Управління технічними системами - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Програма навчальної дисципліни

1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Силабус освітнього компонента «Управління технічними системами» складено відповідно до освітньої-професійної програми підготовки бакалаврів «Інформаційне забезпечення робототехнічних систем» спеціальності 126 – Інформаційні системи та технології.

Метою навчальної дисципліни є формування та закріплення у студентів наступних компетентностей: (КС 11) Здатність до аналізу, синтезу і оптимізації інформаційних систем та технологій з використанням математичних моделей і методів; (КС 13) Здатність проводити обчислювальні експерименти, порівнювати результати експериментальних даних і отриманих рішень; (КС 17) Здатність застосовувати методи синтезу систем управління як методологічної основи інформаційного забезпечення робототехнічних систем і аналізувати показники якості систем управління.

Предмет навчальної дисципліни - основні поняття, методи та способи управління технічними системами а також інструментальні середовища моделювання та дослідження технічних систем.

Програмні результати навчання, на формування та покращення яких спрямована дисципліна: (ПРН 12) Знати основи побудови та застосовувати сучасні операційні системи та пакети прикладних програм відповідно до професійних завдань; (ПРН 17) Вміти застосовувати методи аналізу та синтезу систем управління робототехнічними системами та комплексами; (ПРН 22) Знати основи теорії оптимізації, оптимального керування та теорії прийняття рішень; (ПРН 23) Вміти розробляти програмне забезпечення для задач управління і обробки сенсорної інформації робототехнічних систем.

2.Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Дана дисципліна відноситься до циклу дисциплін професійної підготовки і є дисципліною нормативного освітнього компоненту. Курс розрахований на студентів, які мають підготовку по попереднім курсам, що стосуються «Вища математика», «Теорія систем та системний аналіз». Знання, отримані при вивченні дисципліни повинні бути використані при вивченні дисципліни «Проектування інформаційних систем» та при проходженні Переддипломної практики, а також в подальшій професійній діяльності.

3.Зміст навчальної дисципліни

Загальний обсяг дисципліни становить 4 кредити (120 годин) їх розподіл за видами роботи наведено у таблиці. Навчальна дисципліна складається з одного семестрового модулю і вивчається в 1-му (осінньому) семестрі.

СРС - самостійна робота студента. Структура навчальної дисципліни представлена у таблиці.

4.Навчальні матеріали та ресурси

Основна література:

1. Сучасна теорія керування: навч. посіб. / І.В. Новицький, С.А. Ус, м-во освіти і науки України, Нац. гірн. ун-т. – Дніпро : НГУ, 2017. – 263 c. - https://ir.nmu.org.ua/jspui/bitstream/123456789/150797/1/CD942.pdf
2. Управління технічними системами. Комп’ютерний практикум [Електрон. ресурс] : навч. посіб. для здоб. ступ. бак. за ОП «Інформаційне забезпечення робототехнічних систем» спец. 126 «Інформаційні системи та технології» / КПІ ім. Ігоря Сікорського ; уклад.: Н. В. Цьопа, Є. О. Батрак. – Електронні текстові дані (1 файл: 5,41 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024. – 123 с. – Назва з екрана. https://ela.kpi.ua/handle/123456789/65546
3. Оптимальні системи управління. Навчальний. посібник / О. А. Стенін, В. П. Пасько, А. Д. Лемешко, О. М. Польшакова. – Київ, КПІ ім. Сікорського, Видав. Політехніка, 2017. – 172 с - http://pdf.lib.vntu.edu.ua/books/2019/Stenin_2017_172.pdf

Додаткова література:

1. Теорія технічних систем / В.С. Ловейкін, Ю.О. Ромасевич. – К.: ЦП «КОМПРИНТ», 2017. – 291 с. Методи сучасної теорії управління: підручник / А.П. Ладанюк, Н.М. Луцька, В.Д. Кишенько та ін. – К.: Видавництво Ліра-К, 2019. – 368 с.
2. Практикум з теорії управління технічними системами [Електронний ресурс] : навчальний посібник для студентів спеціальності 126 «Інформаційні системи та технології», освітньої програми «Інформаційне забезпечення робототехнічних систем» / О. М. Польшакова, М.О.Солдатова, О.А.Стенін, М.М.Ткач ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. –Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. – 133 с.
3. Ладанюк, Анатолій Петрович. Методи сучасної теорії управління : підручник / А.П. Ладанюк, Н.М. Луцька, В.Д. Кишенько, Л.О. Власенко, В.В. Іващук ; Міністерство освіти і науки України ; Національний університет харчових технологій. – Київ : Видавництво Ліра-К, 2019. – 367 сторінок;
4. Попович М.Г., Ковальчук О.В. Теорія автоматичного керування. Київ.: Либідь, 2007. – 656 с.
5. Simulink. Help Center., точка доступу до ресурсу - https://www.mathworks.com/help/simulink/index.html?s_tid=CRUX_lftnav
6. Control systems engineering / Norman S. Nise, California State Polytechnic University, Pomona. — Seventh edition. - P-r Wiley, 2015 - 944 p., - https://gnindia.dronacharya.info/EEE/5thSem/Downloads/ControlSystem/Books/CONTROL-SYSTEM-REFERENCE-BOOK-2.pdf
7. Varsha U. Bakshi, Uday A. Bakshi / Control Systems Engineering. - Amazon Digital Services LLC - KDP Print US, 2020. - 792 p.

