Embed Size (px)
Citation preview
ЧАСТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«ГАЗПРОМ КОЛЛЕДЖ ВОЛГОГРАД»
Методические указания для студентов заочной формы обучения
специальности 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
2018
2
Одобрено цикловой комиссией УТВЕРЖДАЮ
профессионального цикла Зам. директора по УВР Председатель цикловой комиссии ________Е.Ю. Камынина __________ И.В. Волвенко «___» _________ 20___г.
Протокол № ___ от «_____» _________20___г.
Разработчики: Фатина Т.П. - преподаватель ЧПОУ «Газпром колледж Волгоград»
3
АННОТАЦИЯ
Методические указания для студентов заочной формы обучения по
учебной дисциплине «Компьютерное моделирование» предназначены для
реализации требований Федерального государственного образовательного
стандарта (далее – ФГОС) к уровню подготовки выпускников по
специальностям среднего профессионального образования: по специальности
15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по
отраслям).
Могут быть использованы преподавателями и студентами заочной
формы обучения специальности 15.02.07 Автоматизация технологических
процессов и производств (по отраслям).
Изучение учебной дисциплины «Компьютерное моделирование»
является обязательной частью образовательной программы среднего
профессионального образования, что позволит обучающимся сформировать
отраслевые знания и умения, сформировать общие и профессиональные
компетенции, развить практические навыки самостоятельной работы. При
изучении учебной дисциплины «Компьютерное моделирование» уделено
внимание вопросам, которые находят применение в будущей
профессиональной деятельности обучающихся по специальности 15.02.07
Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям).
Методические указания содержат: аннотацию, оглавление,
пояснительную записку, структуру и содержание учебной дисциплины,
содержание дисциплины и методические указания для студентов, перечень
практических работ, задания для контрольной работы, критерии оценки и
системы контроля, права и обязанности обучающихся, заключение и список
используемой литературы.
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА ................................................................. 5
2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ .................. 7
3. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ВЫПУСКНИКОВ ............................................................................................. 8
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ
СТУДЕНТОВ.................................................................................................... 9
5. ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ.................................................... 10
6. ЗАДАНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ ........................................... 11
7. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ И СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ .................................. 18
8. ПРАВА И ОБЯЗАННОСТИ ОБУЧАЮЩИХСЯ ...................................... 19
9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................ 20
10. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ................................... 21
5
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебная дисциплина «Компьютерное моделирование» входит в
математический и общий естественнонаучный учебный цикл. Изучение
данной дисциплины способствует формированию профессиональных
компетентностей, которыми должен обладать выпускник данной
специальности.
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен
знать:
численные методы решения прикладных задач;
особенности применения системных программных продуктов;
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен
уметь:
работать с пакетами прикладных программ профессиональной
направленности.
При изучении учебной дисциплины «Компьютерное моделирование»
актуализируются следующие компетенции:
ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей
профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые
методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их
эффективность и качество.
ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и
нести за них ответственность.
ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой
для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального
и личностного развития.
ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с
коллегами, руководством, потребителями.
6
ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды
(подчиненных), результат выполнения заданий.
ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и
личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать
повышение квалификации.
ПК 4.1. Проводить анализ систем автоматического управления с
учетом специфики технологических процессов.
ПК 4.2. Выбирать приборы и средства автоматизации с учетом
специфики технологических процессов.
ПК 4.3. Составлять схемы специализированных узлов, блоков,
устройств и систем автоматического управления.
ПК 4.4. Рассчитывать параметры типовых схем и устройств.
ПК 4.5. Оценивать и обеспечивать эргономические характеристики
схем и систем автоматизации.
7
2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ
ДИСЦИПЛИНЫ
Таблица 1 -Объем учебной дисциплины и виды учебной работы
№ Виды учебной работы Объем часов
1 Максимальная учебная нагрузка (всего) 117
2 Обязательная аудиторная нагрузка (всего) 28
В том числе:
практические работы 18
3 Самостоятельная работа обучающегося (всего) 89
Промежуточная (итоговая) аттестация по дисциплине проводится в
форме экзамена
8
3. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВЫПУСКНИКОВ
Область профессиональной деятельности выпускников: организация и
проведение работ по монтажу, ремонту, техническому обслуживанию
приборов и инструментов для измерения, контроля, испытания и
регулирования технологических процессов.
