Моделювання та оптимізація систем керування
Спеціальність: Комп'ютерно-інтегровані системи керування виробництвами
Код дисципліни: 7.151.02.O.003
Кількість кредитів: 6.00
Кафедра: Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології
Лектор: Онисик Стефан Богданович, старший викладач
Семестр: 1 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Формування та розвиток компетентностей:
Загальних:
Здатність розв’язувати складні задачі і проблеми під час професійної діяльності у галузі автоматизації та приладобудування, або у процесі навчання, що передбачає застосування теорій та методів галузі, проведення досліджень та/або здійснення інновацій та характеризується комплексністю та невизначеністю умов.
Здатність проведення досліджень на відповідному рівні.
Здатність генерувати нові ідеї (креативність).
Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу.
Фахових:
Здатність застосовувати методи моделювання та оптимізації для дослідження та підвищення ефективності систем і процесів керування складними технологічними та організаційно-технічними об’єктами.
Здатність використовувати поглиблені знання спеціального математичного інструментарію для моделювання та ідентифікації процесів, обладнання, засобів і систем автоматизації, контролю, діагностики, випробування та керування складними організаційно-технічними об’єктами та системами з використанням сучасних технологій проведення наукових досліджень.
Здатність застосовувати проблемно-орієнтовані методи аналізу, синтезу та оптимізації систем автоматизації, процесів управління виробництвом у наукових дослідженнях.
Результати навчання: Результати навчання відповідно до освітньої програми, методи навчання і викладання, методи оцінювання результатів навчання.
У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
- знання і розуміння математичних принципів, необхідних для розв’язування інженерних задач та виконання досліджень в галузі автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій;
- знання і розуміння фізичних, хімічних законів та явищ, що лежать в основі технологічних процесів спеціалізації;
- володіння принципами та методами оптимізації об’єктів та систем керування ними;
- професійно-профільовані знання для синтезу, проектування та налагодження систем керування на основі мікропроцесорних засобів із врахуванням властивостей об’єктів керування;
- знання методів моделювання, виконання експериментів при проведенні наукових досліджень.
У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі програмні результати навчання:
- уміти застосовувати сучасні методи моделювання та оптимізації для дослідження та створення ефективних систем автоматизації складними технологічними та організаційно- технічними об’єктами
- уміти застосувати спеціалізований математичний інструментарій для математичного моделювання та ідентифікації систем автоматизації складними організаційно-технічними об’єктами та системами.
- уміти застосовувати методи аналізу, синтезу та оптимізації систем автоматизації, управління виробництвом, життєвим циклом продукції та її якістю у наукових дослідженнях.
Методи навчання і викладання
Лекції – репродуктивні та проблемно-пошукові методи.
Практичні заняття - частково-пошуковий метод.
Лабораторні роботи – дослідницький метод.
Самостійна робота – репродуктивний та дослідницький методи.
Методи оцінювання рівня досягнення результатів навчання
Поточний та екзаменаційний контроль.
Поточний контроль –за оцінками виконання лабораторних робіт, усного опитування та активності.
Екзаменаційний контроль – за результатами письмової та усної складових.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Пререквізити:
- Вища математика ч.1, 2, 3;
- Моделювання об’єктів керування;
- Теорія автоматичного керування;
- Ідентифікація та моделювання технологічних об'єктів.
Короткий зміст навчальної програми: Навчальна дисципліна за своїм змістом охоплює найбільш поширені та закладені у сучасному прикладному програмному забезпеченні методи оптимізації. Розглядаються приклади постановок задач оптимізації та їх вирішення (теоретичні аналітичні методи оптимізації та методи пошуку екстремуму).
Опис: Опис навчальної дисципліни (назви тем).
1. Вступ до оптимізації (постановки задач параметричної оптимізаціїї . Класичні методи оптимізації. Умови застосування. Функції MATLAB. Критерії в задачах параметричної оптимізаціїї . Постановки задач синтезу систем оптимального керування. Критерії в задачах оптимального керування).
2. Методи безумовної однопараметричної оптимізації.
Методи вирішення задач оптимізаціїї класичним методами.
