Программа ТОАУ ВМКСиСx

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ЕН.Р.1 Теоретические основы автоматизированного управления
Специальность: 230101.65 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
Рабочая программа составлена в соответствии с содержанием и требованиями
Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования
(Регистрационный номер N 224 тех / дс от 27 марта 2000г.).).
Санкт-Петербург
2013
1
УДК 004(073)
ББК
Королев
С.Н.
Рабочая
программа
дисциплины
«Теоретические
основы
автоматизированного управления» по специальности 230101.65 Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети – СПб.: СУРАО, 2013. - _____ с.
Рабочая программа составлена в соответствии с содержанием и требованиями
Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования
(Регистрационный номер 761 тех/сп от 23 декабря 2005 г.).
Рабочая программа утверждена в рамках ООП по специальности 230101.65
Вычислительные машины, комплексы, системы и сети на заседании ученого совета
института Протокол № 9 от «_23_»___мая___2013 г.
Председатель ученого совета АНО ВПО «Смольный институт Российской академии
образования»
Б.Я. Советов
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании учебно-методического совета
института. Протокол № 9 от «_23_»___мая___2013 г.
Председатель УМС
А.П. Шарухин
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании совета
Информационных технологий. Протокол № _9-12 от «_23_»___мая___2013 г.
Председатель ученого совета факультета
факультета
О.А.Кононов
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры
систем. Протокол № 9 от «_23_»___мая___2013 г..
Заведующий кафедрой
информационных
О.А.Кононов
2
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ.
Целевым назначением дисциплины является подготовка студентов по
теоретическим основам автоматизированного
управления системами различного
назначения.
Задачами дисциплины являются: ознакомление с математическими основами
теории управляемых систем, с методологией системных исследований, с основными
методами теории принятия решений и привитие практических навыков по исследованию
как формализуемых систем управления, поддающихся математическому описанию и
математическому моделированию, так и
систем
управления, содержащих
неформализуемые интеллектуальные структурные блоки.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- знать основные этапы развития системных представлений;
- знать основные понятия системотехники, структуры и классификацию АСОИУ,
виды обеспечения АСОИУ;
- знать принципы, методы и средства системного анализа и принятия решений,
опорные схемы алгоритмов исследования сложных систем;
- иметь представления об основных методах моделирования сложных систем;
- знать и уметь использовать методы постановки эксперимента и обработки
экспериментальных данных;
- знать методы оптимизационного подхода в системных исследованиях ;
- владеть современными методами системного анализа информационных процессов
и систем, принципами принятия решений в АСОИУ.
Перечень
дисциплин
учебного
плана,
усвоение
которых
студентами
необходимо для изучения данной дисциплины:
1. Линейная алгебра.
2. Математический анализ.
3. Теория вероятностей, математическая статистика и случайные процессы.
4. Физика.
5. Информатика.
6. Основы теории управления.
Перечень дисциплин учебного плана, базирующихся на материале данной
учебной дисциплины:
1. Теория принятия решений.
2. Моделирование систем.
3. Проектирование АСОИУ.
4. Проектирование информационных систем.
5. Выпускная квалификационная работа.
3. ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
3.1. ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
(для очной формы обучения)
3
ЧАСОВ
ВИД УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
ВСЕГО
ПО СЕМЕСТРАМ
III
170
Общая трудоёмкость дисциплины
64
Аудиторные занятия
48
Лекции
16
Практические
и
лабораторные
занятия
106
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)
170
64
48
16
106
зачет
3.2. ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
(для заочной формы обучения)
ЧАСОВ
ВИД УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
ВСЕГО
170
Общая трудоёмкость дисциплины
20
Аудиторные занятия
20
Лекции
Практические
и
лабораторные
занятия
150
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)
ПО СЕМЕСТРАМ
5
170
20
20
150
экзамен
4
4. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
(с распределением общего бюджета времени в часах)
(для очной формы обучения)
работа студентов
Самостоятельная
Лабораторный
практикум (семинар)
3
4
5
4
8
Тема 1. Основные понятия и определения
автоматизированного управления.
1.1.
Понятия
"управление"
и
"система
управления".
1.2. Терминология теории автоматизированного
управления.
1.3. Этапы управления.
1.4.
Объект
и
предмет
теории
автоматизированного управления.
Тема
2.
Методология
построения
автоматизированных систем.
2.1. Классификация автоматизированных систем.
2.2.
Основные
принципы
построения
автоматизированных систем.
2.3. Этапы разработки АС.
2.4. Задачи, решаемые на стадиях проектирования.
