Утверждаю - Омский государственный университет путей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
(ОмГУПС (ОмИИТ))
СОГЛАСОВАНО
Директор института (декан факультета)
___________________
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по научной работе
и инновациям
_______________
подпись
(И.О.Ф.)
«_____»______________ 2012 г.
____________ ______________________
___________________
«_____»______________ 2012 г.
____________ ______________________
подпись
_______________
подпись
(И.О.Ф.)
подпись
подпись
_______________
подпись
«_____»______________ 2014 г.
подпись
(И.О.Ф.)
«_____»______________ 2015 г.
___________________
(И.О.Ф.)
«_____»______________ 2015 г.
____________ ______________________
_______________
подпись
(И.О.Ф.)
«_____»______________ 2014 г.
____________ ______________________
(И.О.Ф.)
___________________
(И.О.Ф.)
«_____»______________ 2013 г.
____________ ______________________
«_____»______________ 2013 г.
___________________
(И.О.Ф.)
подпись
(И.О.Ф.)
«_____»______________ 2016 г.
_______________
подпись
(И.О.Ф.)
«_____»______________ 2016 г.
Кафедра
Радиотехнические и управляющие системы (РУС)
(название кафедры)
Автор
Когут Алексей Тарасович, зав. кафедрой РУС, д.т.н., доцент
(ф.и.о. - полностью, должность, ученая степень, ученое звание)
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Моделирование и идентификация объектов и систем железнодорожного транспорта
(название дисциплины)
Специальность научных работников:
05.13.01 – «Системный анализ, управление и обработка информации
(на транспорте)»
(шифр, наименование специальности)
Квалификация (степень): кандидат технических наук
Форма обучения:
очная
Одобрена на заседании методической комиссии института (факультета)
«___» _________ 2012 г.
Протокол №__
«___» _________ 2013 г.
Протокол №__
«___» _________ 2014 г.
Протокол №__
«___» _________ 2015 г.
Протокол №__
«___» _________ 2016 г.
Протокол №__
Одобрена на заседании кафедры
«___» _________ 2012 г.
«___» _________ 2013 г.
«___» _________ 2014 г.
«___» _________ 2015 г.
«___» _________ 2016 г.
Протокол №__
Протокол №__
Протокол №__
Протокол №__
Протокол №__
Омск 2012 г.
1
1.
ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Целями освоения учебной дисциплины «Моделирование и идентификация объектов и систем железнодорожного транспорта» являются углубленное изучение теоретических и методологических основ моделирования систем, методов идентификации и подготовка к сдаче кандидатского экзамена.
2.
МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ОСНОВНОЙ
ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ
ПОСЛЕВУЗОВСКОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Учебная дисциплина «Моделирование и идентификация объектов и систем железнодорожного транспорта» относится к циклу «Специальные дисциплины отрасли науки и
научной специальности».
3.
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1.
Общая трудоемкость дисциплины составляет:
3.2.
4
зачетных единицы,
144
часа.
Виды и объемы учебной работы по дисциплине, два семестра,
продолжительность семестров – по 15 недель
Количество часов
Вид учебной работы
1
Аудиторные занятия (всего):
Семестры
Всего по
учебному
плану
1
2
3
2
4
22
В том числе:
Лекции (лек)
10
Лабораторные работы (лаб)
–
Практические, семинарские занятия (прк)
12
Контроль самостоятельной работы по реферату (кср)
–
Самостоятельная работа (ср) (всего):
122
122
В том числе:
Реферат
45
Проработка лекционного материала, подготовка к
практическим занятиям
77
Промежуточная аттестация (зачет)
–
ОБЩАЯ трудоемкость
дисциплины:
Часов:
144
144
Зач. ед.:
4
4
2
Разделы учебной дисциплины
3.3.1. Введение в
идентификацию динамиче1 ских систем
2
2
5
6
7
8
Моделирование динамических систем.
Аналитические, алгоритмические и имитационные модели. Средства программирования имитационных моделей.
Особенности моделей железнодорожного транспорта. Модель движения управ- 2
ляемой системы. Модели дискретного
управления. Модели информационноизмерительных устройств. Виды моделей устройств железнодорожной автоматики, телемеханики, связи.
Задачи оценки параметров математической модели систем. Детерминистический и экспериментальностатистические подходы. Определение
идентификации. Уровни идентификации: структурная и параметрическая.
Структурная схема. Цели и критерии
идентификации в условиях помех.
Квадратические функционалы. Остаточная дисперсия.
2
3.3.2. Методы
структур3
ной идентификации
Определение математических моделей
динамических систем «вход-выход».
Уравнение Винера-Хопфа во временной
и частотной областях. Весовая функция
и амплитудно-фазовая частотная характеристика.
3.3.3. Методы пара4
метрической идентификации
Задача и классификация методов параметрической идентификации. Примене2
ние методов математической статистики
и теории оценивания. Методы
наименьших квадратов и максимального правдоподобия. Регрессионный анализ. Определение оценок регрессионных коэффициентов. Значимость оценок
и адекватность модели.
