Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

818

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
08.01.2021
Размер:
240.36 Кб
Скачать

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

Автоматизация и управление технологическими процессами и

производствами

Методические указания для самостоятельной работы аспирантов

по направлению подготовки 09.06.01 - Информатика и вычислительная техника

направленность программы Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)

Воронеж 2018

2

УДК 630*79:65.011.56+674.093:65.011.54/56

Стариков А. В. Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами [Электронный ресурс]: методические указания для самостоятельной работы аспирантов по направлению подготовки 09.06.01 Информатика и вычислительная техника; направленность программы Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям) / А.В. Стариков; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2018. – 10 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ

Рецензент: заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», доктор технических наук, профессор Афоничев Д.Н.

3

Введение

Учебный план подготовки аспирантов по направлению 09.06.01 Информатика и вычислительная техника; направленность программы 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (лесной комплекс) включают изучение дисциплины «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» в объёме 108 часов, из которых 36 часов отводится для лекционных занятий, 18 часов для практических занятий, 18 часов для самостоятельной работы студентов, 36 часов для подготовки к сдаче экзамена. Форма промежуточного контроля освоения дисциплины экзамен.

Рабочая программа дисциплины определяет в качестве основной цели получение аспирантами необходимого уровня знаний в области анализа и синтеза систем автоматизации и управления.

Для достижения данной цели в ходе изучения дисциплины решаются следующие задачи:

ознакомление с теорией функционирования основных систем автоматизации и управления;

изучение методов разработки систем автоматизации и управления;

усвоение принципов системного подхода при анализе и синтезе систем автоматизации и управления.

В результате освоения дисциплины «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» аспиранты должны:

знать особенности технических, производственных и организационных систем как объектов управления; классификацию АСУ; основные системы автоматизации и управления технологическими процессами и производствами ЛПК; методы анализа и синтеза систем автоматизации и управления;

уметь проводить оценку показателей качества систем автоматизации и управления; решать задачи оптимизации параметров систем автоматизации и управления; обеспечивать разработки систем автоматизации и управления на современном уровне;

владеть навыками расчета технико-экономических показателей систем автоматизации и управления; решения задач задачи оптимального управления и оперативно-календарного планирования.

4

1 Содержание учебной дисциплины

В соответствии с рабочей программой освоение дисциплины «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» предусматривает изучение следующих разделов (тем) и вопросов, входящих в их состав:

Раздел 1. Основы теории управления. Основные понятия теории управ-

ления: цели и принципы управления, динамические системы. Математическое описание объектов управления: пространство состояний, передаточные функции, структурные схемы. Основные задачи теории управления: стабилизация, слежение, программное управление, оптимальное управление, экстремальное регулирование. Классификация систем управления. Автоматические и автоматизированные системы управления (АСУ) технологическими процессами (ТП) и производствами. Основные подходы к анализу и синтезу автоматических и автоматизированных управляемых систем.

Структуры систем управления: разомкнутые системы, системы с обратной связью, комбинированные системы. Динамические и статические характеристики систем управления: переходная и весовая функции и их взаимосвязь, частотные характеристики. Типовые динамические звенья и их характеристики.

Понятие об устойчивости систем управления. Устойчивость по Ляпунову, асимптотическая, экспоненциальная устойчивость. Устойчивость по первому приближению. Функции Ляпунова. Теоремы об устойчивости и неустойчивости. Устойчивость линейных стационарных систем. Критерии Ляпунова, Льенара-Шипара, Гурвица, Михайлова. Устойчивость линейных нестационарных систем. Метод сравнения в теории устойчивости: леммы ГронуоллаБеллмана, Бихари, неравенство Чаплыгина. Устойчивость линейных систем с обратной связью: критерий Найквиста, большой коэффициент усиления.

Качество процессов управления в линейных динамических системах. Показатели качества переходных процессов. Методы оценки качества. Коррекция систем управления. Элементы теории реализации динамических систем. Консервативные динамические системы. Элементы теории бифуркации.