Курси на платформі coursera:

1. Matlab and Simulink Basics, за посиланням - https://www.coursera.org/learn/matlab-and-simulink-basics
2. Fundamentals of Robotics & Industrial Automation, за посиланням - https://www.coursera.org/learn/fundamentals-of-robotics--industrial-automation#modules

Навчальний контент

5.Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Зміст розділів дисципліни.

Лекційні заняття.

Лабораторні заняття.

6.Самостійна робота студента

Самостійна робота студентів полягає в самостійному вивченні окремих тем, практичної реалізації типових завдань за цими темами. Контроль виконання самостійної роботи проводиться при поточних контрольних заходах і на проміжній атестації за підсумками освоєння. Перелік питань для самостійної роботи студентів по розділам:

1. Розділ 1. Динамічні моделі СУ в просторі станів.
2. Розділ 2. Інтегральна квадратична оцінка якості перехідних процесів.
3. Розділ 3. Оцінак стійкості технічної ситсеми за її структурою. Побудова області стійкості СУ.
4. Розділ 4. Синтез інваріантних СУ.
5. Розділ 5. Ізопериметрична задача. Задача Майєра і Больца
6. Розділ 6. Аналітичні СНС, у яких налаштування відбувається з огляду на зовнішні впливи.
7. Розділ 7. Екстремальне керування в умовах перешкод. Ідентифікаційні алгоритми екстремального регулювання.

Політика та контроль

7.Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Система вимог, які викладач ставить перед студентом:

• правила відвідування занять: заборонено оцінювати присутність або відсутність здобувача на аудиторному занятті, в тому числі нараховувати заохочувальні або штрафні бали. Відповідно до РСО даної дисципліни бали нараховують за відповідні види навчальної активності на лекційних та лабораторних заняттях;
• правила поведінки на заняттях: студент має можливість отримувати бали за відповідні види навчальної активності на лекційних та практичних заняттях, передбачені РСО дисципліни;
• політика дедлайнів та перескладань: несвоєчасне подання студентом виконаної лабораторної роботи передбачає зменшення максимальної оцінки за виконану роботу на 1 бал, однак остаточна оцінка за роботу не може буде меншою ніж мінімальна, передбачена РСО дисципліни; якщо студент не проходив або не з’явився на МКР (без поважної причини), його результат оцінюється у 0 балів. Перескладання результатів МКР не передбачено;
• політика щодо академічної доброчесності: Кодекс честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» https://kpi.ua/files/honorcode.pdf встановлює загальні моральні принципи, правила етичної поведінки осіб та передбачає політику академічної доброчесності для осіб, що працюють і навчаються в університеті, якими вони мають керуватись у своїй діяльності, в тому числі при вивченні та складанні контрольних заходів з дисципліни «Управління технічними системами»;
• при використанні цифрових засобів зв’язку з викладачем (мобільний зв’язок, електронна пошта, переписка на форумах та у соцмережах та ін.) необхідно дотримуватись загальноприйнятих етичних норм, зокрема бути ввічливим та обмежувати спілкування робочим часом викладача.

8.Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

З дисципліни передбачений поточний контроль у формі рейтинг-контролю і проміжна атестація за підсумками освоєння дисципліни – іспит у першому (осінньому) семестрі. Відвідування лекційних та лабораторних занять є обов'язковою складовою вивчення матеріалу. На період військового стану лекційні та лабораторні заняття проводяться в дистанційному режимі. Лабораторні роботи захищаються у вигляді відповіді на контрольні питання та представлення результатів виконаної роботи. Бали за лабораторну роботу нараховуються лише за наявності звіту. Штрафні та заохочувальні бали за:

• несвоєчасне виконання лабораторної роботи у зазначений термін - 1 бал;
• модернізація лабораторних робіт, виконання завдань із удосконалення дидактичних матеріалів з дисципліни - надається від 5 до 10 заохочувальних балів.

