Моделювання та оптимізація систем керування
Спеціальність: Комп'ютерно-інтегровані системи керування виробництвами
Код дисципліни: 7.174.02.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:
Здатність застосовувати методи моделювання та оптимізації для дослідження та підвищення ефективності систем і процесів керування складними технологічними та організаційно-технічними об’єктами.
Здатність застосовувати спеціалізоване програмне забезпечення для розв’язання задач і проблем автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій.
Здатність застосовувати проблемно-орієнтовані методи аналізу, синтезу та оптимізації систем автоматизації виробництв та процесів управління технологічними комплексами.
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: Навчальна дисципліна за своїм змістом охоплює найбільш поширені методи оптимізації. У вступі розглядається понятійний апарат теорії оптимізації, приклади постановок задач оптимізації та їх класифікація. В наступних розділах розглядаються теоретичні аналітичні методи оптимізації та методи пошуку екстремуму для задач однопараметричної оптимізації, безумовної багатопараметричної оптимізації та оптимізації з обмеженнями на параметри оптимізації. Розглядаються межі застосування розглянутих методів.
Методи та критерії оцінювання: - поточний контроль (письмові звіти з лабораторних робіт, усне опитування), 30 %;
- екзамен (письмово-усна форма), 70%.
Критерії оцінювання результатів навчання: Письмова складова ЕК.
загальна оцінка письмової складової ЕК (65 балів) є сумою оцінок за виконання усіх завдань білету. Повнота та якість виконання завдань оцінюється в межах:
завдання 1. - 15 балів;
завдання 2. - 10 балів;
завдання 3. - 20 балів;
завдання 4. - 10 балів;
завдання 5. - 4 бали;
завдання 6. - 3 бали;
завдання 7. - 3 балів.
Усна складова ЕК.
Кількість балів виставляється за правильністю відповідей (верхня межа – 5 балів).
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 1Порядок та критерії виставляння балів та оцінок.
Результати навчання оцінюють за сумою балів екзаменаційного та поточного контролю межах 100 балів.
Критерій оцінювання екзаменаційного контролю - сума балів письмової та усної складової в межах 70 балів..
Загальна оцінка письмової складової є сумою оцінок за виконання усіх завдань екзаменаційного білету. Повнота та якість виконаних завдань оцінюється в межах 65 балів.
Кількість балів за усну складову екзамену встановлюють в межах 5 балів за правильністю відповідей на додаткові питання, які стосуються завдань білета.
Кількість балів за поточний контроль становить 30 балів.
Із них:
- 20 балів за якістю виконання лабораторних робіт;
- 10 балів за результатами поточного контролю.
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: 7.174.02.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: Підчас вивчення навчальної дисципліни студент повинен розвинути наступні програмні компетентності:
ІНТ (Інтегральна компетентність).
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 і вимог;
Загальні :
К1. Здатність проведення досліджень на відповідному рівні.
К2. Здатність генерувати нові ідеї (креативність).
К3. Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу.
Фахових:
К7. Здатність застосовувати методи моделювання та оптимізації для дослідження та підвищення ефективності систем і процесів керування складними технологічними та організаційно-технічними об’єктами.
К11. Здатність застосовувати спеціалізоване програмне забезпечення для розв’язання задач і проблем автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій.
Результати навчання: ПР03. Уміти застосовувати сучасні методи моделювання та оптимізації для дослідження та створення ефективних систем автоматизації складними технологічними та організаційно- технічними об’єктами.
ПР12. Застосовувати сучасні технології наукових досліджень, спеціалізований математичний інструментарій для математичного моделювання та ідентифікації систем автоматизації складними організаційно-технічними об’єктами та системами.
ПР13. Дотримуватись норм академічної доброчесноті, Групові та індивідуальні консультації щодо перевірки робіт на плагіат.
Автономія та відповідальність
АіВ1. Здатність самостійно приймати рішення.
АіВ3. Здатність відповідально ставитися до виконуваної роботи та досягнення поставленої мети із дотриманням вимог професійної етики.
АіВ4. Здатність розуміння засад охорони праці, екології, техніки безпеки та їх застосування.
Методи навчання і викладання
Групові та індивідуальні консультації.
Самостійна робота – репродуктивний та дослідницький методи.. Поточний контроль за виконанням розділів КП.
Методи оцінювання рівня досягнення результатів навчання
За результатами обгрунтованості прийнятих рішень та якості проектування підчас захисту курсового проекту.
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 зорієнтована на практичне застосування методів та алгоритмів оптимізації об’єктів та систем керування ними. Для виконання курсового проекту залучений теоретичний матеріал, викладений у лекційному курсі дисципліни, та сучасний комп’ютерний інструментарій для вирішення задач оптимізації шляхом моделювання. Курсовий проект охоплює побудову математичних моделей об’єктів за експериментальними даними, постановки задач ідентифікації моделей методами оптимізації, постановки задач оптимізації структури та параметрів систем керування об’єктів керування.
Опис: Структурна та параметрична ідентифікація об’єктів керування (ОК).
Вихідними даними для ідентифікації ОК є експериментальні криві розгону об’єкта з двома входами та одним виходом.
Параметричну ідентифікацію для вибраної структури виконати:
- засобами середовища MatLab, або засобами середовища MatLab/Simulink (модель критерію оптимізації задати в середовищі MatLab, а модель об’єкта – в середовищі Simulink, оптимізацію здійснити шляхом застосування однієї із функцій Optimization Toolbox;
- засобами середовища MatLab/Simulink/NCD (модель об’єкта керування задати в середовищі Simulink, оптимізацію здійснити шляхом застосування блоку NCD, а перевірку якісних показників ідентифікації – в середовищі MatLab).
Структурна та параметрична оптимізація системи керування.
Оптимізацію системи керування виконати в середовищі Simulink.
Методи та критерії оцінювання:
Захист курсового проекту на комісії
Критерії оцінювання результатів навчання: Діагностика знань здійснюється комісією за результатами обгрунтованості прийнятих рішень та якості проектування підчас захисту курсового проекту.
Максимальна оцінка 100 балів.
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).