Моделирование систем управления (Г.Н. Решетникова, 2013 г., 39 с.)

1 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ
В соответствии с образовательным стандартом ВУЗа ОС ТУСУР 6.1-97 «Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные» курсовой проект (КП) ─ это учебная работа, содержащая решение поставленной задачи по отдельной учебной дисциплине, оформленное в виде конструкторских, технологических, программных и других проектных документов.
Тема курсового проектирования по дисциплине «Моделирование систем управления» посвящена моделированию следящей системы управления в пространстве состояний при описании математической модели объекта системой линейных стохастических дифференциальных уравнений. Формирование управляющих воздействий осуществляется методом аналитического конструирования оптимальных регуляторов при неполном измерении с использованием оценок состояния, полученных с помощью фильтра Калмана.
Выполнение проекта базируется на знании теоретического материала курса «Моделирование систем управления», а также на знаниях и умениях, полученных студентами при освоении
предшествующих дисциплин: «Математика», «Информатика», «Программирование и основы алгоритмизации», «Теория автоматического управления», «Дискретная математика».

2 ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Основными этапами выполнения курсового проекта является последовательное решение следующих задач:
1. Построение математической модели объекта в виде системы линейных дифференциальных уравнений.
2. Построение дискретной модели при использовании метода Эйлера.
3. Моделирование системы оптимального управления методом аналитического конструирования оптимальных регуляторов.
4. Построение стохастических моделей объекта и измерительного комплекса, моделирование системы по вектору измерений.
5. Оценивание состояния фильтром Калмана. Моделирование системы управления по оценкам состояния при полном измерении.
6. Моделирования системы управления при неполном измерении состояния модели объекта. Исследование влияния набора измерительных датчиков на качество функционирования системы
управления.
7. Оформление пояснительной записки к курсовому проекту.

3 ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Структура и содержание курсового проекта устанавливаются в соответствии с требованиями образовательного стандарта ВУЗа ОС ТУСУР 6.1-97 «Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные».
При обучении студентов с использованием дистанционных образовательных технологий курсовой проект должен содержать текстовый документ, тексты программ и графики, которые характеризуют правильность понимания теоретического материала, составленную программу и графическое представление результатов. Тексты программ с результатами их работоспособности
(графиками) могут быть вставлены в текстовый документ. Текстовый документ именуется «Пояснительная записка к курсовому проекту» и включает в указанной ниже последовательности:
– титульный лист;
– задание;
– содержание;
– введение;
– основную часть;
– заключение;
– список использованных источников;
– приложения.
Форма титульного листа приведена в приложении А. Форма задания представлена в приложении Б. Заголовок «СОДЕРЖАНИЕ» записывают в верхней части страницы, симметрично тексту прописными буквами обычным шрифтом и его увеличенным размером (кегль 16). Содержание8 представляет собой элемент пояснительной записки, включающий упорядоченный перечень всех материалов курсового проекта. В содержании перечисляют введение, порядковые номера и заголовки разделов и подразделов, заключение, список использованных источников, обозначения и заголовки приложений пояснительной записки и указывают номера страниц, на которых начинаются соответствующие структурные элементы записки. При наличии программных и иных документов, помещаемых в пояснительную записку, их перечисляют в содержании с указанием обозначений и наименований.
Во введении раскрывается актуальность темы курсового проекта, делается оценка современного состояния соответствующей научно-технической области, формулируется цель проекта, указывается область применения получаемых результатов. Не допускается деление текста введения на структурные элементы (пункты, подпункты и т.п.). Введение начинают на следующей
странице после содержания. Заголовок «ВВЕДЕНИЕ» записывают в верхней части страницы симметрично тексту прописными буквами обычным шрифтом и его увеличенным размером (кегль 16).
Основная часть делится на разделы и подразделы и записывается прописными буквами шрифтом размером (кегль 14).
Заключение должно содержать выводы по результатам выполненного проекта. Заголовок «ЗАКЛЮЧЕНИЕ» записывают в верхней части страницы симметрично тексту прописными буквами обычным шрифтом и его увеличенным размером (кегль 16).
В список использованных источников включают все источники, на которые имеются ссылки в пояснительной записке. Каждая библиографическая запись нумеруется арабскими цифрами
без точки и начинается с абзацного отступа. Заголовок «СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ» записывают в верхней части страницы симметрично тексту прописными буквами обычным шрифтом и его увеличенным размером (кегль 16). Пример оформления списка использованных источников приведен в приложении В.
В приложения рекомендуется включать материал, дополняющий основную часть пояснительной записки. В приложениях целесообразно приводить графический материал большого объема или формата, таблицы большого формата, дополнительные расчеты, описания алгоритмов и программ, задач, решаемых на ЭВМ, и т.д. На все приложения в тексте пояснительной записки
должны быть даны ссылки. Приложения располагают после списка использованных источников в порядке ссылок на них в тексте. Приложения обозначают заглавными буквами русского алфавита, начиная с А, за исключением букв Ё, 3, И, О, Ч, Ь, Ы, Ъ, которые приводят после слова «ПРИЛОЖЕНИЕ». Если в документе одно приложение, оно обозначается «ПРИЛОЖЕНИЕ А».
Каждое приложение начинают с новой страницы. В верхней части страницы, симметрично тексту, приводят слово «ПРИЛОЖЕНИЕ», записанное прописными буквами обычным шрифтом и его увеличенным размером (кегль 16), и обозначение приложения.
Допускается размещение на одной странице двух (и более) последовательно расположенных приложений, если их можно полностью изложить на этой странице.
Содержание приложения указывают в его заголовке, который располагают симметрично тексту, приводят в виде отдельной строки (или строк), печатают строчными буквами с первой прописной и выделяют полужирным шрифтом и его увеличенным размером (кегль 16). Приложения имеют общую с основной частью пояснительной записки сквозную нумерацию страниц.

