МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ высшего профессионального образования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. И.И. ПОЛЗУНОВА»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по научно-инновационной работе
_______________________ А.А. Максименко
«____»____________ 2015 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ»
основной образовательной программы подготовки аспиранта по направлению
27.06.01 «Управление в технических системах»,
Профиль:«Информационно-измерительные и управляющие системы»
Квалификация: Исследователь. Преподаватель исследователь.
Барнаул 2015
ПРЕДИСЛОВИЕ
Рабочая программа дисциплины "Информационно-измерительные и управляющие системы" составлена на основании федеральных государственных образовательных стандартов к основной образовательной программе высшего образования подготовки научно-педагогических
кадров в аспирантуре по направлению в соответствии с программой кандидатского экзамена по
специальности05.11.16 «Информационно-измерительные и управляющие системы»по техническим наукам, утвержденной приказом Министерства образования и науки РФ № 274 от
08.10.2007 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании кафедрыИнформатики, вычислительной техники и информационной безопасности
протокол № ___ от _________2015 г.
Научный руководитель программы
аспирантской подготовки
________________
Якунин А.Г.
Программа СОГЛАСОВАНА с факультетами, выпускающими кафедрами профилей; СООТВЕТСТВУЕТ действующему рабочему учебному плану.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Рассматриваемая дисциплина является основной в подготовке аспирантов, обучающихся по
профилю«Информационно-измерительные и управляющие системы»
Целями освоения дисциплины «Информационно-измерительные и управляющие системы» являются:
- формирование у аспирантов углубленных профессиональных знаний, на основе которых
строятся общеобразовательная, общая технико-математическая и специальная подготовка аспирантов и привитие навыков освоения всего нового, с чем приходится сталкиваться в ходе
дальнейшей деятельности;
- формирование у аспирантов углубленных теоретических знаний в области расчета и проектирования информационно-измерительных и управляющих систем;
- закрепление аспирантами комплекса теоретических знаний и приобретение опыта самостоятельного решения реальной инженерной задачи или исследования актуальной научной проблемы.
Задачи дисциплины:
- сформировать у аспирантов общее представление о многообразии методов и подходов, используемых при решении задач, связанных с расчетом и проектированием информационно измерительных систем в целом и отдельных компонентов их программно-технических
средств
- научить аспирантов на практике применять базовые методы расчета и проектирования информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС).
- подготовить аспирантов к применению полученных знаний при проведении научных исследований.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Учебная дисциплина «Информационно-измерительные и управляющие системы» наряду с
образовательной составляющей и основным видом деятельности аспиранта входит в состав
ООП, как вариативная часть блока 1 ООП и необходима для подготовки и сдачикандидатского
экзамена.
Знания и навыки, полученные аспирантами при изучении данной дисциплины, необходимы
при подготовке и написании диссертации по научной специальности 05.11.16 «Информационноизмерительные и управляющие системы».
Курс предполагает наличие у аспирантов знаний в области электротехники, цифровой и аналоговой обработки сигналов, вычислительной математики, специальных разделов математики, а
также наличие навыков по применению для выполнения расчетов и моделирования физических
явлений интегрированных математических пакетов
3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Процесс изучения дисциплины «Информационно-измерительные и управляющие системы» направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ООП по
направлению подготовки27.06.01 «Управление в технических системах»:.
Общепрофессиональные компетенции:
- способностью профессионально излагать результаты своих исследований и представлять их в
виде научных публикаций, информационно-аналитических материалов и презентаций (ОПК4);
- владением научно-предметной областью знаний (ОПК-5);
Профессиональные компетенции:
- способностью применять знания теоретических основ расчета и проектирования информационно-измерительных и управляющих систем на практике (ПК-1);
- способностью применять современные программно-аппаратные средства и новейшие достижения в области информационно-коммуникационных технологий, систем автоматизированного проектирования и компонентной базы электроники при разработке и внедрении информационно-измерительных и управляющих систем на основе средств микропроцессорной и
вычислительной техники (ПК-2);
- способностью применять полученные знания и опыт при решении конкретных практических
задач, связанных с автоматизацией процессов управления в технических системах в различных предметных областях (ПК-3).
