Введение

Курс «Моделирование и идентификация объектов управления (МИОУ)» является обязательным предметом для студентов высших учебных заведений и включается в учебные планы в качестве общепрофессиональной дисциплины.

Целью преподавания дисциплины является разработка математической модели и реализация процесса идентификации автоматизируемого технологического процесса (ТП), а основной задачей - построение модели по результатам наблюдений, которая являлась одной из основных задач теории автоматического управления.

Задачи преподавания дисциплины. В процессе обучения студенты должны получить

• знания:

• принципов системного подхода;

• основных методов и алгоритмов;

• особенностей исследований непрерывных и дискретных технических систем и объектов управления;

• основных положений автоматизации как научных, так и промышленные исследований в задачах идентификации и моделирования технических систем,

• умения:

• ориентироваться и обоснованно применять методы и алгоритмы;

• проводить исследования и обрабатывать результаты с целью получение математических моделей в рамках процесса проектирования и построение систем управления объектами различной физической природы;

• навыки:

• решения творческих, исследовательских и производственных задач на основе самостоятельности освоения и проработки технического задания на разработку;

• изучения литературы;

• применение вычислительной техники для реализации разрабатываемых или осваиваемых алгоритмов.

Общие указания к выполнению лабораторных работ и правила техники безопасности

Лабораторные работы предусмотрены учебным планом при изучении курса «Моделирование и идентификация объектов управления». В процессе выполнения лабораторных работ от студента требуется: закрепить теоретический материал курса, получить практические навыки в разработке математических моделей объектов управления, овладеть техникой проведения экспериментального исследования на виртуальной установке, а также приобрести навыки в оценки и интерпретации результатов эксперимента.

Работы носят исследовательский характер и выполняются каждым студентом индивидуально с использованием комплекса программ, реализующих виртуальные лабораторные установки и расчетов с применением персональных компьютеров.

Варианты исходных данных для каждого студента генерируются на основе номера зачетной книжки.

При выполнении практикума студенты используют виртуальный лабораторный комплекс «Моделирование и идентификация объектов управления» (см. приложение Б) разработанный на кафедре «Автоматизация, телекоммуникация и управление» ЮКГУ [22]. Комплекс выполнен как интерактивная система на языке программирования Delphi и представляет собой программный диалоговый комплекс позволяющий обеспечить выполнение работ №1-5.

Использование этого программного комплекса позволяет проводить эксперимент и снимать статические и динамические характеристики виртуального технологического объекта (индивидуально для каждого студента); знакомиться с теоретическими основами изучаемого метода; изучать методику проведения эксперимента и обработки его результатов; проверять результаты расчетов, выполненных вручную и др. На основание полученных расчетных данных студент выполняет расчеты вручную с использованием изучаемой методики и персонального компьютера. Программный комплекс содержит подробную справочную систему.

Ниже приведены описания лабораторных работ, посвященных современным методам идентификации динамических объектов. В лабораторных работах описываются непараметрические и параметрические методы идентификации и их реализация в среде MATLAB [19-20]. Рассматриваются как средства встроенного пакета System Identification Toolbox, так и алгоритмы, реализация которых возможна с применением любого языка высокого уровня. Кроме вопросов идентификации рассматриваются вопросы моделирования и анализа линейных систем в среде MATLAB.

Перед выполнением лабораторной работы студенты должны знать теоретическую часть данного раздела курса, чтобы отчетливо представлять цель и содержание выполняемой работы, должны быть знакомы с элементами техники безопасности и обязаны строго их выполнять.

В приведенных ниже методических указаниях для каждой работы приводятся порядок их выполнения, оформления и защиты.

После выполнения лабораторных работ, предусмотренных учебным планом, проводится зачет. Студенты, являясь на собеседование к преподавателю для получения зачета, должны представить все отчеты по лабораторным работам.

По каждой лабораторной работе студент должен:

• хорошо изучить теоретический и практический материал, по данным опыта.

• грамотно объяснить методику эксперимента и обработки его результатов и правила использования виртуальных лабораторных работ

• знать порядок проведения опыта.

• проанализировать все полученные результаты.

• сделать заключение и выводы по выполненной работе.

Задания. При расчетах и компьютерном моделировании студент использует индивидуальные исходные данные, генерируемые используемой программой для ПК на основе трех последних цифр номера зачетной книжки. Требуется введение шестизначного кода, первые три цифры кода произвольные цифры. Например если три последних цифры номера зачетной книжки 764, то вводится код 111764. По результатам работы необходимо оформить и защитить отчет.

Отчет по практикуму выполняется каждым студентом индивидуально в соответствии с дополнительно выдаваемым шаблоном. теоретических сведений и результатов, полученных из опыта.

Отчеты по выполненной лабораторной работе представляются преподавателю на следующем занятии. Студенты, не представившие отчетов по выполненным работам и не подготовившиеся к очередному занятию, к выполнению следующей работы не допускаются.

Общие правила к оформлению работ. Содержание отчета:

• общий для всех работ титульный лист;

• наименование лабораторной работы, ее цель, постановку задачи исследования;

• краткое изложение теоретических основ;

• структурную схему объекта;

• описание хода эксперимента;

• таблицу экспериментальных данных;

• таблицы и графики, иллюстрирующие обработку экспериментальных данных, конечные формулы аппроксимирующих зависимостей, значения погрешности аппроксимации и т.п.

• выводы.

Контроль выполнения лабораторных работ. Преподаватель должен контролировать все этапы работ. Результатом этого является еженедельное проставление баллов в соответствии с графиком рейтинг-контроля студента. Перед допуском к выполнению очередной работы студент сдает допуск, при этом преподаватель делает опрос студента по вопросам:

• цель работы и постановка проблемы;

• теоретические основы;

• ход эксперимента;

• методика ручных расчетов;

• выводы о полученных результатах.

По завершении работы студент оформляет отчет и защищает полученные результаты.

Правила техники безопасности и охраны труда. Особых требований по технике безопасности при выполнении лабораторного практикума не предъявляется. Необходимо строго выполнять требования инструкций по технике безопасности, вывешенные в компьютерном классе. При возникновении затруднений при работе персонального компьютера студент обращается к преподавателю и дежурному оператору компьютерного класса.