Применение регрессионного анализа к
задаче параметрической идентификации
динамических систем.
5
2
9 10
7
9
7
9
7
2
Всего
4
кср
3
ср
2
прк
1
Краткое содержание раздела
лаб
Номер недели
Раздел
учебной
дисциплины
Виды учебной деятельности, включая самостоятельную работу
Форма
аспирантов и трудоем- итоговой
кость (в часах)
аттестации
лек
Номер семестра
3.3.
11
Содержание учебной дисциплины
входит в
вопросы к
кандидатскому экзамену по
9
специальности
7
9
7
9
3
1
2
3
4
5
6
Методы параметрической идентификации динамических моделей в пространстве состояний (определение и основные формы моделей). Линейные динамические модели одно- и многомерных
систем. Идентифицируемость и наблюдаемость систем.
2
7
Идентификация и восстановление координат ненаблюдаемых объектов.
Наблюдатели в линейных динамических
системах.
8
Задача совместного оценивания параметров и состояний ненаблюдаемой нелинейной динамической системы. Метод квазилинеаризации. Методы функций чувствительности и псевдочувствительности.
10
11
7
8
9 10
7
9
7
9
7
9
2
7
9
2
7
9
2
7
9
2
2
Оптимизационный подход к задаче параметрической идентификации динамических систем. Применение методов
прикладной математики. Построение
вычислительных схем.
9
6
12 Работа над
рефератом
13
11
11
11
11
14
11
11
15
12
12
11
Практические занятия
3.4.
Номер
семестра
Номер
недели
Раздел учебной
дисциплины
Наименование лабораторной работы / практического занятия
Всего
часов
1
2
3
4
5
2
5
2
7
9
10
11
Введение в идентификацию
Получение математических моделей объектов железнодорожной автоматики, телемеханики, связи.
2
Методы параметрической идентификации
Оценивание параметров и адекватности регрессионной модели динамических систем
2
Исследование наблюдателей линейных динамических систем
2
Применение метода численной оптимизации
для параметрической идентификации объектов железнодорожного транспорта
2
2
2
4
3.5.
Примерная тематика рефератов
3.5.1. Экстремальные системы с определением производной.
3.5.2. Экстремальные системы с моделирующим поисковым сигналом.
3.5.3. Синхронное детектирование в многомерных экстремальных системах машиностроения.
3.5.4. Применение численных методов при поиске экстремума в многомерных системах.
3.5.5. Методы структурной идентификации нелинейных динамических объектов. Ряды
Вольтерра и Гаммерштейна.
3.5.6. Математические модели в пространстве состояний.
3.5.7. Совместное оценивание параметров и состояний динамических объектов.
3.5.8. Метод чувствительности.
3.5.9. Метод квазилинеаризации первого порядка.
3.5.10. Метод псевдочувствительности.
3.5.11. Наблюдатели в динамических системах объектов машиностроения.
3.5.12. Адаптивные системы с идентификацией параметров методом чувствительности.
3.5.13. Адаптивные системы с идентификацией параметров методом квазилинеаризации.
3.5.14. Адаптивные системы с наблюдателями переменных состояния.
3.5.15. Адаптивные системы с прямым оптимальным управлением на примере объектов
машиностроения.
3.6.
Список вопросов к кандидатскому экзамену
3.6.1. Идентификация динамических систем в условиях помех. Определения, цели, критерии. Уровни идентификации. Особенности моделей железнодорожного транспорта.
3.6.2. Структурная идентификация линейных объектов. Уравнения Винера-Хопфа во
временной и частотной областях.
3.6.3. Структурная идентификация нелинейных объектов. Применение рядов Вольтерра и
Гамерштейна.
3.6.4. Задача и классификация методов параметрической идентификации. Применение
математических моделей в пространстве состояний.
3.6.5. Линейные динамические модели одно- и многомерных систем в пространстве состояний. Идентифицируемость и наблюдаемость систем.
3.6.6. Идентификация и определение координат в ненаблюдаемых системах. Наблюдатели в динамических системах.
3.6.7. Параметрическая идентификация динамических объектов методами функций чувствительности и псевдочувствительности.
3.6.8. Параметрическая идентификация динамических объектов методами квазилинеаризации.
3.6.9. Оптимизационный подход к задачам параметрической идентификации. Применение численных процедур оптимизации.
5
4.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1.
Основная литература
Используется
при изучении
разделов
(из п. 3.3)
Семестр
№
п/п
Наименование,
кол-во экземпляров
в библиотеке
1
Теория систем автоматического управления.
20 экз.
Бесекерский В.А.,
Попов Е. П.
СПб, Профессия, 2003
3.3.1
2
2
Теория автоматического регулирования.
4 экз.
Востриков А. С.
М.: Высшая
школа, 2004
3.3.1
2
3
Теория автоматического управления. 15 экз.
Ротач В. Я.
М.: Изд-во
МЭИ, 2007
3.3.1
2
Алексеев А. А.,
Кораблев Ю. А.,
Шестопалов М.Ю.