Тема 3. Категориальные понятия системного
анализа автоматизированных систем.
3.1.Системность как общее свойство материи.
3.2. Место системного анализа в системных
представлениях.
3.3. Развитие системного анализа.
3.4. Методики и процедуры системного анализа.
Тема 4. Модели анализа структуры АСУ.
4.1.Уровни описания структуры АСУ.
4.2. Формализация описания структуры методами
теории графов.
4.3. Топологическая декомпозиция структур АСУ.
4.4. Структурно-топологические характеристики
систем и их применение.
4.5. Модели функционирования организационной
системы.
Мероприятия системы межсессионного контроля:
Коллоквиум / Темы 1-4 /
14
4
10
20
4
16
24
8
16
28
8
6
практикум
2
Лекции
СЕМЕСТР
1
ВСЕГО
КУРС
Раз дел
д исциплины,
со держ ани е
Аудиторный
АУДИТОРНЫЕ
7
8
4
16
5
Тема 5. Модели синтеза структуры АСУ.
5.1. Формализация общей задачи синтеза структуры
АСУ.
5.2. Частные задачи синтеза оптимальной
структура АСУ.
5.3. Примеры частных задач синтеза оптимальной
структуры АСУ.
Тема 6. Модели и процесс понятия решений в
АСУ.
6.1. Проблема принятия решений в больших
системах.
6.2. Общая постановка задачи принятия решений.
6.3. Принятие решений в условиях риска.
6.4. Принятие
решений
в
условиях
неопределенности.
6.5. Многокритериальные
задачи
принятия
решений.
Тема
7.
Обеспечивающие
подсистемы
автоматизированного управления.
7.1. Математическое
обеспечение
автоматизированных систем.
7.2. Информационное и программное обеспечение
автоматизированного управления.
7.3. Техническое и технологическое обеспечение
автоматизированного управления.
7.4. Лингвистическое,
организационнометодическое,
экономическое
и
правовое
обеспечение автоматизированного управления.
Мероприятия системы межсессионного контроля:
Коллоквиум / Темы 5-7 /
ВСЕГО ПО ДИСЦИПЛИНЕ
28
8
28
8
28
8
170 48
4
16
4
16
4
16
16
106
4.2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
( с распределением общего бюджета времени в часах)
(для заочной формы обучения)
3
4
5
6
7
работа студентов
Самостоятельная
практикум
Лабораторный
практикум (семинар)
Аудиторный
2
Лекции
СЕМЕСТР
1
Раз дел
д исциплины,
со держ ани е
ВСЕГО
КУРС
АУДИТОРНЫЕ
8
6
4
8
Тема 1. Основные понятия и определения 22
автоматизированного управления.
1.1.
Понятия
"управление"
и
"система
управления".
1.2. Терминология теории автоматизированного
управления.
1.3. Этапы управления.
1.4.
Объект
и
предмет
теории
автоматизированного управления.
Тема
2.
Методология
построения 22
автоматизированных систем.
2.1. Классификация автоматизированных систем.
2.2.
Основные
принципы
построения
автоматизированных систем.
2.3. Этапы разработки АС.
2.4. Задачи, решаемые на стадиях проектирования.
Тема 3. Категориальные понятия системного 22
анализа автоматизированных систем.
3.1.Системность как общее свойство материи.
3.2. Место системного анализа в системных
представлениях.
3.3. Развитие системного анализа.
3.4. Методики и процедуры системного анализа.
34
Тема 4. Модели анализа структуры АСУ.
4.1.Уровни описания структуры АСУ.
4.2. Формализация описания структуры методами
теории графов.
4.3. Топологическая декомпозиция структур АСУ.
4.4. Структурно-топологические характеристики
систем и их применение.
4.5. Модели функционирования организационной
системы.
Мероприятия системы межсессионного контроля:
Коллоквиум / Темы 1-4 /
24
Тема 5. Модели синтеза структуры АСУ.
5.1. Формализация общей задачи синтеза структуры
АСУ.
5.2. Частные задачи синтеза оптимальной
структура АСУ.
5.3. Примеры частных задач синтеза оптимальной
структуры АСУ.
Тема 6. Модели и процесс понятия решений в 24
АСУ.
6.6. Проблема принятия решений в больших
системах.
6.7. Общая постановка задачи принятия решений.
6.8. Принятие решений в условиях риска.
6.9. Принятие
решений
в
условиях
неопределенности.
6.10. Многокритериальные задачи принятия
решений.