Методи пошуку екстремуму. Алгоритми пошуку екстремуму на реальних обєктах та їхніх моделях.
3. Методи безумовної багатопараметричної оптимізації.
Методи вирішення задач оптимізаціїї класичним методами.
Методи пошуку екстремуму. Алгоритми пошуку екстремуму на реальних обєктах та їхніх моделях.
4. Нелінійна оптимізація при наявності обмежень на параметри оптимізації.
Класичні методи умовної оптимізації (нелінійне програмування)
Методи пошуку екстремуму в задачах з обмеженнями
5. Синтез систем оптимального керування.
Керованість, відновлюваність та спостережуваність систем. Задачі синтезу детермінованого лінійного оптимального регулятора та їх аналітичний розв'язок.
Методи та критерії оцінювання: - поточний контроль (письмові звіти з лабораторних робіт, усне опитування), 30 %;
- екзамен (письмово-усна форма), 70%.
Критерії оцінювання результатів навчання: Рівень знань здобувача вищої освіти здійснюється за результатами екзаменаційного та поточного контролю.
На екзаменаційний контроль виносяться теоретичні питання та завдання, що потребують вміння застосування отриманих знань для визначення властивостей та характеристик динамічних систем.
Поточний контроль здійснюється методом фронтального контролю знань під час лекційних і практичних занять та за якістю виконання лабораторних робіт.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Онисик С.Б. Моделювання об’єктів керування: навч. посібник/C. Онисик – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2019. -288 с.
2.. Пістун Є.П. Основи автоматики та автоматизації: навч. посіб./ Є. Пістун, І. Стасюк. – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2014. – 336 с.
3. Стенцель Й.І. Математичне моделювання технологічних об'єктів керування: навч. посібник. – К.: Видавництво КПІ, 1993. -328 с.
4. G. V. Reklaitis, A. Ravindran, Ken M. Ragsdell, Engineering Optimization: Methods and Applications, 2nd Edition, 2006;
5. Kvakernaak X., Sivan R. Linear optimal control systems. - Moscow: Publishing house “Science”, 1977;
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).
Моделювання та оптимізація систем керування (курсовий проєкт)
Спеціальність: Комп'ютерно-інтегровані системи керування виробництвами
Код дисципліни: 7.151.02.O.006
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології
Лектор: Онисик Стефан Богданович, старший викладач
Семестр: 1 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Формування та розвиток компетентностей:
Загальних:
Здатність розв’язувати складні задачі і проблеми під час професійної діяльності у галузі автоматизації та приладобудування, або у процесі навчання, що передбачає застосування теорій та методів галузі, проведення досліджень та/або здійснення інновацій та характеризується комплексністю та невизначеністю умов.
Здатність проведення досліджень на відповідному рівні.
Здатність генерувати нові ідеї (креативність).
Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу.
Фахових:
Здатність застосовувати методи моделювання та оптимізації для дослідження та підвищення ефективності систем і процесів керування складними технологічними та організаційно-технічними об’єктами.
Здатність використовувати поглиблені знання спеціального математичного інструментарію для моделювання та ідентифікації процесів, обладнання, засобів і систем автоматизації, контролю, діагностики, випробування та керування складними організаційно-технічними об’єктами та системами з використанням сучасних технологій проведення наукових досліджень.
Здатність застосовувати проблемно-орієнтовані методи аналізу, синтезу та оптимізації систем автоматизації, процесів управління виробництвом у наукових дослідженнях.
Результати навчання: Результати навчання відповідно до освітньої програми, методи навчання і викладання, методи оцінювання результатів навчання.
У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
- знання і розуміння математичних принципів, необхідних для розв’язування інженерних задач та виконання досліджень в галузі автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій;
- знання і розуміння фізичних, хімічних законів та явищ, що лежать в основі технологічних процесів спеціалізації;
- володіння принципами та методами оптимізації об’єктів та систем керування ними;
- професійно-профільовані знання для синтезу, проектування та налагодження систем керування на основі мікропроцесорних засобів із врахуванням властивостей об’єктів керування;
- знання методів моделювання, виконання експериментів при проведенні наукових досліджень.