Рейтинг студента з дисципліни складається з балів, що він отримує за:

1. виконання 7 лабораторних робіт (ЛР);
2. виконання 1-ї модульної контрольної роботи (МКР);
3. відповіді на екзаменаційні питання (ВЕП).

Розрахунок шкали рейтингу R: Сума вагових балів контрольних заходів протягом семестру складає: R(max) = 35(ЛР) + 25(МКР) + 40(ВЕП) = 100 балів. R(min) = 21(ЛР) + 14(МКР) + 25(ВЕП) = 60 балів.

Поточний контроль: опитування на лекційних та лабораторних заняттях за темою заняття; Календарний контроль: провадиться двічі на семестр як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу. Для отримання <<зараховано>> з першого календарного контролю (КК 8 тиждень) студент повинен здати 1-3 лабораторні роботи та мати не менше ніж 9 балів (на початок 8 тижня згідно з календарним планом контрольних заходів <<ідеальний>> студент має отримати 15 балів). Для отримання <<зараховано>> з другого календарного контролю (КК 14 тиждень) студент повинен здати 4-7 лабораторні роботи та мати не менше ніж 21 балів (на початок 14 тижня згідно з календарним планом контрольних заходів <<ідеальний>> студент має отримати 35 балів). Модульна контрольна робота. Метою МКР є закріплення та перевірка теоретичних знань із освітнього компонента, набуття студентами практичних навичок самостійного вирішення задач та складанні та компіляції програм. Модульна контрольна робота (МКР) виконується після вивчення Розділів 1-4 та виконання лабораторниз занять 1-6. Кожен студент отримує індивідуальне завдання, відповідно до якого необхідно виконати перетворення структурної схеми, визначити передавальні функції, оцінити стійкість та показники якості системи. Семестровий контроль: іспит. Умови допуску до семестрового контролю: семестровий рейтинг не менше 35 балів, здача та захист всіх лабораторних робіт і складання МКР.

Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою:

9.Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

Орієнтовний перелік питань, що можуть виноситись на іспит:

1. Назвіть основні елементи узагальненої структурної схеми СУ.
2. У чому полягає відмінність між системою керування та системою регулювання?
3. За якими ознаками класифікують СУ?
4. Перелічіть основні етапи синтезу СУ.
5. Які дві умови задовольняє модель СУ у змінних стану?
6. Яким чином визначається розмір матриць А, В, С, D моделі лінійних СУ, записаних у змінних стану?
7. Яка розмірність сталих часу ланок СУ?
8. Що називають статичною характеристикою ланки СУ?
9. Перелічіть динамічні характеристики ланок СУ.
10. Що являє собою передавальна функція динамічної ланки (системи)?
11. Дайте визначення перехідної та імпульсної перехідної функцій.
12. Дайте визначення амплітудної та фазової частотних характеристик СУ.
13. Назвіть основні типові ланки СУ. За якими характеристиками їх класифікують?
14. Який вигляд має передавальна функція позиційних ланок?
15. Яка основна властивість немінімально-фазових ланок?
16. Що називають структурною схемою СУ?
17. Назвіть основні правила еквівалентного перетворення структурних схем лінійних СК?
18. Що являє собою зворотний зв’язок у СУ?
19. Дайте визначення імпульсної перехідної функції СУ?
20. Який вигляд має канонічна форма моделі СУ у змінних стану?
21. Яким чином можна сформулювати мету і задачу керування?
22. Які умови слугують для визначення області допустимих станів і області допустимих керувальних впливів?
23. Що вкладають у поняття «ефективність керування»?
24. Перелічіть основні показники якості керування.
25. Сформулюйте задачу оптимального керування.
26. Якi складові частини включає формалізована задача оптимального керування?
27. Перелічіть основні типові інтегральні критерії оптимального керування.
28. Яку систему називають оптимальним програматором? Регулятором?
29. У яких випадках доцільне застосування адаптивних СУ?
30. За якими ознаками класифікуються адаптивні СУ?
31. Сформулюйте гіпотезу квазiстацiонарностi.
32. Який вигляд має узагальнена структурна схема адаптивної СУ?

Робочу програму навчальної дисципліни (Силабус): Складено доцент, к.т.н., Цьопа Наталія Володимирівня Ухвалено кафедрою ІСТ (протокол № 16 від 12.06.2024) Погоджено Методичною комісією факультету[1] (протокол № 10 від 21.06.2024)