4 ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Пояснительная записка должна быть выполнена в редакторе Microsoft Word: формат листов А4 (210×297 мм), шрифт Times New Roman, кегль — 14, междустрочный интервал — одинарный или полуторный, цвет черный. Текст пояснительной записки следует выполнять при соблюдении следующих размеров полей: левое — 30 мм, правое — 20 мм, верхнее — 30 мм, нижнее — 25 мм. Абзацы в тексте начинают отступом, равным 10 мм. Тексты программ и графики, которые являются результатом работы программы, могут быть вставлены в основной текст пояснительной записки к курсовому проекту при описании выполнения соответствующей задачи или приведены в приложении. Тексты программ должны содержать комментарии. После графиков должны следовать выводы.
Текст пояснительной записки делят на разделы, подразделы. Разделы должны иметь порядковые номера в пределах пояснительной записки, обозначенные арабскими цифрами и записанные с абзацного отступа. Подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела. Точка в конце номеров разделов и подразделов не ставится. Разделы и подразделы должны иметь
заголовки. Заголовки следует выполнять с абзацного отступа с прописной буквы без точки в конце и без подчеркивания. В начале заголовка помещают номер соответствующего раздела, подраздела. Переносы слов в заголовках не допускаются. Если заголовок состоит из двух предложений, их разделяют точкой. Расстояние между заголовком и текстом должно быть равно удвоенному межстрочному расстоянию: между заголовками раздела и подраздела — одному межстрочному расстоянию.
Все таблицы нумеруют в пределах раздела арабскими цифрами. Над левым верхним углом таблицы помещают надпись «Таблица» с указанием номера таблицы, например «Таблица 2.1»
(первая таблица второго раздела). Таблица может иметь название.
Название таблицы помещают после номера таблицы через тире с прописной буквы. На все таблицы должны быть ссылки в тексте пояснительной записки. Таблицу следует располагать непосредственно после абзаца, где она упоминается впервые, или на следующей странице.
Все иллюстрации (графики) в тексте пояснительной записки именуются рисунками. Рисунки нумеруются в пределах раздела (приложения) арабскими цифрами, например «Рисунок 2.1» (первый рисунок второго раздела), «Рисунок В.3» (третий рисунок приложения В). Рисунок может иметь подрисуночный текст.
Слово «рисунок», его номер и подрисуночную надпись помещают ниже изображения и пояснительных данных симметрично рисунку, например «Рисунок 1.2 — графики переходных процессов и управлений». На все рисунки должны быть ссылки в тексте пояснительной записки. Рисунки должны размещаться сразу после ссылки или на следующей странице.
Формулы следует выделять из текста в отдельную строку.
Значения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу, должны быть приведены непосредственно под формулой. Значение каждого символа дают с новой строки в той последовательности, в какой они приведены в формуле. Первая строка расшифровки должна начинаться со слова «где» без двоеточия после него. Формулы, следующие одна за другой и не разделенные текстом, отделяют запятой. Формулы должны нумероваться в пределах раздела (приложения) арабскими цифрами. Номер формулы должен состоять из номера раздела и порядкового номера формулы, которые разделены точкой. Номер указывают с правой стороны листа на уровне формулы в круглых скобках, например (3.1). Формулы следует выполнять в редакторе формул Microsoft Equation.
При многократном упоминании устойчивых словосочетаний в тексте можно использовать аббревиатуры или сокращения. При первом упоминании должно быть приведено полное название с указанием в скобках сокращенного названия или аббревиатуры, например «аналитическое конструирование оптимальных регуляторов (АКОР)». При последующих упоминаниях следует употреблять сокращенное название или аббревиатуру. Расшифровку аббревиатур и сокращений, установленных государственными стандартами и правилами русской орфографии, допускается не приводить, например ЭВМ, с. (страниц), т.е. (то есть), вуз (высшее учебное заведение) и др.
Нумерация страниц пояснительной записки должна быть сквозной, первой страницей является титульный лист. На титульном листе и в задании на проектирование номер страницы не проставляется. Номер страниц проставляется в правом верхнем углу листа.
Графики должны иллюстрировать решение задачи соответствующей программой. Текст программы и графики должны быть выполнены в одном программном пакете (например,
MATHCAD), при этом графики должны быть приведены в программном документе сразу после текста программы или вставлены в текстовый документ вместе с программой. На графиках необходимо указать имена функций и аргументов, которые должны соответствовать аналогичным именам, используемым в программе. В подстрочном тексте к рисунку должно быть указано смысловое значение каждой линии и вид линии (сплошная, пунктирная, и т. д.).