Объектами профессиональной деятельности выпускников являются:
технические средства и системы автоматического управления, в
том числе технические системы, построенные на базе мехатронных модулей,
используемых в качестве информационно-сенсорных, исполнительных и
управляющих устройств, необходимое программно-алгоритмическое
обеспечение для управления такими системами;
техническая документация, технологические процессы и
аппараты производств (по отраслям);
метрологическое обеспечение технологического контроля,
технические средства обеспечения надежности;
первичные трудовые коллективы.
9
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
Контрольная работа выполняется в программе «Mathcad» (любая
версия) и сдается преподавателю на проверку.
Домашняя контрольная работа состоит из пяти заданий:
Задание 1. Вычислить матрицу двумя способами: способом
обратной матрицы и с помощью решения системы уравнений;
Задание 2. Упростить выражение (пределы);
Задание 3. Упростить выражение (определенные интегралы);
Задание 4. Упростить выражение (неопределенные интегралы);
Задание 5. Упростить выражение (суммы).
Вариант в задании определяется по номеру в журнале. Например,
номер ФИО – 5, значит вариант №5, номер ФИО – 29, значит вариант №29 (в
случае его отсутствия выбирается вариант по последней цифре – №9), номер
ФИО – 30, значит вариант №30 (в случае его отсутствия – №10) и т.д.
Результат работы сохраняется в программе «Mathcad» с расширением
(*.xmcd).
Результат работы необходимо распечатать и сдать преподавателю
перед сдачей экзамена.
10
5. ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
№
п/п
Название темы Название практической
работы
Кол.
часов
1 Тема 2.1 Численные методы
решения математических моделей
Вычисление определенных
интегралов
2
2 Тема 2.1 Численные методы
решения математических моделей
Регрессионный анализ и
аппроксимация функций
2
3 Тема 2.1 Численные методы
решения математических моделей
Интерполяция и
экстраполяция
2
4 Тема 2.1 Численные методы
решения математических моделей
Поиск экстремумов функции
одной и нескольких переменных
2
5 Тема 2.1 Численные методы
решения математических моделей
Решение нелинейных и
трансцендентных уравнений
2
6 Тема 2.1 Численные методы
решения математических моделей
Численное
дифференцирование и решение
дифференцированных уравнений
2
7 Тема 2.1 Численные методы
решения математических моделей
Спектральный анализ на
основе преобразования Фурье
2
8 Тема 2.2 Прикладные пакеты
компьютерного моделирования
Знакомство с пакетом
MATHCAD
2
9 Тема 2.2 Прикладные пакеты компьютерного моделирования
Знакомство с пакетом Electronics WorkBench
2
11
6. ЗАДАНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Задание 1. Вычислить матрицу двумя способами: способом
обратной матрицы и с помощью решения системы уравнений:
12
12.
1
2
3
6 13 17 19
12. 13 29 38 * 43
18 38 50 56
x
x
x
13
72
40
74
51141
015261
505123
25
3
2
1
.
.
.
*
..
...
...
.
x
x
x
Задание 2. Упростить нижеприведенные выражения (пределы):
n
n
2n 1
n
nlim
17.
0x
1 x( )
1
31
1 x 1lim
18.
n
12n 5
27n3
6n2
8
1
3
lim
19.
5x
x2
25
x2
6x 5lim
20.
1x
x3
3x 2
x4
4x 3lim
21.
5x
x2
25
2 x 1lim
22.
n
4n2
3
2n 1lim
23.
x
6x 5
1 x2
3lim
24.
2x
2 x( ) tan
4x
lim
32.
0x
ln 1 4x( )
xlim
31.
x
x ln x 1( ) ln x( )( )[ ]lim
30.
0x
1 sin x( )( )
1
xlim
29.
0x
sin 3x( )
x
x 2
lim
28.
0x
sinx
3
2
x2
lim
27.
0x
ax
1
xlim
26.
x
1k
x
x
lim
25.
x
1 tan x( ) 1 tan x( )
sin 2x( )lim
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Пределы:
1.
3x
sin x x 3
lim
2.
0x
ln x( )lim
3.
x
ex
x4
lim
4.
0x
1 cos x( )
x2
lim
5.
0x
x sin x( )
x3
lim
6.
0x
x ln x( )lim
7.
x
xn
ex
lim
16.
x
sin x( )2
1 cos x( )2
lim
15.