2
20
2
20
2
20
4
30
4
20
4
20
7
Тема
7.
Обеспечивающие
подсистемы
автоматизированного управления.
7.5. Математическое
обеспечение
автоматизированных систем.
7.6. Информационное и программное обеспечение
автоматизированного управления.
7.7. Техническое и технологическое обеспечение
автоматизированного управления.
7.8. Лингвистическое,
организационнометодическое,
экономическое
и
правовое
обеспечение автоматизированного управления.
Мероприятия системы межсессионного контроля:
Коллоквиум / Темы 5-7 /
ВСЕГО ПО ДИСЦИПЛИНЕ
22
2
20
170 20
150
8
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ
Самостоятельная работа студентов включает в себя время на:
подготовку к занятиям по учебным пособиям и рекомендованной
литературе;
подготовку к коллоквиумам.


ГРАФИК КОНТРОЛЬНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ
Семестр
8
1
2
3
4
5
6
7
8
К
Недели семестра
9 10 11 12
13
14
15
16
17
К
18
Условные обозначения:
 К – коллоквиум.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Литература основная:
1. Советов Б.Я., Цехановский В.В., Чертовский В.А Основы теории управления.СПб: Политехника,2008
2. Советов Б.Я., Цехановский В.В., Чертовский В.А. Теоретические основы
автоматизированного управления. – М.: Высшая школа, 2006.
Литература дополнительная:
3. Андриевский Б.Р. Теоретические основы автоматизированного управления:
конспект лекций. – СПб: БГТУ, 2008 (электронная версия).
4.
Системный анализ и принятие решений: словарь-справочник: учеб. пособие
для вузов/ под. ред. Волковой В.Н., Козлова В.Н. – М.: Высшая школа, 2004
5.
Советов Б.Я., АСУ. Введение в специальность.- М.: Высшая школа, 1981.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ
Автоматизированное управление в настоящее время получило широкое
распространение в системах различного назначения, например, в системах управления
производством, научным экспериментом, обучением, технологическими процессами.
Управление в автоматизированной системе производится как техническими
средствами, так и человеком и основано на оценке и сравнении вариантов действий.
Всевозрастающая роль здесь принадлежит вычислительной технике, с помощью которой
производится анализ больших объёмов информации и выработка рекомендаций по
оптимальному управлению сложными системами.
При изучении данной дисциплины могут быть выделены три составляющие:
методология, аппаратная реализация, опыт применения в различных областях знания и
практики. Методология дисциплины связана с математическими методами теории
9
управления и методами исследования сложных систем управления. Под аппаратной
реализацией здесь понимаются различные приемы моделирования и выработки управления
в сложной системе и способы работы с этими моделями.
Основным учебником по данной дисциплине является [2].
Вопросы к коллоквиумам представлены в приложении.
Зачет выставляется на основе результатов индивидуального собеседования в
рамках коллоквиумов.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
Основным учебником по данной дисциплине является [2].
Зачет выставляется на основе результатов индивидуального собеседования в
рамках коллоквиумов.
Вопросы к коллоквиуму по дисциплине "Теоретические основы
автоматизированного управления"
Первая часть курса
Причины появления автоматизированного управления.
История становления и развития теории автоматизированного управления.
Смысл определений управления в широком смысле.
Смысл понятия "алгоритм управления".
Смысл понятия "процесс управления".
Содержание взаимоотношений между объектом управления и управляющим
органом.
7. Задачи, решаемые системой управления.
8. Принципиальная разница между автоматическим и автоматизированным
управлениями.
9. Содержание понятий "система", "элемент", "подсистема".
10. Содержание понятий "структура" и "связь".
11. Содержание понятия "иерархия".
12. Содержание понятий "состояние", "поведение" и "модель".
13. Содержание понятия "цель". Его роль в управлении.
14. Большая (сложная) система как основной вид систем в теории
автоматизированного управления.
15. Характерные особенности больших систем.
16. Основные этапы управления.
17. Объект теории автоматизированного управления.
18. Предмет теории автоматизированного управления.
19. Содержание трех циклов математических теории автоматизированного управления
в кибернетике.
20. Вероятностные методы в кибернетике.
21. Методы оптимизации, применяемые в кибернетике.
22. Классификация методов дискретной математики, их роль в теории
автоматизированного управления.
23. Основные кибернетические модели вероятностной природы.
24. Различия между вероятностными и детерминированными моделями.
25. Роль в кибернетике дискретных моделей.
26. Роль кибернетических моделей в проектировании АСУ.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
10
27. Роль моделирования в теории автоматизированного управления.
