ПРОГРАММА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
УТВЕРЖДЕНО
УЧЕНЫМ СОВЕТОМ ФАКУЛЬТЕТА ЭТМО
__________________ В.И.КАРАКЕЯН
28 марта 2008 г.
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 05.13.06
“АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И
ПРОИЗВОДСТВАМИ”
Москва 2008
В основу программы положены следующие вузовские дисциплины: «Теория
автоматического управления», «Идентификация и диагностика систем», «Управление гибкими
производственными системами», «Алгоритмические и технические средства обработки
сигналов», «Метрология, стандартизация и сертификация», «Прикладная теория информации»,
«Локальные системы управления»
ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Виды автоматических систем, законы управления, классификация по решаемым задачам.
Математическое описание элементов и систем. Линеаризация при малых отклонениях.
Дифференциальные уравнения, передаточные функции, частотные характеристики.
Построение логарифмических частотных характеристик.
Устойчивость линейных автоматических систем. Критерии устойчивости Гурвица,
Михайлова, Найквиста. Понятие об астатизме. Связь астатизма с передаточными функциями,
частотными характеристиками и установившимися ошибками при воспроизведении сигналов
типа многочленов. Требования к точности систем в установившемся режиме и их связь с
частотными характеристиками.
Связь частотных характеристик разомкнутых и замкнутых систем, номограммы
замыкания. Требования к качеству переходного процесса и их связь с частотными
характеристиками. Интегральные оценки качества.
Синтез регулятора по заданным техническим требованиям.
Способы повышения точности автоматических систем. Способы повышения качества.
Синтез местных обратных связей по заданным техническим требованиям к автоматической
системе.
Понятие об инвариантности.
Нелинейные САУ. Метод фазовой плоскости. Метод гармонической линеаризации.
Релейные системы и системы с переменной структурой. Скользящие режимы. Устойчивость
нелинейных систем. Первый и второй метод Ляпунова. Метод Попова.
Случайные процессы в САУ. Задачи анализа и синтеза САУ при случайных
воздействиях.
Характеристики случайных сигналов. Прохождение случайного сигнала через линейное
звено. Расчет линейной САУ при случайных воздействиях. Оптимальная фильтрация по методу
Винера.
Прохождение случайного сигнала через нелинейное звено. Расчет нелинейных систем
методом статистической линеаризации.
Цифровые системы управления (ЦСУ). Структура ЦСУ. Теорема Котельникова. Прямое
и обратное Z-преобразование. Структурные схемы цифровых систем.
Математическое описание дискретных систем в пространстве состояний. Дискретизация
уравнений состояния непрерывных систем. Способы составления уравнений состояния. Выбор
переменных состояния. Решение дискретных уравнений состояния.
Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. Выбор управления по заданному
расположению корней характеристического многочлена.
Оценивание состояния. Цифровой детерминированный наблюдатель состояния. Синтез
ЦСУ с наблюдателем состояния. Фильтр Кальмана.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Общие сведения о производственном процессе как объекте автоматизации. Схемы
автоматизации.
Показатели
производственного
процесса.
Показатели
поточного
производственного процесса.
Особенности
автоматизации
производственных
процессов.
Чувствительность
производственного процесса. Математические модели производственных процессов. Модель в
2
виде графа. Модель в виде системы массового обслуживания. Лингвистическая модель.
Семиотические и знаковые модели.
Основные модели моделирования. Оптимизация процессов управления в
автоматических режимах. Методы исследования синтеза и оптимизации больших
автоматических систем. Применение специализированных ЭВМ в системах автоматического
управления производственными процессами.
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ
Основные понятия метрологии и измерительной техники. Классификация методов
измерений. Погрешности измерений.
Метрологическое обеспечение измерений: классы эталонов, эталоны основных величин
в единицах системы СИ. Эталоны метра, массы, времени и частоты, температуры МТШ-90,
тока, силы света, химического состава. Эталоны производных величин: напряжения, удельной
проводимости, жидкости, сопротивлений.
Размерности основных и производных величин. Основы теории размерностей. Питеорема, примеры применения ее для анализа уравнений физических величин.
Анализ методов планирования элементов. Факторное планирование.
Полный и дробный факторные эксперименты. Матрицы плана эксперимента.
Критериальные оценки плана эксперимента.
Погрешности прямых и косвенных измерений. Синтез алгоритмов оценки погрешностей
при статистических и не статистических методах обработки результатов измерений. Априорная
и апостериорная неопределенности любых измерений.
Шкалы измерений – классификация и анализ.
Международное руководство по выражению неопределенности измерений.
