Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева Институт информационных и телекоммуникационных технологий

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный технический университет
имени К.И.Сатпаева
Институт информационных и телекоммуникационных технологий
Кафедра автоматизации и управления
ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS)
(докторантура)
по дисциплине «Технология моделирования объектов автоматизации»
для специальности 6D070200 – «Автоматизация и управление»
Форма обучения:
Курс
Всего
Семестр
Лекций
Лабораторные занятия
Практические занятия
СРДП
СРД
дневная
1
3 кредита
2
15 часов
15 часов
15 часов
45 часов
225 часов
Алматы, 2012
Программа
дисциплины
«Технология
моделирования
объектов
автоматизации» составлена профессором кафедры А и У Ярмухамедовой
З.М. на основании ГОСО и рабочего учебного плана специальности
6D070200 – «Автоматизация и управление».
Рассмотрена на заседании кафедры «Автоматизация и управление».
Протокол № 1 от «29» сентября 2012 г.
Заведующий кафедрой
д.т.н., профессор Сулейменов Б.А.
Одобрена учебно-методическим советом института
телекоммуникаций
Протокол № ____ от «____» _________ 2012 г.
автоматики
и
Председатель
Сведения о преподавателях:
Ярмухамедова Зауреш Мукашевна, профессор кафедры А и У, к.т.н.,
Академик МАИН.
Офис: Кафедра «Автоматизация и управление»
Адрес: 480013, г. Алматы, ул Байтурсынова 140, каб. 419
Тел: 292-74-30
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1 Цель преподавания дисциплины
Цель дисциплины – дать целостное представление о методах синтеза и
анализа математических моделей технических и технологических объектов
автоматизации на современном этапе развития.
Задачи изучения дисциплины
Специалист должен знать:
- основные принципы построения математических моделей;
- современные методологии моделирования;
- этапы и стадии создания эффективного математического описания.
Специалист должен уметь:
- проводить анализ объекта моделирования и формализовать его
содержательное описание;
- осуществлять постановку и решение задачи синтеза и оптимизации
математической модели;
- разрабатывать алгоритмические модели и эффективно их реализовывать с
использованием современных средств вычислительной техники.
1.2 Пререквизиты дисциплины
Изложение материала опирается на дисциплины: «Математика», «Физика»,
«Химия», «Математические основы теории систем», «Методы оптимизации»,
«Программные средства моделирования систем (Matlab)», «Математическая
обработка результатов эксперимента», «Моделирование технологических
систем», «Адаптивные технологии идентификации».
1.3 Постреквизиты дисциплины
Учебный материал дисциплины используется при написании докторской
диссертации, в дальнейшей работе по специальности, при проведении
научно-исследовательских работ и в практической деятельности по
разработке компьютерных систем автоматизации.
2 СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ ДОКТОРАНТОВ
Рейтинг каждой дисциплины, которая включена в рабочий
специальности, оценивается по 100 % шкале.
Распределение рейтинговых % по видам контроля
Таблица 1
№ вариантов
Вид итогового контроля
Экзамен
Виды контроля
план
%
Итоговый контроль 100
Рубежный контроль 100
Текущий контроль
100
Сроки сдачи результатов текущего контроля определяются календарным
графиком учебного процесса по дисциплине (Таблица 2)
Календарный график сдачи всех видов контроля
по дисциплине «Технология моделирования объектов автоматизации»
Таблица 2
Недели
Недельное
кол-во
контроля
Виды
контроля
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
СР
1
СР
2
СР
3
СР
4
СР
5
КР
1
СР
6
СР
7
СР
8
СР
9
СР
10
КР
7
Р
Р
Виды контроля: СР – самостоятельная работа, Р – реферат,
КР – контрольная работа
Таблица 3
Оценка знаний докторантов
Оценка
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Буквенный
эквивалент
В процентах %
В баллах
А
АВ+
В
ВС+
С
СD+
D
F
95-100
90-94
85-89
80-84
75-79
70-74
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
4
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
1
2
3
4
Введение. Виды моделей и особенности их
применения
Традиционные
методы
построения
математических моделей технических и
технологических объектов
Детерминированный метод построения
математических моделей объектов на
микроуровне.
