Раб.прог Датчики-4k_1sem_бак

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Московский институт электроники и математики Национального
исследовательского университета "Высшая школа экономики"
Факультет электроники и телекоммуникаций
Программа дисциплины
“Датчики и устройства связи с объектом в технических системах”
для подготовки специалистов.
Направление подготовки 550200 Автоматизация и управление
Специальность 220201.65 - Управление и информатика в
технических системах
Автор программы:
Потомский Сергей Юрьевич, доцент, e-mail: [email protected]
Одобрена на заседании кафедры МТМИТ
Зав. кафедрой [В. П. Кулагин]
Рекомендована профессиональной коллегией
УМС по электронике
Председатель С.У. Увайсов
«___»____________ 20 г
«___»____________ 20 г
Утверждена Учёным советом МИЭМ
«___»_____________20 г.
Ученый секретарь В.П. Симонов ________________________ [подпись]
Москва, 2013 год
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями
университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
1. Область применения и нормативные ссылки
Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к
знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и
отчетности.
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных
ассистентов и студентов направления подготовки 220400.62 «Управление в технических
системах», изучающих дисциплину «Датчики и устройства связи с объектом в технических
системах».
Программа разработана в соответствии с:
 ФГОС ВПО по направлению подготовки 220400.62 «Управление в технических
системах»;
 Образовательной программой 220400.62 «Управление в технических системах».
 Рабочим учебным планом университета по направлению подготовки 220400.62
«Управление в технических системах», утвержденным в 2013 г.
2. Цели освоения дисциплины
Цели освоения дисциплины "Датчики и устройства связи с объектом в технических системах":




Целью данной дисциплины является изучение общих принципов
функционирования аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей
Приобретения знаний и практического опыта в области исследования
функциональных схем АЦП (проектирование, расчет и построение временных
диаграмм работы)
Изучение и обеспечение основ для последующих курсов, посвященных созданию
современных систем управления в состав которых входят цифровые устройства связи
с объектом.
Практическое освоение современных инструментальных средств, используемых в
проектировании АЦП.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен:
Изучение курса «Датчики и устройства связи с объектами управления в
технических системах» должно способствовать выработке представлений о
возможности применения датчиков и устройств связи в народном хозяйстве.
Ознакомление с примерами применения изучаемых устройств в системах
автоматического управления.
 ЗНАТЬ основные принципы функционирования АЦП и ЦАП
 УМЕТЬ разрабатывать функциональные схемы АЦП и проводить их
расчет и анализ.
В результате освоения дисциплины студент осваивает следующие компетенции:
Компетенция
Способность владеть культурой
мышления, способность к
обобщению, анализу, восприятию
информации, постановке цели и
выбору путей её достижения
Код по
ФГОС/
НИУ
ОК-1
Дескрипторы – основные
признаки освоения
(показатели достижения
результата)
Демонстрирует
способность к
самостоятельному
обобщению и анализу
информации, постановке
цели и выбору путей её
достижения
Способность к саморазвитию,
ОК-6 Демонстрирует
повышению своей квалификации и
способность к
мастерства
саморазвитию и
повышению своей
квалификации
Способность использовать
ОК-10 Демонстрирует
основные законы
способность применять
естественнонаучных дисциплин в
методы математического
профессиональной деятельности,
анализа и моделирования
применять методы
в процессе решения
математического анализа и
поставленной
моделирования, теоретического и
преподавателем задачи
экспериментального исследования
Готовность учитывать
ПК-3 Демонстрирует
современные тенденции развития
Готовность учитывать
электроники, измерительной и
современные тенденции
вычислительной техники,
развития электроники,
информационных технологий в
измерительной и
своей профессиональной
вычислительной техники,
деятельности.
информационных
технологий в своей
профессиональной
деятельности
Способность производить расчеты ПК-10
Демонстрирует
отдельных блоков и устройств
способность
систем автоматизации и
производить
управления
расчеты отдельных
блоков и устройств
систем
автоматизации и
управления
Формы и методы
обучения,
способствующие
формированию и
развитию компетенции
Практические
занятия и
самостоятельная
работа студентов
Самостоятельная
работа студента
Практические
занятия и
самостоятельная
работа студентов
Практические
занятия и
самостоятельная
работа студентов
Практические
занятия
4. Место дисциплины в структуре образовательной программы
Настоящая дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла и блоку
дисциплин, обеспечивающих подготовку бакалавра по направлению 220400.62 «Управление
в технических системах».
Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
 «Теоретические основы электротехники».
 ”Электронные устройства технических систем”
 “Теория автоматического управления»
 Метрология и сертификация
Для освоения учебной дисциплины, студенты должны владеть следующими знаниями и
компетенциями:
 иметь навыки самостоятельной работы с литературой;
Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении
следующих дисциплин:
 Технические средства автоматизации и управления
5. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы
Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
И (или) другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
108
72
18
54
6. Содержание дисциплины.
6.1 Разделы дисциплины и виды занятий
36
Семестр
7
108
51
18
54
36
Экзамен
(16)
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
Раздел дисциплины
Введение.
Основные типы устройств связи с объектом
управления
Аналогово-цифровые преобразователи.
Общие сведения
АЦП пространственного кодирования
АЦПК
Число-импульсные преобразователи
Аналогово-цифровые преобразователи
уравновешивания
Цифро-аналоговые преобразователи ЦАП.
Общие сведения
Устройства ввода и вывода дискретных и
число-импульсных сигналов.
Аудиторные занятия
Лекции ПЗ (или С) ЛР
*
*
*
*
*
*
*
*
*
6.2 Содержание разделов дисциплины
1. ТЕМА 1. Основные типы устройств связи с объектом управления (2 часа).
2. ТЕМА 2. Аналого-цифровые преобразователи. Общие сведения.
Функции
аналого-цифровых
преобразователей
в
современных
автоматических устройствах и системах.
Классификация АЦП по способу измерения параметров преобразуемых
величин.
Классификация
АЦП
по
структурным
признакам.
Классификация
АЦП
по
физическому
принципу
действия.
Классификация АЦП по конструктивным признакам. Классификация
АЦП по функциональному назначению.
Основные параметры и методы оценки качества АЦП. Метрологические
характеристики АЦП. Методы оценки точности АЦП. Методы
уменьшения погрешностей АЦП. Оценка надежности АЦП и методы ее
повышения (4 часа).
3. ТЕМА 3.АЦП пространственного кодирования АЦПК.
Комбинированные коды. Циклические коды. Корректирующие коды.
Погрешности
воспроизведения
уровней
квантования
АЦПК.
Классификация
АЦПК.
Кодирующий
АЦПК.
Квантующий
развертывающий АЦПК. Погрешности считывания информации. Метод
двойной щетки, V-код. Построение
АЦПК. Генераторные АЦПК.
Параметрические АЦПК. Контактные АЦПК. АЦПК индуктивного,
4.
5.
6.
7.
взаимноиндуктивного и емкостного типов. Основные параметры и
характеристики. Достоинства и недостатки (2 часа).
ТЕМА 4. АЦП временного типа.
Принципы построения. АЦП последовательного считывания. АЦП
параллельного считывания.
Аналого-цифровые преобразователи перемещений временного типа
АЦППВ, АЦППВ с промежуточным преобразованием в фазовый сдвиг.
Погрешности АЦП. Компенсация погрешностей АЦП. Коррекция
погрешностей АЦП.
АЦППВ с промежуточным преобразованием в частоту. Погрешности
АЦП. Компенсация погрешностей АЦП. Коррекция погрешностей АЦП.
Аналого-цифровые преобразователи напряжений временного типа.
АЦППВ с линейной и нелинейной разверткой. Погрешности АЦП.
Компенсация погрешностей АЦП. Коррекция погрешностей АЦП.
АЦППВ с двойным интегрированием. Погрешности АЦП. Основные
характеристики аналого-цифровых преобразователей временного типа.
Достоинства и недостатки (12 часов).
ТЕМА 5. Аналого-цифровые преобразователи уравновешивания.
Аналого-цифровые преобразователи поединичного уравновешивания.
Погрешности АЦПП. Параметры и характеристики.
Аналого-цифровые преобразователи поразрядного уравновешивания.
Погрешности АЦПП. Параметры и характеристики.
Аналого-цифровые преобразователи непрерывного уравновешивания.
Погрешности АЦПП. Параметры и характеристики (6 часов).