14.3x
x2
9
x 1 2lim1x
3x2
x 2
4x2
5x 1lim
13.
1x
x
x 1
1
ln x( )
lim
12.
11.
4x
x2
6x 8
x 4lim
10.
0x
sin 2x( )
xlim
9.
2x
2x tan x( )lim
0x
1 x 1
xlim
8.
14
n
n
2n 1
n
nlim
17.
0x
1 x( )
1
31
1 x 1lim
18.
n
12n 5
27n3
6n2
8
1
3
lim
19.
5x
x2
25
x2
6x 5lim
20.
1x
x3
3x 2
x4
4x 3lim
21.
5x
x2
25
2 x 1lim
22.
n
4n2
3
2n 1lim
23.
x
6x 5
1 x2
3lim
24.
2x
2 x( ) tan
4x
lim
32.
0x
ln 1 4x( )
xlim
31.
x
x ln x 1( ) ln x( )( )[ ]lim
30.
0x
1 sin x( )( )
1
xlim
29.
0x
sin 3x( )
x
x 2
lim
28.
0x
sinx
3
2
x2
lim
27.
0x
ax
1
xlim
26.
x
1k
x
x
lim
25.
x
1 tan x( ) 1 tan x( )
sin 2x( )lim
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Пределы:
1.
3x
sin x x 3
lim
2.
0x
ln x( )lim
3.
x
ex
x4
lim
4.
0x
1 cos x( )
x2
lim
5.
0x
x sin x( )
x3
lim
6.
0x
x ln x( )lim
7.
x
xn
ex
lim
16.
x
sin x( )2
1 cos x( )2
lim
15.
14.3x
x2
9
x 1 2lim1x
3x2
x 2
4x2
5x 1lim
13.
1x
x
x 1
1
ln x( )
lim
12.
11.
4x
x2
6x 8
x 4lim
10.
0x
sin 2x( )
xlim
9.
2x
2x tan x( )lim
0x
1 x 1
xlim
8.
0
2
x1
a sin x( ) b sin x( )( )2
d8. Для a 1
0
x1
1 a cos x( )( )2
d7.
0
2
xsin x( )( )2
d
0
x1
1 x( ) x
d5.
0
x1
1 x( ) x4
d3. 4.
0
1
xxp 1
1 x( )p
d2.
0
1
x1
1 x x2
d1. Вычислить для p 0
33.
0x
ex
1
3xlim
34.
0x
x 9 3
sin 6x( )lim
Определённые интегралы:Подсказка: Если интеграл не определяется, то попробуйте использовать
символьную стрелку с полем, в которое вставьте ключевое слово assume, что означает "Примем, что" и после запятой укажите возможный интервал изменения одного из параметров, например:
Построив график функции xn 1
ex
для
различных n можно видеть, что функция при
n 0 претерпевает разрыв. Поэтому
интеграл решается только для n>0.
0
xxn 1
ex
d Не решается
p 0
10 0 1050
0
50
xp 1
ex
x
0
xxn 1
ex
d assume n 0 n( )
Результат получен в виде гамма функции, о которой подробнее можно узнать в справке, набрав в поиске gamma func.
10( ) 362880
1
2
3.545 10( ) 10
Результат для n<-1 не может быть получен для действительных чисел.
2 5 0.0050619 0.0045458i
Задание 3. Упростить следующие выражения (определенные
интегралы):
Подсказка: Если интеграл не определяется, то попробуйте
использовать символьную стрелку с полем, в которое вставьте ключевое
слово assume, что означает "Примем, что" и после запятой укажите
возможный интервал изменения одного из параметров, например:
p 0
10 0 1050
0
50
xp 1
ex
x
0
xxn 1
ex
d assume n 0 n( )
Результат получен в виде гамма функции, о которой подробнее можно узнать в справке, набрав в поиске gamma func.
10( ) 362880
1
2
3.545 10( ) 10
Результат для n<-1 не может быть получен для действительных чисел.
2 5 0.0050619 0.0045458i
15
9. 0
xsin a2
x2
d11.
0
xsin x
2
2
d10.
0
xsin m x( )( )
3
x
d
0
2
x1
a sin x( ) b sin x( )( )2
d8. Для a 1
0
x1
1 a cos x( )( )2
d7.
0
2
xsin x( )( )2
d
0
x1
1 x( ) x
d5.
0
x1
1 x( ) x4
d3. 4.
