220400.68 Управление в технических системах

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение
высшего профессионального образования
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
«Утверждаю»
Проректор по учебной работе и
академическому развитию
А.Н. Каркищенко
__________________
«____»_______________2013 г.
ПРОГРАММА
вступительных испытаний в магистратуру по направлению
подготовки 220400.68 Управление в технических системах
Разработана:
д.т.н. Першин И.М.
Согласована:
Директор института сервиса, туризма и дизайна
/__________/ Шебзухова Т.А.
(подпись)
«____» ____________ 2013 г.
Зав. кафедрой
/_________/
(подпись)
Рассмотрено УМК института
сервиса, туризма и дизайна
«_____» _____________2013 г.
протокол №
Председатель УМК ___________
Пятигорск , 2013 г.
Пояснительная записка
Вступительные
испытания
по
направлению
подготовки
220400.68
Управление в технических системах магистерская программа Системные
исследования в задачах управления (очная, заочная форма обучения)
проводятся для лиц, желающих освоить программу специализированной
подготовки магистра по данному направлению.
Цель вступительных испытаний заключается в определении уровня
общей
личностной
готовности
к
культуры,
освоению
профессиональной
программы
компетентности
специализированной
и
подготовки
магистра в области системного анализа, поступающих в магистратуру.
Лица, желающие освоить программу специализированной подготовки
магистра,
должны
иметь
высшее
профессиональное
образование
определенной ступени, подтвержденное документом государственного
образца.
Лица, имеющие диплом бакалавра по направлению 220400.62
Управление в технических системах, зачисляются на специализированную
магистерскую подготовку на конкурсной основе. Условия конкурсного
отбора определяются вузом на основе государственного образовательного
стандарта высшего профессионального образования бакалавра по данному
направлению. Вступительные испытания проводятся в форме устного
экзамена.
Лица, желающие освоить программу специализированной подготовки
магистра по данному направлению и имеющие высшее профессиональное
образование, профиль которого не указан выше, допускаются к конкурсу по
результатам сдачи вступительных испытаний: комплексный вступительный
экзамен
по
дисциплинам:
Теория
автоматического
управления,
Программирование и основы алгоритмизации, Вычислительные машины,
системы и сети, Моделирование систем, необходимым для освоения
программы подготовки магистра и предусмотренным государственным
образовательным
стандартом
подготовки
бакалавра
по
данному
направлению.
Магистр
по
направлению
подготовки
220400
Управление
в
технических системах готовится к следующим видам профессиональной
деятельности:
проектно-конструкторская деятельность:
 анализ состояния научно-технической проблемы путем подбора,
изучения и анализа литературных и патентных источников в области
автоматизации и управления;
 определение цели, постановка задач проектирования, подготовка
технических заданий на выполнение проектных работ;
 проектирование средств и систем автоматизации и управления с
использованием
современных
пакетов
прикладного
программного
обеспечения автоматизированного проектирования;
 разработка проектно-конструкторской документации в соответствии
с нормативными требованиями;
проектно-технологическая деятельность:
 разработка
технологической
документации
на
проектируемые
аппаратные и программные средства автоматизации и управления с
использованием автоматизированных систем технологической подготовки
производства;
 обеспечение технологичности изделий и процессов их изготовления,
оценка экономической эффективности технологических процессов;
 тестирование
и
отладка
аппаратно-программных
средств
и
комплексов систем автоматизации и управления;
 авторское
сопровождение
разрабатываемых
аппаратных
и
программных средств автоматизации и управления на этапах проектирования
и производства;
научно-исследовательская деятельность:
 разработка рабочих планов и программ проведения научных
исследований
и
технических
разработок,
подготовка
заданий
для
исполнителей;
 сбор, обработка, анализ и систематизация научно-технической
информации, выбор методик и средств решения задач по теме исследования;
 разработка математических моделей процессов и объектов систем
автоматизации и управления;
 разработка технического, информационного и алгоритмического
обеспечения проектируемых систем автоматизации и управления;
 проведение
моделирования
натурных
объектов
и
исследований
процессов
и
управления
компьютерного
с
применением
современных математических методов, технических и программных средств;
 разработка
моделирования,
методик
и
идентификации
аппаратно-программных
и
технического
средств
диагностирования
динамических объектов различной физической природы;
 подготовка по результатам выполненных исследований научнотехнических отчетов, обзоров, публикаций, научных докладов, заявок на
изобретения и других материалов;
организационно-управленческая деятельность:
 организация работы коллективов исполнителей;
 поддержка единого информационного пространства планирования и
управления предприятием на всех этапах жизненного цикла производимой
продукции;
 участие в проведении технико-экономического и функциональностоимостного анализа рыночной эффективности создаваемого продукта;
 подготовка документации для создания и развития системы
менеджмента качества предприятия;
 разработка планов и программ инновационной деятельности на
предприятии;
научно-педагогическая деятельность:
 работа в качестве преподавателя средних специальных или высших
учебных заведений по учебным дисциплинам предметной области данного
направления
под
руководством
профессора,
доцента
или
старшего
преподавателя;
 участие
в
разработке
учебно-методических
материалов
для
студентов по дисциплинам предметной области данного направления;
 участие в модернизации или разработке новых лабораторных
практикумов по дисциплинам профессионального цикла.