ТЕМА 6. Цифро-аналоговые преобразователи ЦАП. Общие сведения.
Классификация ЦАП. Параметры и характеристики ЦАП. Использование
ЦАП в современных системах автоматики. Преобразователи цифровых
величин в напряжение:
ЦАП с “весовыми” резисторами. ЦАП на основе резисторной матрицы
“R-2R”. ЦАП с источниками тока.
Преобразователи цифровых величин во временные интервалы. ЦАП
сравнивающего типа. ЦАП с элементами задержки.
Преобразователи цифровых величин в перемещение. ЦАП прямого
преобразования. ЦАП с отрицательной обратной связью (8 часов).
ТЕМА 7. Устройства ввода и вывода дискретных и число-импульсных
сигналов (2 часа).
Семестр №7
Номер Номер
недели темы
1
1
2
2
3
3
4
3
5
4
6
4
7
4
8
4
9
4
10
4
11
5
12
5
13
5
14
5
15
6
Наименование вопросов
Л
Основные типы устройств связи с
объектом
управления
Классификация АЦП, общие
сведения
АЦП пространственного
кодирования (АЦППК), коды,
применяемые в АЦППК
Генераторные и параметрические
АЦППК
Аналого-цифровые преобразователи
временного типа
(АЦППВ). Принципы построения
АЦППВ
АЦППВ последовательного и
параллельного
считывания
АЦППВ с промежуточным
преобразованием в
фазовый сдвиг.
Погрешности АЦППВ фазового
типа
АЦППВ с
промежуточным преобразованием
частоту.
АЦП напряжений временного типа.
Основные характеристики АЦППВ.
Аналого-цифровые преобразователи
уравновешивания
(АЦПУ).
АЦП поединичного
уравновешивания.
АЦП поразрядного
уравновешивания.
АЦП непрерывного
уравновешивания.
Цифро-аналоговые
преобразователи (ЦАП).
Преобразователи цифровых
*
П
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
в
*
*
*
*
*
*
16
6
17
6
18
7
величин в напряжение
Преобразователи цифровых
величин во временной
интервал
Преобразователи цифровых
величин в перемещение
Устройства ввода и
вывода
дискретных
число-импульсных сигналов
*
*
*
и
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
7.1 Рекомендуемая литература
а) Основная литература
1. «Электрические измерения неэлектрических величин». Под ред.
Новицкого П.В., Л., Энергия, 1975г.
2. Бабиков М.А., Косинский А.В. «Элементы и устройства автоматики». М.,
Высшая школа, 1975г.
3. «Справочник по средствам автоматики». Под ред. Низэ В.Э., Антика
И.В., М., Энергоатомиздат, 1983г.
4. «Измерения в промышленности». Под ред. Агейкина Д.И., М.,
Металлургия, 1980г.
5. Левшина Е.С., Новицкий П.В. «Измерительные преобразователи». Л.,
Энергоатомиздат, 1983г.
6. «Проектирование датчиков для измерения механических величин». Под
ред. Осадчего Б.П., М., Машиностроение, 1979г.
7. Аш Ж. И др. «Датчики измерительных систем». М., Мир, 1992г.
8. Гитис Э.И., Пискулов Е.А. «Аналого-цифровые преобразователи». М.,
Энергоиздат, 1981г.
9. Бахтиаров Г.Д., Малинин В.В., Школин В.П. «Аналого-цифровые
преобразователи». М., Советское радио, 1980г.
10.Домрачев В.Г., Мейко Б.С. «Цифровые преобразователи угла». М.,
Энергоиздат, 1984г.
11.Бабиков М.А., Косинский А.В. «Элементы и устройства автоматики». М.,
Высшая школа, 1975.
12.Домрачев В. Г., Матвеевский В. Р., Смирнов Ю.С. «Схемотехника
цифровых преобразователей перемещений». М., Энергоатомиздат, 1987г.
13.Косинский А.В., Матвеевский В.Р., Холомонов А.А. Аналого-цифровые
преобразователи перемещений. М., Машиностроение, 1991.
7.2 Средства обеспечения дисциплины.
7.2.1. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Лаборатория «Информационное обеспечение систем управления», c 12 ПК
типа
IBM-PC
с
установленным
программным
обеспечением
схемотехнического моделирования NI Multisim.