Рабочая программа учебной дисциплины «адаптивные и оптимальные системы управления»




Скачать 157.88 Kb.
НазваниеРабочая программа учебной дисциплины «адаптивные и оптимальные системы управления»
Дата публикации12.03.2014
Размер157.88 Kb.
ТипРабочая программа
shkolnie.ru > Физика > Рабочая программа
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ (ИПЭЭФ)

_______________________________________________________
Направление подготовки: 140100 Теплоэнергетика и теплотехника

Магистерская программа: Автоматизированные системы управления объектами

тепловых и атомных электрических станций

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

^ «АДАПТИВНЫЕ И ОПТИМАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ»



Цикл:

общенаучный / профессиональный




^ Часть цикла:

профессиональная /

вариативная




дисциплины по учебному плану:

М2.5; М2.13




^ Часов (всего) по учебному плану:

216




Трудоемкость в зачетных единицах:

5


1 семестр – 3;
1 семестр - 2


Лекции

36 час

1 семестры

Практические занятия

18 час

1 семестр

Лабораторные работы







^ Расчетные задания, рефераты







Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

144 час

1 семестр

Экзамены




1 семестр

Курсовые проекты (работы)

18 час

1 семестр



Москва - 2011

^ 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение основ современной теории оптимизации и оптимального управления технологическими процессами, методов описания систем в пространстве состояний и синтеза оптимальных алгоритмов во временной области.
^ По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

  • использовать на практике навыки и умения в организации научно-исследовательских и научно-производственных работ, в управлении коллективом, оценивать качество результатов деятельности (ОК-4);

  • проявлять инициативу, в том числе в ситуациях риска, брать на себя всю полноту ответственности за свои решения в рамках профессиональной компетенции, уметь разрешать проблемные ситуации (ОК-5);

  • самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, расширять и углублять свое научное мировоззрение, в том числе с помощью информационных технологий (ОК-6);

  • использовать углубленные теоретические и практические знания в области естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности (ПК-1), (ПК-2);

  • применять современные методы исследования, проводить технические испытания и (или) научные эксперименты, оценивать результаты выполненной работы (ПК-6);

  • формулировать задания на разработку проектных решений, связанных с модернизацией технологического оборудования, мероприятиями по улучшению эксплуатационных характеристик, повышению экологической безопасности, улучшению условий труда, экономии ресурсов (ПК-10);

  • использовать современные достижения науки и передовой технологии в научно-исследовательских работах, планировать и ставить задачи исследования, выбирать методы экспериментальной работы, интерпретировать и представлять результаты научных исследований, давать практические рекомендации по их внедрению в производство (ПК-22),(ПК-23);

  • осуществлять педагогическую деятельность в области профессиональной подготовки (ПК-32).



Задачами дисциплины являются

  • ознакомление с принципиальными отличиями современной теории оптимального управления теплотехническими объектами от классической теории;

  • освоение методов описания динамических систем в пространстве состояний;

  • изучение методов синтеза оптимальных алгоритмов управления во временной области;

  • изучение методов синтеза адаптивных систем регулирования.


^ 2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла (М.2.5) и вариативной части профессионального цикла (М.2.12) основной образовательной программы подготовки магистров по программе «Автоматизированные системы управления объектами тепловых и атомных электрических станций» направления 140100 Теплоэнергетика и теплотехника. Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Математика», «Теория автоматического управления».
Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы для изучения профилирующих дисциплин, а также для выполнения выпускной работы магистра по направлению «Теплоэнергетика и теплотехника».

^ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

  • правовые и этические нормы при оценке последствий своей профессиональной деятельности, при разработке и осуществлении социально значимых проектов

(ОК-7);

  • принципы и отличительные особенности современной теории оптимального управления;

  • методы математического описания динамических систем в пространстве состояний и решения матричных дифференциальных уравнений;

  • методы синтеза оптимальных алгоритмов управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях (ПК-21);

  • методы организации процедур адаптации;

Уметь:

  • обучаться новым методам исследования, быть готовым к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности в процессе изменения социальных условий деятельности (ОК-2);

  • приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение, в том числе с помощью информационных технологий (ОК-6);

  • разрабатывать эскизные, технические и рабочие проекты объектов и систем теплоэнергетики, теплотехники и теплотехнологии с использованием средств автоматизации проектирования, передового опыта их разработки (ПК-12);

  • применять методы современной теории оптимального управления в прикладных задачах управления технологическими объектами;

  • анализировать информацию о новых методах и алгоритмах адаптивного и оптимального управления;

  • свободно пользоваться русским и иностранным языками как средством делового общения, обладать способностью к активной социальной мобильности

(ОК-3);

Владеть:

  • методологическими основами научного познания и творчества, представлять роль научной информации в развитии науки (ОК-8);

  • современными достижения науки и передовой технологии в расчетно-проектной, проектно-конструкторской, производственно-технологической, научно-исследо-вательской и педагогической деятельности (ПК-22);

  • современными математическими методами синтеза систем управления;

  • техникой применения математических пакетов для имитационного моделирования оптимальных и адаптивных систем управления.

^ 4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 216 часов.



п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)


лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Введение в теорию оптимального управления

4

1

2







2

Тест: сравнительный анализ ТАУ и ТОУ

2

Описание систем в пространстве состояний

22

1

6

6




10

Тесты, контрольная работа

3

Статическая оптимизация

10

1

2

4




4

Контрольная работа

4

Вариационные методы динамической оптимизации

20

1

8

4




8

Тест: методы безусловной и условной оптимизации

5

Принцип максимума Понтрягина в задачах оптимального управления

16

1

6







10

Тест: принцип максимума

6

Метод динамического программирования в задачах управления

14

1

6

2




6

Тест: методы динамического программирования в задачах оптимизации

7

Беспоисковые системы адаптации

8

1

2







6

Тест: адаптация по модели объекта

8

Поисковые системы адаптации

12

1

4

2




6

Тест: поисковые методы адаптации




Зачет

2

1










2

Защита расчета




Экзамен

36

1










36

устный/письмен.




Итого:

144




36

18





90




^ 4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

1 семестр

  1. Введение в теорию оптимального управления

Введение в теорию оптимизации и оптимального управления. Статическая и динамическая оптимизация. Основные отличительные особенности теории оптимального управления. Постановка задачи оптимального управления. Критерии оптимальности. Методы описания и решения. Виды ограничений.

^ 2. Описание систем в пространстве состояний

Описание систем в пространстве состояний. Формы переменных состояния: нормальная, каноническая, простых множителей. Методы решения систем дифференциальных уравнений. Переходная матрица состояний. Определение переходной матрицы с помощью теоремы Кели-Гамильтона, преобразования подобия и преобразования Лапласа. Передаточные матрицы переменных состояния. Сопряженные уравнения. Управляемость и наблюдаемость линейных стационарных систем. Теоремы Калмана об управляемости и наблюдаемости.

^ 3. Статическая оптимизация

Статическая оптимизация. Методы поиска безусловного экстремума критерия оптимальности. Необходимые и достаточные условия минимума. Критерий Сильвестра. Методы условной оптимизации при наличии автономных ограничений-неравенств и ограничений типа связей. Многокритериальная оптимизация. Множество Парето. Схемы компромиссов.

^ 4. Вариационные методы динамической оптимизации

Динамическая оптимизация. Вариационный метод безусловной оптимизации. Необходимые и достаточные условия минимума функционала. Уравнение Эйлера. Условия трансверсальности. Условия Лежандра слабого локального минимума и Вейерштрасса сильного локального минимума. Обобщение задачи безусловной оптимизации на случай многих переменных. Вариационный метод условной оптимизации с автономными ограничениями и ограничениями в виде алгебраических, дифференциальных и интегральных связей. Уравнения Эйлера-Лагранжа.

Применение методов вариационного исчисления к задачам оптимального управления. Линейное оптимальное управление. Условия слабого и сильного локального минимума. Задача Майера управления конечным состоянием. Оптимальное управление с обобщенным показателем качества. Задача Больца.