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ
Оценка «отлично» выставляется студентам, которые
– обнаруживают всестороннее систематическое и глубокое знание
программного материала;
– демонстрируют знание современной учебной и научной литературы;
– способны творчески применять знания теории к решению задач
профессионального характера;
– владеют понятийным аппаратом;
– демонстрируют способность к анализу и сопоставлению различных
подходов к решению заявленной в билете проблематики.
Оценка «хорошо» выставляется студентам, которые
– обнаруживают знание программного материала;
– усвоили основную и наиболее важную дополнительную
литературу;
– способны применять знание теории к решению задач
профессионального характера;
– допускают отдельные погрешности и неточности при ответе.
Оценка «удовлетворительно» выставляется студентам, которые
– обнаруживают знания основного программного материала в
объеме, необходимом для предстоящей работы по профессии;
– в целом усвоили основную литературу;
– способны применять знание теории к решению задач
профессионального характера;
– допускают существенные погрешности в ответе на вопросы
экзаменационного билета и при выполнении практических
заданий.
Оценка «неудовлетворительно» выставляется студентам, которые
– обнаруживают значительные пробелы в знаниях основного
программного материала;
– допускают принципиальные ошибки в ответе на вопросы
экзаменационного билета;
– демонстрируют незнание теории и практики дисциплины.
Содержание программы
В программу вступительного экзамена входит следующие дисциплины:
Теория автоматического управления
1. основные понятия теории управления;
2. классификация систем управления (СУ);
3. поведение объектов и СУ;
4. информация и принципы управления;
5. примеры
СУ
техническими,
экономическими
и
организационными объектами;
6. задачи теории управления;
7. линейные непрерывные модели и характеристики СУ;
8. модели
вход-выход:
дифференциальные
уравнения,
передаточные функции, временные и частотные характеристики;
9. модели
вход-состояние-выход;
преобразования
форм
представления моделей;
10.анализ основных свойств линейных СУ:
11.устойчивости, инвариантности, чувствительности, управляемости
и наблюдаемости;
12.качество переходных процессов в линейных СУ;
13.задачи и методы синтеза линейных СУ;
14.линейные дискретные модели СУ: основные понятия об
импульсных СУ, классификация дискретных СУ;
15.анализ и синтез дискретных СУ; нелинейные модели СУ; анализ
равновесных режимов;
16.методы линеаризации нелинейных моделей; анализ поведения
СУ на фазовой плоскости;
17.устойчивость положений равновесия: первый и второй методы
Ляпунова,
частотный
устойчивости;
метод
исследования
абсолютной
исследование периодических режимов методом
гармонического баланса; линейные стохастические модели СУ:
модели и характеристики случайных сигналов;
18.прохождение случайных сигналов через линейные звенья; анализ
и синтез линейных стохастических систем при стационарных
случайных воздействиях.
19.Робастные системы
Программирование и основы алгоритмизации:
1. основные виды, этапы проектирования и жизненный цикл
программных продуктов;
2. синтаксис
и
семантика
алгоритмического
языка
программирования (на примере языков С/С++, Pascal);
3. структурное и модульное программирование;
4. типизация и структуризация программных данных;
5. статические и динамические данные;
6. сложные структуры данных (списки, деревья, сети);
7. потоки ввода-вывода; файлы;
8. проектирование программных алгоритмов (основные принципы и
подходы);
9. классы алгоритмов;
10.методы частных целей, подъемы ветвей и границ, эвристика;
11.рекурсия и итерация; сортировка и поиск; методы и средства
объектно-ориентированного программирования;
12.стандарты на разработку прикладных программных средств;
13.документирование, сопровождение и эксплуатация программных
средств.