-
-
Аспиранты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:
иметь представление: о многообразии подходов и методов, которые могут быть применены в процессе проведения разработки и исследования ИИУС, а также о возможных областях применения того или иного метода или теории;
знать: методы расчета потенциальной точности и информационных характеристик измерения и контроля того или иного процесса или объекта, основные области применения рассмотренных в рамках курса теоретических методов расчета и проектирования ИИУС и их
компонентов;
уметь:выполнять расчеты потенциальной точности измерительных устройств, составлять модели изучаемых ИИУС, пригодные для проведения численного и натурного эксперимента, выбирать метод расчета, наиболее подходящий для каждого конкретного случая;
владеть:методами расчета и проектирования ИИУС, приемами работы на экспериментальном оборудовании, навыками организации, планирования и проведения экспериментальных работ;
4. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах и зачетных единицах)
Форма обучения – очная. Изучение специальной дисциплины по учебному плану предполагается
на третьем и четвертом году обучения аспирантуры, в шестом с седьмом семестрах соответственно. В шестом семестре – зачет, седьмом семестре – экзамен.
Таблица 4.1
Объем часов / зачетВид учебной работы
ных единиц
Трудоемкость изучения дисциплины
324/9
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)
35/1
в том числе:
практические (семинарские) занятия
35/1
Самостоятельная работа аспиранта (всего)
289/8
4.2. Разделы дисциплины и виды занятий
Таблица 4.2
Название раздела
дисциплины
Виды учебных занятий (в часах)
практические самостоя(семинарские) тельная
занятия
работа
Раздел 1. Общие вопросы теории измерительной техники
Тема 1. Основные понятия информационно – измерительной техники
Тема2. Передача измерительной информации
Тема 3. Измерение информации
Тема 4. Измерение информации Основные понятия теории массового
обслуживания и теории статистических решений
Тема 5.Элементы теории погрешностей
Тема 6.Восприятие и передача информации
Тема 7.Обработка информации
Тема 8.Техническая диагностика
Тема 9.Сжатие данных
Раздел 2. Основы теории построения информационноизмерительных и управляющих систем (ИИУС)
Тема 1. Общее представление об ИИУС
Тема 2. Компонентная база ИИУС
Тема 3. Интерфейсы ИИС
Тема 4. ИИУС и средства вычислительной техники
Тема 5. Аппаратное обеспечение ИИУС
Тема 6. Программное обеспечение ИИУС
Тема 7. Критерии качества ИИУС
7-й семестр:
Раздел 3. Структура и алгоритмы ИИУС
Тема 1. Измерительные системы
Тема 2. Теоретические основы систем автоматического контроля (САК)
Тема 3. Телеизмерительные системы (ТИС)
Тема 4. Системы автоматического управления
Раздел 4. Методы оценки технических характеристик ИИУС
Тема 1. Организационно-методическое и программно-техническое
обеспечение проведения испытаний
Тема 2. Точностные характеристики ИИУС
Тема 3. Временные характеристики ИИУС
Тема 4. Нормируемые метрологические характеристики ИИУС
Тема 5. Характеристики систем автоматического управления
Раздел 5. Основы метрологического обеспечения
Тема 1. Общее представление о метрологическом обеспечении
Тема 2. Нормативная база метрологического обеспечения
Тема 3. Методологическая база метрологического обеспечения
Итого:35+289
10
1
1
1
70
7
7
7
2
14
1
1
1
1
1
7
7
7
7
7
8
56
1
1
1
1
1
2
1
7
7
7
7
7
14
7
8
2
2
1
3
6
80
20
20
10
30
60
1
10
2
1
1
1
3
1
1
1
35
20
10
10
10
23
8
8
7
289
4.3. Содержание разделов и тем.
Раздел 1. Общие вопросы теории измерительной техники
Тема 1. Основные понятия информационно-измерительной техники
Основные термины и определения в измерительной технике. Физическая величина. Истинное и действительное значения физической величины. Классификация видов и методов измерения. Средства измерения и их основные метрологические характеристики. Классы точности.
Тема2. Передача измерительной информации
Количество информации в дискретных и непрерывных сообщениях. Кодирование сообщений
и цели кодирования. Декодирование. Помехоустойчивое кодирование. Общие принципы исполь-
зования избыточности. Корректирующие и циклические коды. Дискретизация непрерывных величин. Модуляция. Скорость передачи информации и пропускная способность канала связи.Понятие об информационной теории измерительных устройств
Тема 3.Измерение информации
Количество информации и избыточность. Содержание информации. Меры полезности информации. Обобщенное представление процесса обмена информацией. Энтропия, ε – энтропия,шум.
Тема 4.Измерение информацииОсновные понятия теории массового обслуживания и теории статистических решений
Классификация систем массового обслуживания и их основные характеристики. Критерии,
основанные на известных вероятностных условиях ( критерии Вальда, Гурвица, Сэдвижа).