Построение математических моделей на
макроуровне
Практ-е
Лабор-е
Лекции
3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Таблица 4
3.1 Распределение часов по видам занятий
№
Наименование темы
Количество академических
п/п
часов
СРДП
СРД
2
6
30
2
6
30
2
6
2
6
30
2
5
2
6
30
5
6
7
8
Экспериментальные
математические
модели
Моделирование управляемых систем
Задача параметрической идентификации
Современные информационные технологии
моделирования
Всего (часов)
2
2
3
6
30
2
2
2
2
6
6
6
30
30
3
15
45
225
1
15
15
15
Таблица 4а 3.2 Содержание лекционных занятий
№ Наименование темы и содержание
п/п
1
2
1
2
3
4
5
6
7
8
Введение. Виды моделей и особенности их применения. Деление
математических моделей на классы.
Традиционные методы построения математических моделей
технических и технологических объектов. Детерминированный
(аналитический)
метод
синтеза
математических
моделей.
Экспериментальный
(статистический)
метод
построения
математических моделей.
Детерминированный метод построения математических моделей
объектов на микроуровне. Модели химических превращений на
микроуровне. Модели тепловых систем на микро уровне. Модели
механических систем на микроуровне.
Построение математических моделей на макроуровне. Модель
гидравлической и пневматической системы на макроуровне.
Моделирование электромеханических систем.
Экспериментальные математические модели. Особенности
экспериментальных моделей. Оценка параметров регрессионной
модели. Проверка адекватности и работоспособности регрессионной
модели.
Моделирование управляемых систем. Модели в переменных
«вход»-«выход». Модели в переменных состояния. Имитационное
моделирование.
Задача
параметрической
идентификации.
Оптимизация
параметров математической модели различными методами.
Современные информационные технологии моделирования.
Технология нечеткого моделирования. Нейросетевые модели.
Использование генетических алгоритмов для моделирования.
Таблица 4б
3.3 Содержание лабораторных занятий
№ Наименование темы и содержание
п/п
1
Моделирование тепловых систем на микроуровне.
В лабораторной работе необходимо провести моделирование
Кол-во
часов
2
2
3
4
5
6
7
процессов теплообмена и теплопередачи с помощью
интегрированной среды MATLAB и программы Simulink
Моделирование химических превращений гомогенных
объектов на микроуровне.
В лабораторной работе проводится моделирование заданного
преподавателем гомогенного объекта с помощью MATLAB и
Simulink.
Моделирование химических превращений гетерогенного
объекта на микроуровне.
В лабораторной работе проводится моделирование заданного
преподавателем гетерогенного объекта с помощью MATLAB
и Simulink
Моделирование гидравлических и пневматических систем на
макроуровне.
В лабораторной работе проводится моделирование движения
потоков жидкостей и газов.
Моделирование электрической системы.
В лабораторной работе согласно заданию преподавателя
проводится моделирование с помощью MATLAB и Simulink.
Моделирование системы управления.
В лабораторной работе проводится моделирование с
помощью MATLAB и Simulink
Моделирование
объекта
с
использованием
метода
регрессионного анализа.
В лабораторной работе для исследования используется пакет
программы SPSS.
Всего часов
Таблица 4в
3.4 Содержание практических занятий
№ Наименование темы и содержание
п/п
1
2
3
4
5
6
7
Разработка алгоритмической модели технологического
объекта.
Разработка алгоритмической модели технического объекта.
Оценка параметров экспериментальной математической
модели методом множественного корреляционного анализа.
Статистическая оценка параметров экспериментальной
математической модели.
Разработка моделирующего алгоритма для имитационной
модели комплекса технологических объектов.
Расчет оптимальных оценок параметров математической
модели методами случайного поиска.
Расчет оптимальных оценок параметров математической
модели градиентными методами.
2
2
3
2
2
3
15
Кол-во
часов
2
2
2
1
2
2
2
Решение
задачи
оптимизации
оценок
математической модели с учетом ограничений.
Всего часов
8
параметров
2
15
3.1 Самостоятельная работа докторанта
Перечень тем для самостоятельных работ под руководством
преподавателя (СРДП):
1. Приближенные математические модели технических объектов на
микроуровне.