Основные виды нелинейностей в системах управления. Методы исследования поведения нелинейных систем. Автоколебания нелинейных систем, отображение Пуанкаре, функция последования, диаграмма Ламеррея. Орбитальная устойчивость. Теоремы об устойчивости предельных циклов: Андронова-Витта, Кенигса. Существование предельных циклов: теоремы Бендиксона, Дюлока.

5

Гладкие нелинейные динамические системы на плоскости: анализ управляемости, наблюдаемости, стабилизируемости и синтез обратной связи.

Раздел 2. Задачи и методы оптимизации. Постановка задач математиче-

ского программирования. Оптимизационный подход к проблемам управления технологическими процессами и производственными системами. Допустимое множество и целевая функция. Формы записи задач математического программирования. Классификация задач математического программирования.

Постановка задачи линейного программирования. Стандартная и каноническая формы записи. Допустимые множества и оптимальные решения задач линейного программирования. Выпуклые множества. Условия существования и свойства оптимальных решений задачи линейного программирования. Опорные решения системы линейных уравнений. Сведение задачи линейного программирования к дискретной оптимизации. Симплекс-метод.

Теория двойственности в линейном программировании. Двойственные задачи. Геометрическая интерпретация двойственных переменных. Зависимость оптимальных решений задачи линейного программирования от параметров.

Необходимые условия оптимальности в нелинейных задачах математического программирования. Локальный и глобальный экстремум. Необходимые условия безусловного экстремума дифференцируемых функций. Необходимые условия экстремума дифференцируемой функции на выпуклом множестве. Необходимые условия Куна-Таккера. Задачи об условном экстремуме и метод множителей Лагранжа.

Раздел 3. Задачи и методы принятия решений. Постановка задач при-

нятия решений. Классификация задач принятия решений. Этапы решения задач. Экспертные процедуры. Задачи оценивания. Алгоритм экспертизы. Методы получения экспертной информации. Шкалы измерений, методы экспертных измерений. Методы опроса экспертов, характеристики экспертов. Методы обработки экспертной информации, оценка компетентности экспертов, оценка согласованности мнений экспертов.

Методы многокритериальной оценки альтернатив. Классификация методов. Множества компромиссов и согласия, построение множеств. Функция полезности. Аксиоматические методы многокритериальной оценки. Прямые методы многокритериальной оценки альтернатив. Методы нормализации критериев. Характеристики приоритета критериев. Постулируемые принципы оптимальности (равномерности, справедливой уступки, главного критерия, лексикографический). Методы аппроксимации функции полезности. Деревья решений.

6

Методы компенсации. Методы порогов несравнимости. Диалоговые методы принятия решений.

Принятие решений в условиях неопределенности. Виды неопределенности. Статистические модели принятия решений. Методы глобального критерия. Критерии Байеса-Лапласа, Бернулли-Лапласа, Вальда, Сэвиджа, Гурвица, Ход- жеса-Лемана и др.

Нечеткие множества. Основные определения и операции над нечеткими множествами. Нечеткое моделирование. Задачи математического программирования при нечетких исходных условиях. Постановки задач на основе различных принципов оптимальности. Нечеткие отношения, операции над отношениями, свойства отношений. Принятие решений при нечетком отношении предпочтений на множестве альтернатив. Принятие решений при нескольких отношениях предпочтения.

Свойства сложных систем. Основные принципы системного подхода к оценке состояния и управлению сложными системами. Слабоструктурированные задачи управления, методы и системы принятия управленческих решений. Интеллектуальные управляющие системы. Нечеткое адаптивное управление. Методы синтеза САУ с нечеткими регуляторами. Принцип двухканальной инвариантности. Многокритериальные задачи управления.

Раздел 4. Программное и информационное обеспечение АСУ. Органи-

зация программного обеспечения АСУ. Технологии структурного и объектив- но-ориентированного программирования. Конструирование абстрактных типов данных. Инкапсуляция данных и методов их обработки в классах объектов. Иерархия классов. Базовые и производные классы. Простое и множественное наследование. Перегрузка методов и операций обработки данных в классах объектов. Абстрактные классы. Полиморфная обработка данных. Виртуальные интерфейсы.

Модели данных. Реляционная модель данных. Сетевая модель данных. Иерархическая модель данных. Взаимосвязи между объектами и атрибутами.