Средства измерений. Характеристики и меры.
Нормативы стандартизации. Виды стандартов. Методические основы стандартизации.
Методы стандартизации. Международная стандартизация, структура.
Сертификация: основные положения. Сертификация качества. Понятие оценки качества
(квалиметрия). Система качества ИСО-9000. Управление качеством.
Системы сертификации. Схемы сертификации. Проведение сертификации.
Аккредитация органов по сертификации испытаний средств измерений.
ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Системы управления и локальные системы. Место устройств логического управления в
автоматизации производственных, вычислительных и других процессах.
Способы описания автоматических систем. Алгоритмы. Графы. Таблицы. Матрицы.
Логические комбинационные функции и электронные схемы.
Табличная форма описания систем логического управления и ее связь с графовой и
матричной формами.
Структурные и абстрактные автоматы, их назначение и особенности. Способы задания
абстрактных автоматов. Элементарные автоматы. Триггеры и их матрицы. Асинхронные и
синхронные автоматы Программируемые логические матрицы. Алгебра автоматов. Теоретикомножественные операции. Композиция. Декомпозиция.
Структурный матричный синтез на JK - триггерах. Синтез автоматических систем на
схемной и программируемой логике. Структурный синтез с применением карт Карно.
Автоматы Мили и автоматы Мура. Переход от автомата Мили к автомату Мура. Переход
от автомата Мура к автомату Мили.
Потоковые системы. Функции и плотности распределения. Потоки Пуассона.
Марковские системы. Уравнения равновесия. Пример решения. Потоковые системы с
асинхронными интервалами. Пример вероятностной системы с двумя состояниями.
Конкурентные переходы. Циклы.
3
ИДЕНТИФИКАЦИЯ И ДИАГНОСТИКА СИСТЕМ
Понятие идентификации объектов управления и динамических систем. Связь задачи
идентификации и задачи управления. Сложный объект управления, его входные и выходные
координаты.
Методы идентификации динамических систем. Априорная идентификация.
Детерминированные и статистические методы идентификации. Использование
временных характеристик h(t) и w(t).. Типы идентифицируемых объектов управления и
динамических систем в зависимости от исходной информации. Параметрическая
идентификация.
Использование частотных характеристик A(),L(), ().
Использование звена запаздывания при идентификации систем с помощью временных
характеристик.
Учет нелинейностей реальных элементов динамических систем при идентификации.
Идентификация случайных воздействий динамических систем. Определение оценок
статистических характеристик mx и Dx Определение интервала дискретизации при съеме
исходных данных. Понятие интервала корреляции k.
Типовой вид Rx() и Rxy(), определение интервала дискретизации для расчета
корреляционных функций случайных воздействий. Определение оценки корреляционных
функций случайных воздействий. Нормирование функций.
Использование метода регрессионного анализа при идентификации систем. Постановка
задачи. Понятие нормализованных переменных. Виды линейной и нелинейной моделей.
Теоретические предпосылки регрессионного анализа при идентификации объектов и
систем. Организация пассивного эксперимента. Использование метода наименьших квадратов
при определении оценок коэффициентов регрессионной модели ОИ.
Алгоритм построения регрессионной модели ОИ. Выбор интервала дискретизации.
Оценка работоспособности регрессионной модели. Понятие коэффициента множественной
корреляции. Адекватность модели.
Метод адаптивной модели. Структура синтезатора динамических характеристик
адаптивной модели. Адаптивная система с идентификатором.
Корреляционные методы идентификации динамических систем. Использование входных
сигналов типа «белого шума» в качестве тестовых сигналов. Уравнение Винера-Хопфа.
Псевдо-случайные двоичные сигналы (ПСДС). Свойства ПСДС. Использование ПСДС в
корреляционных методах идентификации.
Аппроксимация динамической характеристики w(t) в корреляционных методах c
помощью базисных функций. Структура модели на фильтрах Лагерра.
Техническая диагностика (ТД). Основные задачи ТД. Понятие исправности ОД,
работоспособности, правильности функционирования.
Типы систем диагностирования (СД). Функциональные схемы СД. Технические средства
диагностирования (СрД).
Предметы
исследования
ТД.
Понятие
элементарной
проверки,
глубины
диагностирования, контрольных точек ОД. Алгоритмы диагностирования.
Диагностические системы управления. Объекты диагностирования и их математические
модели. Модель исправного ОД и неисправного ОД.
АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ
СИГНАЛОВ
И
ТЕХНИЧЕСКИЕ
СРЕДСТВА
ОБРАБОТКИ
Цифровыe микросхемы комбинационного типа: преобразователи кодов, шифраторы и
дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры. Каскадирование мультиплексоров из «4 в
1» для реализации функций мультиплексора «из n в 1». Выходная функция мультиплексора «из
М в 1». Проектирование схем мультиплексоров и демультиплексоров.
Общая структура и классификация триггеров. Типы бистабильных ячеек (БЯ) и
особенности их функционирования. Основные структурные варианты асинхронных и
4
синхронных триггеров. Общая методика схемотехнического проектирования триггеров.
Триггеры с коммутирующими БЯ.
Последовательностные цифровые микросхемы. Структура и способы описания
функционирования. Общая структура и граф состояний последовательностных узлов.
Структурное проектирование последовательностных узлов на основе триггеров.
Типы регистров. Регистры с последовательным приемом и выдачей. Регистры
синхронизируемые уровнем и фронтом.
Типы счетчиков. Синхронные и асинхронные счетчики.
Генераторы чисел. Генераторы на основе счетчиков и регистров.
Сумматоры. Структура n-разрядного сумматора. Структура n-разрядного сумматоравычитателя. Сумматоры с последовательным и параллельным переносом.
Логическая схема 4-разрядного сумматора с ускоренным переносом. Структура 16разрядного сумматора с ускоренным переносом.
Арифметико-логические блоки. Структура АЛБ с параллельным и последовательным
формированием вспомогательных и логических функций.
Микропроцессоры. Обобщенная архитектура микропроцессора Архитектура PIC
микропроцессора. Программирование микропроцессоров. Использование микропроцессоров в
системах управления и контроля.
Программируемые логические матрицы и схемы памяти.
Интегральные операционные усилители и их применение. Определение идеального
операционного усилителя. Основные соотношения и схемы включения операционного
усилителя в режимах инвертора с регулируемым усилением, не инвертирующего усилителя с
регулируемым усилением, сумматора-вычитателя, преобразователя тока, прецизионного
аттенюатора и повторителя напряжений, прецизионного выпрямителя, компаратора и
аналогового интегратора, дифференциатора, фазовращателя, логарифмирующего усилителя и
антилогарифмирующего усилителя, активного RС-фильтра НЧ, RC-полосового фильтра.
Полная частотная коррекция ОУ.
Интегральные стабилизаторы (регуляторы и их аппаратурное использование. Типы
стабилизаторов тока. Простейший стабилизатор тока. Стабилизатор тока с заземленной
нагрузкой.
Интегральные аналоговые преобразователи. Цифро-аналоговые преобразователи.
Структурные схемы ЦАП. Основные характеристики ЦАП. Аналого-цифровые
преобразователи. Методы аналого-цифрового преобразования. Основные характеристики АЦП.
Аналого-цифровой преобразователь двойного интегрирования. Принцип работы. Основные
соотношения и временная диаграмма. Аналого-цифровой преобразователь поразрядного
уравновешивания. Аналого-цифровой преобразователь параллельного типа. Функция
чувствительности.
ПРИКЛАДНАЯ ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ
Обобщенная структурная схема системы передачи информации. Сигналы измерительной
информации. Модуляция сигнала. Временная форма представления сигнала. Ортогональные
представления сигналов. Система функций Радемахера. Система функций Уолша.
Спектральные представления сигналов. Спектр периодического сигнала.
Три формы ряда Фурье. Распределение мощности в спектре периодического сигнала.
Спектры непериодических сигналов. Ряд Фурье в комплексной форме. Распределение энергии
в спектре непериодического сигнала.
Теорема Парсеваля. Сопоставление спектров периодических и соответствующих
непериодических
сигналов. Текущий спектр сигнала. Практическая ширина спектра
периодического и непериодического сигналов. Критерии выбора практической ширины
спектра.
Математические модели случайных сигналов. Числовые характеристики случайного
процесса. Стационарные и эргодические случайные процессы.
Числовые характеристики стационарного эргодического случайного процесса. Свойства
корреляционной функции стационарного случайного процесса. Спектральная плотность
5
случайного процесса. Преобразования Винера-Хинчина. Характеристики случайного процесса
типа "белый шум".
Эффективная ширина спектра случайного процесса с неравномерным энергетическим
спектром.
Преобразование непрерывных сигналов в дискретные. Квантование по уровню и
дискретизация по времени. Критерий Котельникова. Критерий Железнова. Критерий
допустимого отклонения.
Цифровая фильтрация. Z - преобразование числовой последовательности.