У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі програмні результати навчання:
- уміти застосовувати сучасні методи моделювання та оптимізації для дослідження та створення ефективних систем автоматизації складними технологічними та організаційно- технічними об’єктами
- уміти застосувати спеціалізований математичний інструментарій для математичного моделювання та ідентифікації систем автоматизації складними організаційно-технічними об’єктами та системами.
- уміти застосовувати методи аналізу, синтезу та оптимізації систем автоматизації, управління виробництвом, життєвим циклом продукції та її якістю у наукових дослідженнях.
Методи навчання і викладання
Лекції – репродуктивні та проблемно-пошукові методи.
Практичні заняття - частково-пошуковий метод.
Лабораторні роботи – дослідницький метод.
Самостійна робота – репродуктивний та дослідницький методи.
Методи оцінювання рівня досягнення результатів навчання
Поточний та екзаменаційний контроль.
Поточний контроль –за оцінками виконання лабораторних робіт, усного опитування та активності.
Екзаменаційний контроль – за результатами письмової та усної складових.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Пререквізити:
- Вища математика ч.1, 2, 3;
- Моделювання об’єктів керування;
- Теорія автоматичного керування;
- Ідентифікація та моделювання технологічних об'єктів.
Короткий зміст навчальної програми: Навчальна дисципліна за своїм змістом охоплює найбільш поширені та закладені у сучасному прикладному програмному забезпеченні методи оптимізації. Розглядаються приклади постановок задач оптимізації та їх вирішення (теоретичні аналітичні методи оптимізації та методи пошуку екстремуму).
Опис: Опис навчальної дисципліни (назви тем).
1. Вступ до оптимізації (постановки задач параметричної оптимізаціїї . Класичні методи оптимізації. Умови застосування. Функції MATLAB. Критерії в задачах параметричної оптимізаціїї . Постановки задач синтезу систем оптимального керування. Критерії в задачах оптимального керування).
2. Методи безумовної однопараметричної оптимізації.
Методи вирішення задач оптимізаціїї класичним методами.
Методи пошуку екстремуму. Алгоритми пошуку екстремуму на реальних обєктах та їхніх моделях.
3. Методи безумовної багатопараметричної оптимізації.
Методи вирішення задач оптимізаціїї класичним методами.
Методи пошуку екстремуму. Алгоритми пошуку екстремуму на реальних обєктах та їхніх моделях.
4. Нелінійна оптимізація при наявності обмежень на параметри оптимізації.
Класичні методи умовної оптимізації (нелінійне програмування)
Методи пошуку екстремуму в задачах з обмеженнями
5. Синтез систем оптимального керування.
Керованість, відновлюваність та спостережуваність систем. Задачі синтезу детермінованого лінійного оптимального регулятора та їх аналітичний розв'язок.
Методи та критерії оцінювання: - поточний контроль (письмові звіти з лабораторних робіт, усне опитування), 30 %;
- екзамен (письмово-усна форма), 70%.
Критерії оцінювання результатів навчання: Рівень знань здобувача вищої освіти здійснюється за результатами екзаменаційного та поточного контролю.
На екзаменаційний контроль виносяться теоретичні питання та завдання, що потребують вміння застосування отриманих знань для визначення властивостей та характеристик динамічних систем.
Поточний контроль здійснюється методом фронтального контролю знань під час лекційних і практичних занять та за якістю виконання лабораторних робіт.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Онисик С.Б. Моделювання об’єктів керування: навч. посібник/C. Онисик – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2019. -288 с.
2.. Пістун Є.П. Основи автоматики та автоматизації: навч. посіб./ Є. Пістун, І. Стасюк. – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2014. – 336 с.
3. Стенцель Й.І. Математичне моделювання технологічних об'єктів керування: навч. посібник. – К.: Видавництво КПІ, 1993. -328 с.
4. G. V. Reklaitis, A. Ravindran, Ken M. Ragsdell, Engineering Optimization: Methods and Applications, 2nd Edition, 2006;
5. Kvakernaak X., Sivan R. Linear optimal control systems. - Moscow: Publishing house “Science”, 1977;
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).