5 ТЕМАТИКА КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Переживаемый в настоящее время этап информатизации характеризуется расширением внедрения информационно-вычислительных систем, созданием и развитием методов автоматического управления в технике, экономике, медицине, биологии и других видах деятельности. При этом все чаще применяются следящие системы автоматического управления для совмещенного синтеза, как самые приемлемые для реализации на управляющих компьютерах. Наиболее перспективными методами, позволяющими решать задачи совмещенного синтеза для многомерных стохастических моделей объектов, функционирующих в условиях неполной информации о состоянии объекта, являются методы, основанные на оптимизации квадратичных функционалов. Заметим, что задача слежения является одной из основных в теории управления.
Такие задачи возникают при переводе технологического процесса из одного режима в другой, при отслеживании уровня дохода на потребительском рынке, при изменении курса движения подвижного объекта и т.д. В реальных условиях практически любой объект подвержен влиянию случайных внешних воздействий, информация о состоянии объекта часто бывает неполной и измеряется с ошибками, кроме того, в модели объекта присутствуют неизвестные параметры. В связи со сложностью рассматриваемых задач единственным способом их решения является имитационное моделирование.
Описание систем во временной области лежит в основе современной теории управления. Временная область — это область, в которой поведение системы рассматривается как функция переменной времени. Анализ и синтез систем управления во временной области основан на понятии состояния системы, т.е. совокупности таких переменных, знание которых наряду с входными функциями и уравнениями, описывающими динамику системы, позволяет определить ее будущее состояние и выходную переменную.