Вычислительные машины, системы и сети:
1. принципы построения вычислительных машин (ВМ), модели
вычислений,
многоуровневая
организация
вычислительных
процессов, аппаратные и программные средства, классификация,
назначение;
2. понятия
о
функциональной,
структурной
организации
и
архитектуре ВМ; основные характеристики ВМ, методы оценки;
3. влияние
технологии
производства
интегральных
схем
на
архитектуру и характеристики, классификация ВМ,
4. система
памяти,
средства
реализации,
иерархическая
организация, характеристики, архитектурные методы повышения
производительности, процессоры, устройства;
5. организация
управления,
адресация,
система
команд,
производительность процессора, методы оценки, архитектурные
способы
повышения
микропроцессоры,
производительности,
тенденции
развития;
современные
микроконтроллеры,
тенденции развития;
6. типы
и
основные
принципы
построения
периферийных
устройств, организация ввода-вывода, прерывания, персональные
компьютеры;
7. принцип
открытой
архитектуры,
шины,
влияние
на
производительность, системный контроллер и контроллер шин,
организация
внутримашинных
обменов,
особенности
организации рабочих станций и серверов, многомашинные
комплексы,
8. стандартные
интерфейсы
для
связи
компьютеров,
многопроцессорные системы, оценки производительности,
9. телекоммуникации и компьютерные сети, влияние сетевых
технологий на архитектуру компьютеров,
10.индустриальные
системы,
унификация,
комплексирование
информационных и управляющих систем.
Моделирование систем:
1. классификация моделей и виды моделирования;
2. примеры моделей систем;
3. основные положения теории подобия;
4. этапы математического моделирования; принципы построения и
основные требования к математическим моделям систем;
5. цели и задачи исследования математических моделей систем;
6. общая схема разработки математических моделей;
7. формализация процесса функционирования системы;
8. понятие агрегативной модели;
9. формы представления математических моделей;
10.методы
исследования
математических
моделей
систем
и
процессов, имитационное моделирование;
11.методы упрощения математических моделей;
12.технические и программные средства моделирования.
Вопросы для проведения устного экзамена по направлению
подготовки 220400.68
1. Особенности СРП.
Отличие систем с распределенными параметрами от систем с
сосредоточенными параметрами. Математическое описание распределенных
объектов (систем).
2. Методы решения уравнений в частных производных.
Численные методы решений явными методами.
3. Линейные модели распределенных объектов.
Описание
распределенных
объектов
линейной
системой
дифференциальных уравнений в частных производной с выводом граничных
условий.
4. Описание
распределенных
объектов
дифференциальными
уравнениями.
Использование уравнений математической физики для описания
тепловых, гидродинамических, магнитных и других объектов управления.
5. Описание распределенных объектов на основе импульсных
переходных функций.
Описание распределенных объектов с использованием функции Грина.
6. Модальное представление распределенных объектов.
Разложение
решения
системы
дифференциальных
уравнений
по
собственным вектор-функциям операторов объекта. Представление входных
воздействий на систему в виде ряда Фурье по пространственной координате.
7. Представление распределенных объектов в частотной области.
Амплитудные и фазовые частотные характеристики распределенных
объектов при каждой моде входного воздействия.
8. Пространственно–инвариантные системы.
Свойства пространственно-инвариантных объектов и систем. Свойство
пространственной совместимости.
9. Экспериментальное
определение
частотных
характеристик
нагревательной камеры.
Подача входных воздействий представленных в виде ряда Фурье по пространственной координате в зависимости от круговой частоты и определение
параметров функции выхода при изменении частоты.
10. Пространственно-неинвариантные системы
Общие сведения о системах, не относящихся к классу пространственноинварианых. Пространственно-субинвариантные системы.
11. Устойчивость систем с распределенными параметрами.
Критерий устойчивости Найквиста для распределенных систем.
12. Анализ устойчивости по дисперсионным соотношениям
Использование дисперсионных соотношений для анализа устойчивости
системы по каждой пространственной моде входного воздействия, а так же
оценка устойчивости разомкнутых распределенных систем.