Тема 5.Элементы теории погрешностей
Случайные погрешности, законы распределения. Систематические погрешности. Обработка результатов прямых измерений. Погрешности косвенных измерений. Способ наименьших
квадратов.Исследование свойств интервальных и точечных оценок для различных моделей аддитивного и мультипликативного шума. Точностные характеристики ИИУС. Критерии и методы
оценки погрешностей измерения входной величины. Метод оценки полной погрешности. Погрешности звеньев ИИС. Погрешности квантования. Информационные оценки. Основные свойства интервальных и точечных оценок. Методы экспериментального определение свойств оценок. Понятие о сверхэффективных оценках. Методы интервального анализа. Применение метода
ε – слоя для расчета потенциальной точности нестационарных неэргодических сигналов.Метод ε
– слоя и его применение для расчета потенциальной точности в условиях нестационарности и
неэргодичности регистрируемых сигналов
Тема 6.Восприятие и передача информации
Первичное восприятие. Анализ информации. Корреляторы. Обнаружение и распознание.
Понятие канала обмена информации. Виды каналов. Повышение помехоустойчивости передачи
и приема.
Тема 7.Обработка информации
Основные виды систем обработки информации. Комплексное и обобщенное отображение
информации. Анализ прохождения квазидетерминированных сигналов через линейные цепи. Передаточная функция. Применение ортогональных интегральных преобразований для синтеза и
анализа таких систем. Понятие об оптимальной фильтрации. Связь цифровых и аналоговых
фильтров.
Тема 8.Техническая диагностика
Методы и процедуры построения алгоритмов для проверки исправности, работоспособности
и правильности функционирования систем и их компонентов. Диагностические тесты.
Тема 9.Сжатие данных
Методы и алгоритмы сжатия данных. Адаптивные устройства.
Раздел 2. Основы теории построения ИИУС
Тема1. Общее представление об ИИУС
Основные определения. Области применения ИИУС. Обобщенная структурная схема. Описание функционирования ИИУС. Содержательные логические схемы алгоритмов. Разновидность
входных величин. Разделение ИИУС по виду выходной информации. Классификация ИИУС по
принципам построения. Роль ЭВМ.
Тема2. Компонентная база ИИУС
Агрегатный комплекс средств электроизмерительной техники государственной системы
промышленных приборов и средств автоматизации. Устройства отображения и хранения информации.
Тема3. Интерфейсы ИИС
Основные разновидности структур ИИУС и их интерфейсов. Виды интерфейсов. Классификация интерфейсов. Протоколы и типовые алгоритмы обмена информацией. Интерфейс с последовательным выполнением операций обмена информацией. Приборный стандартный интерфейс.
Интерфейс КАМАК. Интерфейсы периферийной части ЭВМ. Сопоставление алгоритмов стандартных интерфейсов. Аналоговые интерфейсы измерительной части ИИУС.
Тема4. ИИУС и средства вычислительной техники
ЭВМ и средства микропроцессорной техники ИИУС. Микропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Табличные методы преобразования информации.
Тема5. Аппаратное обеспечение ИИУС
Аналого-цифровая часть ИИУС. Измерительно-вычислительные комплексы. Виды модуляции сигналов. Унифицированные преобразователи. Измерительные коммутаторы амплитудномодулированных сигналов. Защита входных измерительных цепей ИИУС от помех. Структуры и
алгоритмы аналого-цифровой части ИИУС.Применение методов нелинейной фильтрации для
обработки данных. Эвристические алгоритмы. Автоматическая коррекция погрешности ИИУС.
Оценка эффективности ИИУС. Планирование испытаний ИИУС. Сжатие данных. Методы и алгоритмы сжатия данных. Адаптивные устройства.
Тема6. Программное обеспечение ИИУС
Системное программное обеспечение. Прикладное программное обеспечение. Информационное и лингвистическое обеспечение ИИУС.Обработка изображений методами математической морфологии. Цифровая обработка изображений и ее применение. Ортогональные цифровые
преобразования. Преобразования Уолша и Адамара. Морфологические операции. Эрозия и дилатация. Использование морфологических операция для решения задач идентификации образов.
Понятие об искусственных нейронных сетях (ИНС). Классификация ИНС и области их практического применения. Задачи распознавания образов и ИНС. Применение ИНС для принятия решений и управления технических объектов. Прогнозирование и аппроксимация с помощью ИНС.