Системы управления базами данных. Особенности управления распределенными базами данных и системы управления распределенными базами данных. Стандарты на обмен данными между подсистемами АСУ.

Раздел 5. Инструментальное обеспечение АСУ. Теоретические основы,

средства и методы промышленной технологии создания АСУТП, АСУП, АСТПП. Модели и методы идентификации производственных процессов, комплексов и интегрированных систем управления.

7

Методы совместного проектирования организационно-технологических распределенных комплексов и систем управления ими. Формализованные методы анализа, синтеза, исследования и оптимизации модульных структур систем сбора и обработки данных в АСУТП, АСУП, АСТПП.

Методы эффективной организации и ведения специализированного информационного и программного обеспечения АСУТП, АСУП, АСТПП, включая базы и банки данных и методы их оптимизации. Методы синтеза специального математического обеспечения, пакетов прикладных программ и типовых модулей, функциональных и обеспечивающих подсистем АСУТП, АСУП, АСТПП.

Теоретические основы и прикладные методы анализа и повышения эффективности, надежности и живучести АСУ на этапах их разработки, внедрения и эксплуатации. Теоретические основы, методы и алгоритмы диагностирования (определения работоспособности, поиск неисправностей и прогнозирования) АСУТП, АСУП, АСТПП.

Теоретические основы, методы и алгоритмы интеллектуализации решения прикладных задач при построении АСУ широкого назначения (АСУТП, АСУП, АСТПП). Теоретические основы, методы и алгоритмы построения экспертных и диалоговых подсистем, включенных в АСУТП, АСУП, АСТПП.

Раздел 6. Автоматизация и управление технологическими процесса-

ми ЛПК. Автоматизация производств лесного хозяйства: заготовки и сушки лесных семян, выращивания посадочного материала в закрытом грунте.

Автоматизация лесозаготовительных производств: мобильные лесные машины, лесоскладские работы, первичная обработка древесины.

Автоматизация лесопильных производств: системы автоматики лесопильного оборудования, подъемно-транспортных механизмов.

Системы автоматизации деревообрабатывающих станков. Системы автоматики оборудования производства фанеры. Системы автоматики оборудования производства древесных плит. Системы автоматики оборудования производства мебели.

3 Учебно-методическое обеспечение дисциплины Основная литература

1. Петровский, В. С. Теория автоматического управления [Текст] : учеб. пособие / В. С. Петровский. – Воронеж: ВГЛТА, 2010. – 247 с.

8

2.Петровский, В. С. Управление в автоматизированном производстве (лесопромышленный комплекс) [Текст] : учебник / В. С. Петровский. – Воронеж: ВГЛТА, 2013. – 448 с. – Электронная версия в ЭБС ВГЛТУ.

3.Петровский, В. С. Автоматизация технологических процессов и производств лесопромышленного комплекса. [Текст] : учебник /В. С. Петровский.

М. : Академия, 2013. – 416 с.

4.Петровский, В. С. Автоматизация технологических процессов и производств в деревообрабатывающей отрасли. [Текст] : учебник / В. С. Петровский, А. Д. Данилов. – Воронеж : ВГЛТА, 2010. – 432 с. – Электронная версия в ЭБС ВГЛТУ; ЭБС «Лань».

Дополнительная литература

1. Петровский, В. С. Моделирование систем [Текст] : учеб. пособие / В. С. Петровский. – Воронеж : ВГЛТА, 2010. – 371 с.

Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной

сети «Интернет»

Для освоения дисциплины необходимы следующие ресурсы информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»:

1.http://window.edu.ru – портал «Единое окно доступа к образовательным ресурсам».

2.http://www.asutp.ru – сайт «Средства и системы компьютерной автоматизации».

3.http://www.automatization.ru – сайт «Современные технологии промышленной автоматизации».

4.http://195.98.72.241:8080/ – сайт научной библиотеки ВГЛТУ.

5.Издательство «Лань» [Электронный ресурс] : Электронная библиотечная система. – Режим доступа: http://e.lanbook.com/. – Загл. с экрана.