13. Особенности
применения
критерия
пространственно-инвариантным системам.
Найквиста
к
Исследования
устойчивости
показывают,
Найквиста
что
необходимо,
для
применимости
чтобы
передаточные
критерия
функции
объектов управления обладали мераморфностью и свойством фильтрации.
14. Критерий
устойчивости
Найквиста
для
пространственно-
инвариантных систем со скалярным входным воздействием.
Введение обобщенной координаты для критерия Найквиста с целью
исследования пространственного годографа
15. Распределенные звенья и блоки.
Пространственно-усилительное звено, пространственно-интегрирующее
звено,
пространственно-дифференцирующее
звено,
пространственно-
изодромное звено, пространственно-форсирующее звено.
16. Пространственно-усилительное звено.
Характеристики звена, передаточная функция, частотные поверхности
звена.
17. Пространственно-дифференциирующее звено.
Характеристики звена, передаточная функция, частотные поверхности
звена.
18. Пространственное пропорционально-интегрирующее звено.
Характеристики звена, передаточная функция, частотные поверхности
звена.
19. Распределенный высокоточный регулятор (РВР).
Характеристики
регулятора,
передаточная
функция,
частотные
поверхности звена.
20. Техническая реализация распределенных звеньев
Реализация распределенных систем автоматического управления с
использованием
операционных
усилителей
и
с
использованием
микропроцессорной техники.
21. Распределенный регулятор прямого действия.
Описание регулятора прямого действия, способ его синтеза и его
реализация на практике.
22. Упрощенная
математическая
модель
распределенного
регулятора прямого действия.
Математическая модель регулятора прямого действия и ее основные
параметры.
23. Частотный
метод
синтеза
регуляторов
для
систем
с
распределенными параметрами.
Графическая интерпретация критерия устойчивости Найквиста для
распределенных систем
24. Синтез
распределенных
систем
управления
с
векторным
входным воздействием.
Представление входного воздействия на распределенный объект в виде
вектора, определение частотных характеристик объекта и синтез регулятора с
использованием критерия устойчивости Найквиста.
25. Общие замечания к синтезу систем, не принадлежащих к классу
пространственно-инвариантных.
Представление распределенных объектов в виде многомерных систем и
построение спектров Гершгорина. Определение принадлежности объекта
(системы)
к
классу
преобразователей
пространственно-субинвариантных,
(компенсаторов)
приводящих
систему
построение
к
классу
пространственно-инвариантных, синтез системы управления частотными
методами синтеза СРП.
26.Синтез системы управления камерой по вытяжке световодов.
Описание объекта управления на физическом уровне. Математическая
модель. Определение частотных характеристик. Синтез регулятора. Анализ
замкнутой системы.
Рекомендуемая литература:
1. Коробко В.И. Теория управления: учеб. пособие/ В. И. Коробко - М.:
ЮНИТИ-ДАНА, 2009.
2. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления: научное
издание/ В.А. Бесекерский, Е.П. Попов - СПб.: "Профессия", 2003.
3. Советов Б.Я. Моделирование систем. Практикум: учеб. пособие для
вузов/ Б.Я. Советов, С.А. Яковлев - М.: Высшая школа, 2005.
4. Васильков
Ю.В.
Компьютерные
технологии
вычислений
в
математическом моделировании: учеб. пособие/ Ю. В. Васильков, Н. Н.
Василькова - М.: Финансы и статистика, 2004.
5. Колесов Ю.Б. Моделирование систем. Динамические и гибридные
системы: учеб. пособие/ Ю. Б. Колесов, Ю. Б. Сениченков- СПб.: БХВПетербург, 2006.
6. Клюев А.С. Автоматическое управление линейными системами:
учебное пособие/ А.С. Клюев, Е.А. Кочетков, А.Е. Кочетков- М.:
Фирма "Испо-Сервис", 2003.
7. Востриков А.С. Теория автоматического регулирования: учеб. пособие
для вузов/ А.С. Востриков, Г.А. Французова - М.: Высшая школа, 2004.
8. Пантелеев А.В. Теория управления в примерах и задачах: Учеб.
пособие/ А.В. Пантелеев, А.С. Бортаковский- М.: Высшая школа, 2003.