Сжатие данных и ассоциативная память. Этапы решения задач с применением ИНС Методы обучения ИНС и проверка адекватности обучения. Применение ИНС для прогнозирования временных рядов. Теория нечетких множеств и ее применение в ИИУС.SCADA – системы и ИИУС
Тема7. Критерии качества ИИУС
Оценка качества управления ИИУС. Линейные, нелинейные, динамические и стохастические
методы оптимизации ИИУС.
Раздел 3. Структура и алгоритмы ИИУС
Тема 1. Измерительные системы
Измерительные системы (ИС) независимых входных величин. Многоточечные и мультиплицированные ИС. Сканирующие системы для расшифровки графиков. Голографические ИС. Многомерные и аппроксимирующие ИС. Статистические измерительные системы. Измерения статистических характеристик случайных процессов. Системы для измерения законов распределения
вероятностей. Корреляционные и спектральные ИИУС.
Тема 2. Теоретические основы систем автоматического контроля (САК)
Функция и основные виды САК. Выбор контролируемых величин и областей их состояния. Ошибки контроля. Объем выборки при контроле системы автоматического допускового
контроля. Формирование норм и сравнение уставок с контролируемыми величинами. САК параллельного и последовательного действия и алгоритмы их работы. Системы технической диагностики. Распознающие системы. Системы технической диагностики и их показатели. Методы
оптимизации проверочных программ. Выбор контролируемых параметров для локализации неисправности ИИУС. Принципы построения систем диагностирования. Методы диагностирования.Исследование влияния выбора функции риска на свойства получаемых точечных оценок.
Понятие функции риска. Байесовские риски и байесовские оценки контролируемой величины.
Минимаксные критерии. Методы максимального правдоподобия.
Тема 3. Телеизмерительные системы (ТИС)
Особенности и основные характеристики ТИС. Линии связи. Разделение сигналов в ТИС.
Аналоговые, цифровые и адаптивные ТИС.
Тема 4. Системы автоматического управления
Основные принципы управления. Структура процессов управления. Объект управления. Линейные и нелинейные системы управления. Непрерывные и дискретные системы управления.
Самонастраивающиеся системы управления.PID регуляторы. Системы упралвения релейного типа. Скользящий режим работы релейных систем. Применение нечетких множеств в задачах
управления. Теория нечетких множеств. Лингвистические переменные и их значения. Универсум. Термы. Функция принадлежности. Операции над лингвистическими переменными. Фазифи-
кация и дефазификация. Области применения теории нечетких множеств в ИИУС
Раздел 4. Методы оценки технических характеристик ИИУС
Тема 1. Организационно-методическое и программно-техническое обеспечение проведения
испытаний
Стадии проектирования ИИУС. Программное обеспечение. Метрологическая экспертиза и
метрологическое обеспечение. Методы испытаний.
Тема 2.Точностные характеристики ИИУС
Критерии и методы оценки погрешностей измерения входной величины. Метод оценки полной погрешности. Погрешности звеньев ИИС. Погрешности квантования. Информационные
оценки.
Тема 3. Временные характеристики ИИУС
Определение интервалов равномерной дискретизации. Аддитивная дискретизация. Метод
оценки времени измерительных преобразований аналоговой части. Метод оценки времени работы цифровой части ИИУС.
Тема 4. Нормируемые метрологические характеристики ИИУС
Технические средства поверок. Автоматическая коррекция погрешности ИИУС. Оценка эффективности ИИУС. Планирование испытаний ИИУС.
Тема 5. Характеристики систем автоматического управления
Виды совместимости: техническая, программная, информационная, организационная лингвистическая, метрологическая. Надежность, живучесть и помехоустойчивость систем автоматического управления.
Раздел 5. Основы метрологического обеспечения
Тема 1. Общее представление о метрологическом обеспечении
Особенности метрологического обеспечения при разработке, производстве и эксплуатации
ИИУС. Средства измерений как основа метрологического обеспечения. Влияние средств измерений на точность и надежность ИИУС. Выбор средств измерений по точности. ИИУС как средства контроля, диагностики и поверки. Сигнатурные и логические анализаторы.
Тема 2. Нормативная база метрологического обеспечения
Закон Российской Федерации “Об обеспечении единства измерений”. Общие положения,
единицы величин. Средства и методики выражения измерений. Метрологические службы. Государственный метрологический контроль и надзор. Поверка и калибровка средств измерений.
Тема 3. Методологическая база метрологического обеспечения
Сущность методологии проведения метрологического сопровождения и экспертизы ИИУС.