0
1
xxp 1
1 x( )p
d2.
0
1
x1
1 x x2
d1. Вычислить для p 0
9. 0
xsin a2
x2
d11.
0
xsin x
2
2
d10.
0
xsin m x( )( )
3
x
d
0
2
x1
a sin x( ) b sin x( )( )2
d8. Для a 1
0
x1
1 a cos x( )( )2
d7.
0
2
xsin x( )( )2
d
0
x1
1 x( ) x
d5.
0
x1
1 x( ) x4
d3. 4.
0
1
xxp 1
1 x( )p
d2.
0
1
x1
1 x x2
d1. Вычислить для p 0
12. 13.
0
xx2
er2
x2
d 14.
0
x1 e
ax2
x2
d
0
xsin mx( )( )
3
x
d
0
1
xln x( )( )
2
1 x2
d
0
1
x
x2
ln1
x
1 x
d
0
1
x
ln1
x
1 x
d
0
xx2
e
x
2
d26. 25.
0
xx ex2
d24.
1
x1
x2
x2
1
d
0
1
xxn 1
ex
d23.
0
1
xln x( )
d22.
1
1
x1
1 x2
d21.
0
1
xln1
x
1 x2
d
0
x1
1 x2
d
0
1
xln x( )( )
2
1 x2
d18. 20. 19.
0
1
x
ln1
x
1 x
d17.
0
1
x
x2
ln1
x
1 x
d16. 15.
0
1
xln x( )( )
2
1 x2
d
0
xsin mx( )( )
3
x
d
0
x1 e
ax2
x2
d
0
xx2
e
x
2
d26. 25.
0
xx ex2
d24.
1
x1
x2
x2
1
d
0
1
xxn 1
ex
d23.
0
1
xln x( )
d22.
1
1
x1
1 x2
d21.
0
1
xln1
x
1 x2
d
0
x1
1 x2
d
0
1
xln x( )( )
2
1 x2
d18. 20. 19.
0
1
x
ln1
x
1 x
d17.
0
1
x
x2
ln1
x
1 x
d16. 15.
0
1
xln x( )( )
2
1 x2
d
0
xsin mx( )( )
3
x
d
0
x1 e
ax2
x2
d
16
Задание 4. Упростить следующие выражения (неопределенные
интегралы):
17
Задание 5. Упростить следующие выражения (суммы):
18
7. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ И СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ
При оценке выполнения студентами заочной формы обучения
домашней контрольной работы преподавателем устанавливаются критерии
оценки. Форма оценивания задания выбирается преподавателем и может
быть в виде ответов на вопросы. По итогу выполнения домашней
контрольной работы студент может получить следующие оценки:
оценка «зачтено» выставляется, если студент правильно и
полностью выполнил задания; если студент правильно выполнил часть
задания (не менее 75% от общего объема работы); если студент выполнил
полностью задания, но с небольшими недочетами.
оценка «незачтено» выставляется, если студент частично
выполнил задания (менее 75% от общего объема работы); если студент
выполнил полностью задания, но со значительными недочетами.
19
8. ПРАВА И ОБЯЗАННОСТИ ОБУЧАЮЩИХСЯ
Студенты при изучении дисциплины «Компьютерное
моделирование», выполнении практических работ, домашней контрольной
работы имеют право на:
получение в период лабораторно-экзаменационной сессии
консультаций преподавателя по различным вопросам, возникающим при
изучении дисциплины;
использование учебно-методического материала дисциплины
«Компьютерное моделирование».
К обязанностям студентов при изучении дисциплины «Компьютерное
моделирование», выполнении практических работ, домашней контрольной
работы относятся:
добросовестно относится к изучению дисциплины;
своевременно выполнить и предоставить для проверки
преподавателю домашнюю контрольную работу;
выполнять домашнюю контрольную работу согласно своему
варианту;
использовать для изучения дисциплины, выполнения
практических работ, домашней контрольной работы современную
техническую и справочную литературу;
соблюдать технику безопасности в учебных аудиториях, Правила
внутреннего распорядка для обучающихся и другие локальные акты
колледжа.
20
9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Методические указания для студентов заочной формы обучения по
составлены в соответствии с рабочей программой дисциплины
«Компьютерное моделирование» и способствуют реализации требований
Федерального государственного образовательного стандарта (далее – ФГОС)
к уровню подготовки выпускников по специальностям среднего
профессионального образования: по специальности 15.02.07 Автоматизация
технологических процессов и производств (по отраслям).