Импульсная характеристика цифрового фильтра. Частотный коэффициент передачи
цифрового фильтра. Типы цифровых фильтров. Синтез линейных цифровых фильтров. Синтез
ЦФ методом инвариантных импульсных характеристик. Синтез ЦФ методом инвариантных
частотных характеристик.
Количество информации и неопределенность. Энтропия как мера неопределенности.
Количество информации и неопределенность по Шеннону и Хартли. Свойства энтропии
дискретных сообщений. Энтропия непрерывных сообщений. Энтропия сложных сообщений.
Кодирование сигналов. Основные понятия и определения. Кодирование десятичных
чисел. Римская и Арабская системы счисления. Представление чисел в прямом, обратном и
дополнительном кодах. Код Грея.
Эффективное кодирование. Код Шеннона-Фано. Код Хаффмена. Кодовое дерево.
Префиксные коды.
Помехоустойчивое кодирование. Блоковые коды. Кодовое расстояние.
Обнаружение и исправление ошибок. Построение кодов с заданной исправляющей
способностью. Систематические коды. Производящая и проверочная матрицы. Обнаружение и
исправление ошибок систематическим кодом.
Код Хемминга.
Технические средства
кодирования и декодирования систематическим кодом.
Циклические коды. Основные свойства и способы построения. Свойства многочлена (Хn
– 1). Неприводимые многочлены. Построение разделимого и неразделимого циклических
кодов. Матричное представление циклического кода. Выбор образующего полинома.
Кодирующие и декодирующие устройства разделимого и неразделимого циклического кода.
Циклические коды, исправляющие пачки ошибок. Коды Боуза-Чоудхури-Хоквингема, Файра,
Рида-Соломона.
ЛИТЕРАТУРА
1. Теория автоматического управления. В 2-х частях. Под ред. А.А.Воронова. – М.:
Высшая школа, 1986. 62-50(075.8), Т-338.
2. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления. – М.:
Машиностроение, 1986.
3. Автоматизация измерений и контроля электрических и неэлектрических величин.
Под ред. д.т.н. А.А.Сазонова. – М.: Издательство стандартов, 1987.
4. Автоматизация технологического оборудования микроэлектроники. Под ред. д.т.н.
А.А.Сазонова. – М.: Высшая школа, 1991.
5. Управление гибкими производственными системами. Модели и алгоритмы. Под ред.
акад. С.В.Емельянова. – М.: Машиностроение, 1987.
6. Батырев Е.В. Алгоритмические и технические средства обработки сигналов - РИО
МИЭТ 2003.
7. Баранов С. И., Скляров В.А.. Цифровые устройства на программируемых БИС с
матричной структурой. - М.: Радио и связь,1986.
8. Арсеньев Ю.Н., Журавлев В.М. Проектирование систем логического управления на
микропроцессорах. - М.: Высшая школа, 1991.
9. Иванов Е.А., Сильченкова В.В. Линейные системы автоматического управления. М.:
МИЭТ, 1980.
10. Иванов Е.А., Сильченкова В.В. Исследование качества и синтез линейных систем
автоматического управления. - М.: МИЭТ, 1982.
11. Первозванский А.А. Курс теории автоматического управления. - М.: Наука, 1986
6
12. Иванов Е.А. Метод пространства состояний в теории линейных непрерывных и
цифровых систем управления. - М.: МИЭТ, 1990.
13. Сильвестров А.Н., Чинаев П.И. Идентификация и оптимизация автоматических
систем. - М.: Энергоатомиздат, 1987.
14. Дейч А.М. Методы идентификации динамических объектов. - М.: Энергия, 1979.
15. Глазунов
Л.П.,
Смирнов
А.Н.
Проектирование
технических
систем
диагностирования. – Л.: Энергоатомиздат, 1982.
16. Буравлев А.И. и др. Управление техническим состоянием динамических систем.- М.:
Машиностроение, 1995.
17. Сергеев А.Г., Латышев М.В., Теречеря В.В. Метрология, стандартизация,
сертификация. – М.: "Логос", 2001.
18. Никифоров А.Д., Бакиев Т.В. Метрология, стандартизация и сертификация. - М.:
Высшая школа, 2002.
19. Дмитриев В.И. Прикладная теория информации. М.: ВШ, 1989, 320 с
20. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы.- М.:ВШ, 1988, 448 экз.
21. Дядюнов А.Н. Адаптивные системы сбора и передачи информации. - М.:
Машиностроение, 1988. Справочник по РIC микропроцессорам. М: 2006
Зав.кафедрой САУиК
А.В. Щагин
Зав.кафедрой МЭ
С.П.Тимошенков
Начальник НИЛ УИС
Н.Д.Дубовой
7