М.: Академия,
2009
3.3.2
2
М.: Изд-во
МГТУ им. Баумана, 2004
3.3.2, 3.3.3
2
Используется
при изучении
разделов
(из п. 3.3)
Семестр
5
6
4
5
4.2.
Идентификация и диагностика систем. 9 экз.
Автор(ы)
Методы классической
и современной теории
автоматического
управления. Т. 2. Статистическая динамика
и идентификация систем автоматического
управления. 2 экз.
Место издания,
издательство,
год
Дополнительная литература
№
п/п
Наименование,
кол-во экземпляров
в библиотеке
Автор(ы)
Место издания,
издательство,
год
1
2
3
4
1
Нестационарные системы автоматического
управления. Анализ,
синтез и оптимизация.
1 экз.
М.: Изд-во
МГТУ им. Баумана, 2007
3.3.2
2
2
Методы робастного,
нейро-нечеткого и
адаптивного управления. 1 экз.
М.: Изд-во
МГТУ им. Баумана, 2002
3.3.2
2
6
1
2
3
Матричные методы
расчета и проектирования сложных систем
автоматического
управления для инженеров. 1 экз.
4
Нестационарные системы автоматического
управления: анализ,
синтез и оптимизация.
1 экз.
5
Численные методы.
Решение задач и
упражнения. 5 экз.
6
3
5
6
М.: Изд-во
МГТУ им. Баумана, 2007
3.3.2
2
М.: Изд-во
МГТУ им. Баумана, 2007
3.3.1
2
Бахвалов Н. С.,
Корнев А. А.,
Чижонков Е. В.
М.: Дрофа, 2009
3.3.3
2
Методы оптимизации в
теории управления.
1 экз.
Черноруцкий И. Г.
СПб, Питер,
2004
3.3.3
2
7
Теория автоматического управления. Линейные системы. 2 экз.
Мирошник И. В.
СПб, Питер,
2005
3.3.1
2
8
Методы оптимизации.
Основы теории, задачи, обучающие компьютерные программы. 1 экз.
Струченков В. И.
М.: Экзамен,
2005
3.3.3
2
9
Математическая теория конструирования
систем управления.
2 экз.
Афанасьев В. Н.,
Колмановский
В.Б., Носов В.Р.
М.: Высшая
школа, 2003
3.3.2
2
Пупков К. А.
4
4.3.
Периодические издания
4.3.1.
4.3.2.
4.3.3.
4.3.4.
4.3.5.
Автоматика и телемеханика.
Приборы и системы: управление, контроль, диагностика.
Теория и системы управления.
Современные технологии в автоматизации.
Мехатроника, автоматизация, управления.
4.4.
Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
4.4.1. «ProQuest Dissertations & Theses: The Sciences and engineering Collection» (в актуаль
ном состоянии).
4.4.2. Журналы изд-ва Emerald Group Publishing Limited (2008-2009).
4.4.3. IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics Institute of Electrical and Electronics Engineers 1077-260X.
7
5.
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОЙ
ДИСЦИПЛИНЫ
5.1.
Требования к аудиториям (лабораториям, помещениям, кабинетам)
для проведения занятий с указанием соответствующего оснащения
Аудитория должна быть оснащена достаточным количеством посадочных мест для
аспирантов, столами, стульями, классной доской. Для проведения практических занятий
необходимы рабочие места с персональными компьютерами для каждого аспиранта и
АРМ преподавателя. Таким требованиям соответствует аудитория 467, оснащенная терминальным сервером, 20 терминальными клиентами и АРМом преподавателя.
5.2.
Требования к программному обеспечению, используемому при
изучении учебной дисциплины
Программное обеспечение, используемое при изучении дисциплины:
– базовое программное обеспечение (MS Windows XP; MS Office XP, 2007);
– пакет математического моделирования MATLAB 7 Classroom Concurent All Platform Licenses (R2008b);
– программа для математических расчетов MathCAD 14 University Classroom Perpetual.
Автор рабочей программы:
Зав. кафедрой «Радиотехнические
и управляющие системы»,
научный руководитель аспирантуры,
доктор техн. наук, доцент
А. Т. Когут
8
6.
ИЗМЕНЕНИЯ, ВНЕСЕННЫЕ В РАБОЧУЮ ПРОГРАММУ:
В 2013 г.
Содержание изменений
Автор – ___________________________ _______________________________________
Должность, уч. степень, уч. звание
Подпись, дата, И. О. Ф.
В 2014 г.
Содержание изменений
Автор – ___________________________ _______________________________________
Должность, уч. степень, уч. звание
Подпись, дата, И. О. Ф.
В 2015 г.
Содержание изменений
Автор – ___________________________ _______________________________________
Должность, уч. степень, уч. звание
Подпись, дата, И. О. Ф.
В 2016 г.
Содержание изменений
Автор – ___________________________ _______________________________________
Должность, уч. степень, уч. звание
Подпись, дата, И. О. Ф.
9