Могут быть использованы преподавателями и студентами заочной
формы обучения специальности 15.02.07 Автоматизация технологических
процессов и производств (по отраслям).
Представленный материал в методических указаниях содержателен,
имеет практическую направленность и способствует студентам заочной
формы обучения изучить дисциплину «Компьютерное моделирование» и
приобрести общие и профессиональные компетенции для будущей
профессиональной деятельности.
21
10. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основные источники:
1. Елизаров, И.А., Мартемьянов, Ю.Ф., Третьяков А.А., и др.
Моделирование систем / И.А. Елизаров и др–М.: Лань. 2017.
2. Малышева Т.А. Численные методы и компьютерное
моделирование. Лабораторный практикум по аппроксимации функций
[Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / Т.А. Малышева. —
Электрон. текстовые данные. — СПб. : Университет ИТМО, 2016. — 33 c. —
2227-8397. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/67833.html.
3. Моделирование электрических фильтров в САПР. Electronics
Workbench [Электронный ресурс] : руководство к лабораторным работам / .
— Электрон. текстовые данные. — М. : Палеотип, 2014. — 28 c. — 978-5-
94727-684-8. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/48678.html.
4. Павлова О.А. Решение задач на ЭВМ: MathCAD [Электронный
ресурс] : практикум / О.А. Павлова. — Электрон. текстовые данные. —
Саратов: Вузовское образование, 2018. — 53 c. — 978-5-4487-0240-2. —
Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/75275.html.
5. Трухин, М.П. Основы компьютерного проектирования и
моделирования радиоэлектронных средств. Учебное пособие/ М.П. Трухин –
М.: Лань. 2015.
6. Тупик Н.В. Компьютерное моделирование [Электронный ресурс] :
учебное пособие / Н.В. Тупик. — Электрон. текстовые данные. — Саратов:
Вузовское образование, 2013. — 230 c. — 2227-8397. — Режим доступа:
http://www.iprbookshop.ru/13016.html.
7. Федоров, С.Е.Компьютерное моделирование и исследование систем
автоматического управления :учебно-методическое пособие/С.Е Федоров. –
М.: Лань. 2016.
22
Дополнительные источники:
8. Афанасьев В.Н. Анализ временных рядов и прогнозирование
[Электронный ресурс] : учебник / В.Н. Афанасьев. — Электрон. текстовые
данные. — Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2018. — 295 c. — 978-5-4486-0410-2.
— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/78217.html.
9. Жидков Е.Н. Вычислительная математика: уч. пособие для студ.
ВУЗов. [текст]/ Жидков Е.Н. -М.: Академия. 2010. - 208 с.
10. Канцедал С.А. Дискретная математика: уч. пособие для студ. СПО
[текст]/ Канцедал С.А. - М.: Изд. Форум, ИНФРА-М, 2011. - 224 с.
11. Лаптева Т.М. Методы приближения функций в задачах
нефтегазового дела [текст]/ Лаптева Т.М. - М.: ВНИИГАЗ., 2011. - 286 с.
12. Лапчик М.П. Численные методы моделирование: уч. пособие для
студ. ВУЗов. [текст]/ Лапчик М.П.-М.: Академия. 2009. - 384 с.
13. Литвин Д.Б. Определенный интеграл. Функции нескольких
переменных [Электронный ресурс] : учебное пособие / Д.Б. Литвин, С.В.
Мелешко, А.А. Яновский. — 2-е изд. — Электрон. текстовые данные. —
Ставрополь: Ставропольский государственный аграрный университет,
Сервисшкола, 2017. — 63 c. — 2227-8397. — Режим доступа:
http://www.iprbookshop.ru/76041.html.
14. Павловский Ю.Н. Имитационное моделирование: уч. пособие для
студ. ВУЗов. [текст]/ Павловский Ю.Н. - М.: Академия. 2012. - 236 с.
15. Семакин И.Г. Основы алгоритмизации и программирования:
учебник для студ. СПО [текст]/ Семакин И.Г. - М.: Академия. 2011. - 400 с.
16. http://users.kaluga.ru/math/ - сайт "Компьютерная математика", обзор
основных математических пакетов.
![[Youdz.ru] свобода и ответственность](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/58ab87c01a28ab3e738b610b/youdzru--58abce27a3a74.jpg)