6.КонсультантПлюс онлайн – Некоммерческая интернет-версия системы Консультант-Плюс. – Режим доступа: http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi ?req=doc;base=LAW;n=133350.

4 Темы самостоятельной работы

Самостоятельная работа аспирантов по ряду разделов дисциплины предполагает анализ информации, необходимой для качественного выполнения практических работ, оформление отчётов о выполненных практических работах, подготовку к их защите.

9

5Вопросы промежуточного контроля (экзамена)

1.Основные понятия теории управления: цели и принципы управления, динамические системы.

2.Математическое описание объектов управления: пространство состояний, передаточные функции, структурные схемы.

3.Основные задачи теории управления: стабилизация, слежение, программное управление, оптимальное управление, экстремальное регулирование.

4.Классификация систем управления. Автоматические и автоматизированные системы управления (АСУ) технологическими процессами (ТП) и производствами.

5.Основные подходы к анализу и синтезу автоматических и автоматизированных управляемых систем.

6.Структуры систем управления: разомкнутые системы, системы с обратной связью, комбинированные системы.

7.Динамические и статические характеристики систем управления: переходная и весовая функции и их взаимосвязь, частотные характеристики.

8.Типовые динамические звенья и их характеристики.

9.Понятие об устойчивости систем управления. Устойчивость по Ляпунову, асимптотическая, экспоненциальная устойчивость.

10.Устойчивость по первому приближению. Функции Ляпунова. Теоремы об устойчивости и неустойчивости.

11.Устойчивость линейных стационарных систем. Критерии Ляпунова, Льенара-Шипара, Гурвица, Михайлова.

12.Устойчивость линейных нестационарных систем. Метод сравнения в теории устойчивости: леммы Гронуолла-Беллмана, Бихари, неравенство Чаплыгина.

13.Устойчивость линейных систем с обратной связью: критерий Найквиста, большой коэффициент усиления.

14.Качество процессов управления в линейных динамических системах. Показатели качества переходных процессов. Методы оценки качества.

15.Коррекция систем управления. Элементы теории реализации динамических систем. Консервативные динамические системы. Элементы теории бифуркации.

16.Основные виды нелинейностей в системах управления. Методы исследования поведения нелинейных систем.

10

17.Автоколебания нелинейных систем, отображение Пуанкаре, функция последования, диаграмма Ламеррея.

18.Орбитальная устойчивость. Теоремы об устойчивости предельных циклов: Андронова-Витта, Кенигса. Существование предельных циклов: теоремы Бендиксона, Дюлока.

19.Гладкие нелинейные динамические системы на плоскости: анализ управляемости, наблюдаемости, стабилизируемости и синтез обратной связи.

20.Постановка задач математического программирования. Оптимизационный подход к проблемам управления технологическими процессами и производственными системами. Допустимое множество и целевая функция.

21.Формы записи задач математического программирования. Классификация задач математического программирования.

22.Постановка задачи линейного программирования. Стандартная и каноническая формы записи. Допустимые множества и оптимальные решения задач линейного программирования. Выпуклые множества.

23.Условия существования и свойства оптимальных решений задачи линейного программирования. Опорные решения системы линейных уравнений. Сведение задачи линейного программирования к дискретной оптимизации. Симплекс-метод.

24.Теория двойственности в линейном программировании. Двойственные задачи. Геометрическая интерпретация двойственных переменных. Зависимость оптимальных решений задачи линейного программирования от параметров.

25.Необходимые условия оптимальности в нелинейных задачах математического программирования. Локальный и глобальный экстремум. Необходимые условия безусловного экстремума дифференцируемых функций.

26.Необходимые условия экстремума дифференцируемой функции на выпуклом множестве. Необходимые условия Куна-Таккера. Задачи об условном экстремуме и метод множителей Лагранжа.

27.Постановка задач принятия решений. Классификация задач принятия решений. Этапы решения задач.

28.Экспертные процедуры. Задачи оценивания. Алгоритм экспертизы. Методы получения экспертной информации.

29.Шкалы измерений, методы экспертных измерений. Методы опроса экспертов, характеристики экспертов. Методы обработки экспертной информа-

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]