Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» Кафедра «__________________________________________________» АННОТАЦИЯ К РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ по дисциплине «______СД.Ф.02.01 Аналитические методы в приборостроении_______» направления подготовки «__________________190100 Приборостроение____________________» форма обучения – очная курс – 4 семестр – 7 часов в неделю – всего часов – 100, в том числе: лекции – 51 практические занятия – 17 самостоятельная работа – 32 экзамен – 7 семестр Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «___»____________ 2010года, протокол №_____ Зав. кафедрой ___________ (Мельников ЛА.) Рабочая программа утверждена на заседании УМКС/УМКН «___»____________ 2010года, протокол №_____ Председатель УМКС/УМКН ________(Мельников ЛА.) Саратов 2013 1. Цели и задачи дисциплины Цель преподавания курса "Аналитические методы в приборостроении": Научить студентов применять современные достижения науки при описании математических моделей и изучении свойств электромеханических приборов и устройств по этим моделям. Основными задачами дисциплины являются: Изложение методов представления измерительной информации, измерительных сигналов, анализ обобщенной функциональной схемы прибора, виды информации человека. Изложение теории конечных поворотов в векторной, кватернионной форме, а также в углах Эйлера, Крылова-Эйлера, матрицах направляющих косинусов и кватернионных. Применение в приборах. Ознакомление со способами идентификации в приборах, с наблюдающими устройствами идентификации Льюинбергера, Калмана, Винера -Хопфа. Приложение к задачам электромеханических приборов. 2. Требования к знаниям и умениям студентов по дисциплине Студент должен знать материалы следующих дисциплин: 1 Высшая математика. 2 Электротехника. 3 Теория автоматического управления. 4 Теоретическая механика. 3 Распределение времени по темам и видам занятий 1 1 Понятие приборостроения. Классификация. 2 Примеры электромеханических приборов: инерциальная навигационная система на основе трехосного гиро-стабилизатора для летательного ап-парата, тепловизор, офтальмокоагулятор. Принципы томографии и их электро- 2 механические устройства, гиромельница Граммеля и ее модернизированный вариант. 2 2 Сам. работа Лабораторные занятия Практические занятия Лекции Наименование темы Всего часов № темы № недели № модуля Часы 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 Обобщенная функциональная схема электромеханического прибора. Выде-ление в нем узлов и приборов коорди-нирования (навигации) и ориентации, измерительных, усилительных, вычис-лительных и исполнительных устройств. Измерения и измерительная информация. Статические и динамические погрешности измерительных приборов. Понятие погрешности и точности, диапазона измерения, количества информации. Виды информации. Количественное описание информации. Свойства энтропии. Меры информации Шеннона и Хартли. Пример. Схема взаимодействия человека с внеш-ним миром. Анализ измерительных и двигательных свойств органов человека. Измерительные сигналы. Классифи-кация их. Представление сигналов во временной области. Квантование и дис-кретизация сигналов. Модуляция и дете-ктирование сигналов. Аналитическое описание задач позиционирования и ориентирования. О числе независимых координат, определяющих положение свободного твер-дого тела. Теорема Шаля. Кинемати-ческие параметры, используемые для за-дания углового движения. Углы Эйлера и Эйлера Крылова. Кинематические параметры, направляющие косинусы углов между осями. Вектор конечного поворота. параметры Родрига - Гамильтона, параметры КейлиКлейна. Матричные и кватер-нионные объекты, используемые при описании углового движения: матрица направляющих косинусов. Кватернионы и их свойства, геометрическая интерпритация. Матрицы параметров Кейли- Клейна, матрицы параметров Родрига - Гамильтона и их свойства. Ортогональные преобразования коор-динат, преобразования базисов. Пре-образования координат вектора при его повороте. Взаимосвязь матрицы направ-ляющих косинусов с элементами векто-ра конечного поворота. Определение па-раметров Родрига Гамильтона через элементы матрицы направляющих косинусов. Преобразование координат при помощи кватернионов и кватернионных матриц. Систематизация формул преобразования координат. 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 8 1 9 1 10 1 11 1 12 2 13 2 14 2 15 Формулы сложения конечных поворо-тов с 2 помощью матриц направляющих косинусов, с помощью кватернионов, с помощью кватернионных матриц, с по-мощью векторов конечных поворотов. Формализм решения задач ориентации: 2 решение прямых и обратных задач, применение формул сферической тригоно-метрии. Пример пересчета g и T к объектовому 2 базису с помощью МНК и кватернионных матриц. Две формы кинематических уравнений Эйлера в связанном и опорном базисах. Уравнения Пуассона. Кватернионные кинематические дифференциальные уравнения. Матричные кватернионные кинематические уравнения. Уравнения в координатной форме (все для связанного и опорного базисов). Дискретные кинематические уравнения Пуассона, Эйлера, кватернионные. Алгоритмы численного интегрирования. Корректируемые кинематические урав-нения на основ уравнений Эйлера, ква-тернионных , Пуассона. Применение некорректируемых и корректируемых кинематических уравне-ний к решению задач ориентации и на-вигации. Кинематические уравнения на основе кватернионных матриц и их применение в задачах ориентации, навигации и позиционирования. Элементы теории управления, основанной на принципах пространства состояний. Понятие об идентификации параметров вектора пространства состояния систем. Наблюдающие устройства идентификации. Постановка задачи и структурные схемы. Математическая модель наблюдающего устройства идентификации Льюинбер-гера. Переход к дискретной модели. Свойство разделимости корней. Мо-дальное управление в приборах и сис-темах. Стандартные формы, анализ их свойств. Применение наблюдателей в гироскопических, медицинских прибо-рах. Анализ их свойств и погрешностей. Оптимальная фильтрация. Матмодель Винера Хопфа. Переход к опти-мальному фильтру Калмана - Бьюси. Непрерывная и дискретная модели. Применение в приборах ориентации, навигации и медицинского потребления. Скалярное оценивание и его применение. 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 16 Применение теории НУИ к компенса- 2 ционному измерителю давления. Электромеханическая схема и принцип дей-ствия компенсационного измерителя давления. Уравнения движения компен-сационного измерителя давления. Применение метода модального управ-ления 2 для синтеза электрической пру-жины. Расчеты параметров НУИ Льюинбергера электрической пружины. Расчет статических характеристик изме-рителя с НУИ Льюинбергера. Оценивание внешних воздействий в 2 измерителе давления. Применение оптимального фильтра Калмана в цепи обратной связи ИД. Уравнения ИД с отрицательной об-ратной связью с учетом численных зна-чений коэффициентов. Итого 2 2 2 1 2