^ 5. Принцип максимума Понтрягина в задачах оптимального управления

Принцип максимума Понтрягина в задачах оптимального управления. Функция Гамильтона. Необходимые условия оптимальности в форме Понтрягина. Максимальные по быстродействию системы управления. Определение стратегии и алгоритма оптимального управления. Влияние возмущений и неточности задания параметров объекта на качество и устойчивость систем максимального быстродействия. Системы с минимальным расходом топлива.

^ 6. Метод динамического программирования в задачах управления

Метод динамического программирования в задачах управления. Принцип оптимальности. Функция минимальной ошибки. Функциональное и дифференциальное уравнения Беллмана. Уравнение Гамильтона-Якоби. Уравнение управления. Синтез оптимальных алгоритмов управления методом динамического программирования. Взаимосвязь уравнений Эйлера-Лагранжа, Понтрягина и Гамильтона-Якоби-Беллмана. Матричное уравнение Риккати линейного оптимального управления и его решение. Применение метода динамического программирования к задачам Майера и Больца.

^ 7. Беспоисковые системы адаптации

Неполнота априорной информации о математических моделях объектов, нестабильность характеристик объектов управления.

Адаптивные системы управления с моделью объекта. Беспоисковые системы адаптации с эталонной моделью объекта. Анализ работоспособности методов адаптации с моделью объекта, оцениваемой по данным нормальной эксплуатации.
^ 8. Поисковые системы адаптации

Поисковые системы адаптации по прямым показателям качества. Статистическая оценка сходимости поисковых алгоритмов параметрической оптимизации.

Поисковые системы адаптации с прогнозирующей моделью объекта. Косвенные неэкстремальные критерии оптимальности. Поисковая процедура определения оптимальных параметров настройки регуляторов по косвенным неэкстремальным критериям.

Поисковые методы адаптации по переходным характеристикам системы регулирования. Формализованные и экспертные алгоритмы. Поисковые методы адаптации по частотным характеристикам системы, уточняемым в процессе поиска. Статистическая обработка результатов шагов адаптации.

Поисковые автоколебательные алгоритмы адаптации.

Адаптация сложных структур систем регулирования.

Требования к техническим средствам для реализации адаптивных систем регулирования. Реализация современных систем управления на цифровой микропроцессорной технике.

^ 4.2.2. Практические занятия

Темы практических занятий:

1. Описание систем в пространстве состояний.

2. Методы решения систем дифференциальных уравнений.

3. Методы статической оптимизации.

4. Вариационные методы динамической оптимизации.

5. Принцип максимума Понтрягина в задачах оптимального управления.

6. Динамическое программирование в задачах оптимального управления.

^ 4.3. Лабораторные работы

Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.
4.4. Расчетные задания

Расчетные задания учебным планом не предусмотрены.
^ 4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Применение методов вариационного исчисления и принципа максимума Понтрягина к задаче синтеза системы максимального быстродействия одного из теплотехнических параметров оборудования ТЭС, АЭС или промышленной котельни. Исследование качества работы системы при отклонении условий от расчетных. Сравнительный анализ систем с оптимальным по времени регулятором и ПИД регулятором.

^ 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся с использованием презентаций. Презентации лекций содержат определения, структурные схемы систем управлении, графики, примеры решения задач в среде Mathcad.

При выполнении курсовой работы используются электронные методические пособия, размещенные на официальном сайте кафедры АСУ ТП, и математический пакет Mathcad.

^ Самостоятельная работа включает углубленное освоение теоретического материала, подготовку к тестам и контрольным работам, выполнение курсовой работы и подготовку к ее защите, подготовку к зачету и экзамену.
^ 6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются контрольные работы, устный опрос, презентация реферата, защита расчетного задания.

Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется из условия: 0,2(среднеарифметическая оценка за контрольные и тесты) + 0,3оценка за расчетное задание + 0,5оценка на экзамене.)

В приложение к диплому вносится оценка за 1 семестр

^ 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Аракелян Э.К., Пикина Г.А. Оптимизация и оптимальное управление: учебное пособие. М.: Издательский дом МЭИ. 2008. 410 с.

2. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами: учебник для вузов. М.: Издательский дом МЭИ. 2007. 400 с.

3. Пикина Г.А. Задачи по оптимизации и оптимальному управлению. М.: Изд-во МЭИ, 1998. 84 с.

б) дополнительная литература:

1. Сю Д., Мейер А.. Современная теория автоматического управления и ее применение. М.: Машиностроение. 1972. С. 339496.

2. Спиди К., Браун Р., Гудвин Дж. Теория управления. М.: Мир. 1973. С. 153247.

3. Автоматизация настройки систем управления / В.Я.Ротач, В.Ф. Кузищин, А.С. Клюев и др. / Под ред. В.Я. Ротача. М.: Энергоатомиздат. 1984. 272 с.

4. Фельдбаум А.А. Основы теории оптимальных автоматических систем. М.: Наука. 1966. 623 с.

5. Пикина Г.А. Описание систем в пространстве состояний. М.: Изд-во МЭИ. 1994. 29 с.
^ 7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

официальный сайт кафедры АСУ ТП http://www.asutp-mpei.ru/

http://mas.exponenta.ru/about/
^ 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов и компьютерного класса.

Программа «Адаптивные и оптимальные системы управления» составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки магистров 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» и магистерской программы «Автоматизированные системы управления объектами тепловых и атомных электрических станций» .

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

д.т.н., профессор ПИКИНА Г.А.
«УТВЕРЖДАЮ»:

Зав. кафедрой

автоматизированных систем

управления тепловыми

процессами МЭИ (ТУ)

д.т.н., профессор АНДРЮШИН А.В.

Похожие:

Рабочая программа учебной дисциплины «адаптивные и оптимальные системы управления» iconРабочая программа учебной дисциплины «Теория управления переходными режимами ээс»
Целью дисциплины является изучение управления переходными режимами электроэнергетической системы, технических способов и средств...
Рабочая программа учебной дисциплины «адаптивные и оптимальные системы управления» iconРабочая программа учебной дисциплины «автоматизированные системы...
Магистерская программа: Автоматизированные системы управления теплотехническими объектами промышленных предприятий
Рабочая программа учебной дисциплины «адаптивные и оптимальные системы управления» iconПрограмма подготовки: Электрические аппараты управления и распределения...
Для магистерской программы «Электрические аппараты управления и распределения энергии»
Рабочая программа учебной дисциплины «адаптивные и оптимальные системы управления» iconРабочая программа учебной дисциплины теория электросвязи для специальностей...
Рабочая программа учебной дисциплины разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее – фгос)...
Рабочая программа учебной дисциплины «адаптивные и оптимальные системы управления» iconРабочая программа учебной дисциплины послевузовского профессионального образования
Целью учебной дисциплины является овладение студентами способами эффективного управления собой, формирование мотивации личного и...
Рабочая программа учебной дисциплины «адаптивные и оптимальные системы управления» iconРабочая программа учебной дисциплины «информационные системы в мехатронике и робототехнике»
...
Рабочая программа учебной дисциплины «адаптивные и оптимальные системы управления» iconПрограмма подготовки: Электрические аппараты управления и распределения...
Для магистерской программы «Электрические аппараты управления и распределения энергии»
Рабочая программа учебной дисциплины «адаптивные и оптимальные системы управления» iconРабочая программа учебной дисциплины физиология питания 20 г
Рабочая программа учебной дисциплины разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее – фгос)...
Рабочая программа учебной дисциплины «адаптивные и оптимальные системы управления» iconРабочая программа учебной дисциплины основы делопроизводства 2012 г
Рабочая программа учебной дисциплины разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее – фгос)...
Рабочая программа учебной дисциплины «адаптивные и оптимальные системы управления» iconРабочая программа учебной дисциплины теоретические основы социальной работы 2012 г
Рабочая программа учебной дисциплины является частью примерной основной профессиональной образовательной программы в соответствии...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
shkolnie.ru
Главная страница