2. Способы построения теоретических математических моделей на
макроуровне.
3. Моделирование механической системы при пространственном движении
твердых тел.
4. Моделирование нелинейных систем.
5. Качественный анализ математических моделей.
Перечень тем для самостоятельных работ (СРД):
1. Модели механических систем на микроуровне.
2. Динамическая модель технического объекта на макроуровне.
3. Моделирование механической системы при пространственном движении
твердых тел.
4. Постановка задачи построения управляющей модели нейронной сети.
5. Постановка задачи построения управляющей модели в нечеткой среде.
3.2График проведения занятий
Таблица 5
№ п/п Дата
1
2
3
4
5
6
7
8
1.
2.
Время
Наименование тем
Лекции
Введение. Виды моделей и особенности их
применения
Традиционные методы построения математических
моделей технических и технологических объектов
Детерминированный
метод
построения
математических моделей объектов на микроуровне.
Построение
математических
моделей
на
макроуровне
Экспериментальные математические модели
Моделирование управляемых систем
Задача параметрической идентификации
Современные
информационные
технологии
моделирования
Лабораторные занятия
Моделирование тепловых систем на микроуровне.
Моделирование
химических
превращений
гомогенных объектов на микроуровне.
3.
4.
5.
6.
7.
1
2
3
4
5
6
7
8
Моделирование
химических
превращений
гетерогенного объекта на микроуровне.
Моделирование гидравлических и пневматических
систем на макроуровне.
Моделирование электрической системы.
Моделирование системы управления.
Моделирование объекта с использованием метода
регрессионного анализа.
Практические занятия
Разработка
алгоритмической
модели
технологического объекта.
Разработка алгоритмической модели технического
объекта.
Оценка
параметров
экспериментальной
математической модели методом множественного
корреляционного анализа.
Статистическая
оценка
параметров
экспериментальной математической модели.
Разработка
моделирующего
алгоритма
для
имитационной модели комплекса технологических
объектов.
Расчет
оптимальных
оценок
параметров
математической модели методами случайного
поиска.
Расчет
оптимальных
оценок
параметров
математической модели градиентными методами.
Решение задачи оптимизации оценок параметров
математической модели с учетом ограничений.
4 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
4.1 Основная литература
1. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем –
Мн. Дизайн АРО, 2004
2. Кафаров В.В, Методы кибернетики в химии и химической технологии
– М.: Химия, 1985
3. Ярмухамедова З.М. Физико-химические основы и математические
модели типовых технологических процессов – Алматы: КазНТУ, 1999
4. Цымбал В.П. Математическое моделирование металлургических
процессов – М.: Металлургия, 1986
5. Васильков Ю.В. Василькова Н.Н. Компьютерные технологии
вычислений в математическом моделировании – М.: Финансы и
статистика, 2002
6. Ярмухамедова З.М. Идентификация и моделирование объектов и
систем. – Алматы: КазНТУ, 1999
7. Ярмухамедова
З.М.
Моделирование
химико-технологических
объектов – Алматы: КазНТУ, 2005
4.2 Дополнительная литература
1. Олссон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления
– СПб.: Невский диалект, 2001
2. Дьяконов
В.П.
Vissim+Mathcad+MATLAB.
Визуальное
математическое моделирование – М.: СОЛОН + Пресс, 2004
3. Дорф Р. Современные системы управления – М.: Лаборатория
Базовых Знаний, 2002
СОДЕРЖАНИЕ
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ ……..………………………………...3
1.1Цель преподавания дисциплины …………………………………………..3
1.2Задачи изучения дисциплины ………….…………………………………...3
1.3Пререквизиты дисциплины ….……………………………………………...3
1.4Постреквизиты дисциплины ……………………………………………….3
2 СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ ДОКТОРАНТОВ ……………………3
3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ………………………………………4
3.1Распределение часов по видам занятий …..………………………………...4
3.2Содержание лекционных занятий …………………………………………5
3.3Содержание лабораторных занятий ……….……………………………….6
3.4Содержание практических занятий …………………………………………6
3.5Самостоятельная работа докторанта …………………………………………
4 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ …..8