28. Признаки классификации моделирования.
29. Классификация основных видов моделирования.
30. Имитационное и ситуационное моделирование.
31. Структурно-системное моделирование.
32. Признаки классификации автоматизированных систем.
33. Представление автоматизированных систем в виде функциональной части.
34. Подсистемы обеспечивающей части АС.
35. Классификация АС по области применения.
36. Принципы системного подхода в методологии построения АС.
37. Принцип первого руководителя.
38. Принципы непрерывного развития системы и разумной типизации проекта АС.
39. Принципы автоматизации документооборота и единой информационной базы АС.
40. Этапы разработки АС.
41. Характер работ на предпроектной стадии создания АС.
42. Основные направления работ, выполняемых разработчиком АС на стадии
технического задания.
43. Подэтапы стадии технического проектирования АС.
44. Направления работ на стадии создания технического проекта АС.
45. Направления работ на стадии создания рабочего проекта АС.
46. Характер работ на этапе внедрения АС в эксплуатацию.
47. Содержание системного подхода и системных исследований.
48. Содержание термина "системный анализ".
49. Основные определения системного анализа.
50. Этапы системного анализа.
51. Методика системного анализа.
52. Процедуры системного анализа.
53. Формулирование проблемы при системном анализе.
54. Определение цели системного анализа.
55. Порядок анализа структуры системы.
56. Цель сбора данных о функционировании системы при системном анализе.
57. Методы анализа информационных потоков.
58. Анализ адекватности модели системы.
59. Анализ неопределенности и чувствительности модели системы.
60. Виды ресурсов, используемых при реализации задач системного анализа.
61. Цель формирования критериев для системного анализа.
62. Методы, используемые в системном анализе для формирования множества
альтернатив.
63. Проблемы, возникающие при решении задачи выбора и принятия решения.
64. Цели и задачи структурного анализа АСУ.
65. Пути совершенствования организационной, функциональной, алгоритмической
структур.
66. Уровни описания структуры АСУ.
67. Формализованные способы описания структуры АСУ.
68. Алгоритм введения порядковой функции.
69. Цель введения на графе числовой функции.
70. Топологическая декомпозиция структур АСУ.
71. Содержание анализа потоков информации в АСУ.
72. Основные структурно-топологические характеристики систем.
73. Виды топологических структур.
74. Определение связности структуры.
75. Определение избыточности структуры.
11
76. Определение компактности структуры.
77. Определение степени централизации структуры.
78. Сравнительный анализ топологических структур.
12
Вторая часть курса
1.Алгоритм разработки модели функционирования организационной системы.
2.Основные проблемы, возникающие при разработке структуры АСУ.
3.Общая формулировка синтеза структуры АСУ.
4.Частные критерии оптимизации.
5.Основные виды ограничений, учитываемых в частных задачах оптимизации.
6.Первая частная задача оптимизации структуры АСУ.
7.Алгоритм решения первой частной задачи оптимизации.
8.Суть второй частной задачи оптимизации структуры АСУ.
9.Особенности алгоритма решения второй частной задачи оптимизации.
10. Содержание третьей частной задачи оптимизации структуры АСУ.
11. Алгоритм решения третьей частной задачи оптимизации структуры АСУ.
12. Основные условия, в которых осуществляется выбор решений.
13. Основные группы ограничивающих факторов принятия решений.
14. Математическая модель оптимального проектирования.
15. Общая постановка задачи принятия решений.
16. Процесс принятия решений в АСУ.
17. Классификация задач принятия решений.
18. Сущность однокритериальной задачи принятия решений.
19. Принятие решения в условиях риска.
20. Основные критерии оптимальности выбора решений в условиях
неопределенности.
21. Сущность многокритериальной задачи принятия решений.
22. Способы нормализации локальных критериев.
23. Способы задания и учета приоритета локальных критериев.
24. Виды обеспечивающих подсистем автоматизированного управления.
25. Характеристика
математического
обеспечения
автоматизированного
управления.
26. Характеристика
информационного
обеспечения
автоматизированного
управления.
27. Особенности организации информационных процессов в СУ.
28. Характеристика программного обеспечения автоматизированного управления.
29. Роль технологического обеспечения автоматизированного управления.
30. Сетевой режим автоматизированной обработки информации.
31. Особенности технологии использования автоматизированных рабочих мест.
32. Состав лингвистического обеспечения автоматизированного управления.
33. Организационно-методическое обеспечение автоматизированного управления.
34. Правовое обеспечение автоматизированного управления.
13