А.В. Сивохин,
Б.К. Мещеряков – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2006 – 120 с.
4. Тюкин И.Ю. Адаптация в нелинейных динамических системах / И.Ю. Тюкин.,
В.А. Терехов. – М.: ЛКИ, 2008. – 384 с
5. Юревич Е. И. Теория автоматического управления. – СПб.: БXВ-Петербург, 2007. –
560с.
6
б) дополнительная литература
1. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы: Учеб. пособие для вузов по
спец. «Автоматика и упр. в техн. системах». М.: Высш.шк., 1989. – 263 с.
2. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесекерский, Е.П.
Попов. – Изд. 4-е, перераб. и доп. – СПб, Изд-во «Профессия», 2003. – 752 с.
3. Кетков Ю. Л. MATLAB 6.х.: Программирование численных методов./ Ю. Л. Кетков, А.
Ю. Кетков, 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
П.А. Петров
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)
Эксперты:
Горный университет
зав. каф.АТПП
А.А. Кульчицкий
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)
7