Основные направления их совершенствования.
5. ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ
5.1. Паспорт фонда оценочных средств по дисциплине " Информационноизмерительные и управляющие системы "
Таблица 5.1
Контролируемые разделы
дисциплины
1
Все разделы дисциплины
Код контролируемой компетенции
2
ОПК-4:способность профессионально излагать результаты
своих исследований и представлять их в виде научных публикаций, информационно - аналитических материалов и презентаций;
ОПК-5: владение научно-предметной областью знаний;
Разделы 1-3 ПК-1: способность применять знания теоретических основ
расчета и проектирования информационно-измерительных и
управляющих систем на практике
Разделы 1-4 ПК-2: способность применять современные программноаппаратные средства и новейшие достижения в области информационно-коммуникационных технологий, систем автома-
Этап
(начальный,
основной,
завершающий)
3
Способ
оценивания
Оценочное
средство
4
5
основной
ОС
ИЗ
основной
З,Э
ККМ
основной
Э,ОС
ККМ, ИЗ
завершающий
З,Э
ККМ
Все разделы
тизированного проектирования и компонентной базы электроники при разработке и внедрении информационноизмерительных и управляющих систем на основе средств микропроцессорной и вычислительной техники
ПК-3: способность применять полученные знания и опыт при
решении конкретных практических задач, связанных с автоматизацией процессов управления в технических системах в
различных предметных областях
основной
ОС
ИЗ
Примечания:
1. В графе 4: Э - экзамен, З – зачет, ОС - оценивание на семинарском выступлении аспиранта;
2. В графе 5: ККМ - комплект контролирующих материалов, включающий контрольные вопросы для зачетов и вопросы для экзаменационных билетов, ИЗ – индивидуальное задание
5.2. Оценочные средства для текущего контроля и промежуточной аттестации
Цель контроля – получение информации и соответствие ее результатам обучения.
5.2.1.Текущий контроль
Текущий контроль успеваемости, т.е. проверка усвоения учебного материала по дисциплине «Информационно-измерительные и управляющие системы» учащихся организован как
устный опрос.
Текущая самостоятельная работа аспиранта направлена на углубление и закрепление знаний, и развитие практических умений.
5.2.2. Список вопросов для проведения текущего контроля и устного опроса обучающихся:
Раздел 1.
- Какая разница между истиной и действительной величиной,
- Что такое средство измерения?
- Что такое расстояние Хемминга?
- Существует ли принципиальное различие между корректирующими и восстанавливающими
кодами?
- Что такое блочные коды?
- В чем измеряется информация?
- Что такое ε – энтропия?
- В чем суть теории массового обслуживания?
- Что такое случайная погрешность?
- Чем приборная погрешность отличается от методической?
- Что такое приборная погрешность?
- Как повысить помехоустойчивость канала обмена данными?
- Какие методы модуляции наиболее помехоустойчивы?
- Что такое передаточная функция?
- Какие классы функций относят к ортогональным?
- Какие ортогональные функции применяются наиболее часто?
- Что такое вейвлет – преобразование?
- Чем приборная погрешность отличается от методической?
Раздел 2.
- Что собой представляет обобщенная схема ИИУС?
- Что включает в себя понятие "программно-аппаратное обеспечение ИИУС"?
- В чем преимущества и недостатки последовательного интерфейса?
- Что собой представляет обобщенная схема ИИУС?
- Перечислить наиболее распространенные архитектуры и системы команд современных мик-
-
роконтроллеров
Какие требования предъявляются к АЦП для записи потокового аналогового видео?
Что такое частотный дискриминатор?
На чем основан принцип работы сигма – дельта АЦП?
Что такое КИХ и БИХ – фильтр?
Что такое критерий Найквиста?
Что такое персептрон?
Как строится сеть Кохонена?
Что такое радиально-базисные активационные функции ?
Какие классификационные признаки используются при описании ИНС?
Что такое скрытый слой?
Что такое синаптическая связь?
В каких областях информационно-измерительных систем могут быть применены морфологические операции?
В чем состоит суть ортогональных цифровых преобразований?
В чем отличие ортогональных цифровых преобразований от классических?
В чем состоит суть морфологической операции пополнения?
Как с помощью морфологических операций можно выделить на изображении мелкие элементы?
Раздел 3..
Что такое стационарный эргодический процесс?
Что такое Гауссов и Марковский случайные процессы?
Что такое функция риска?
Чем байесовские риски и байесовские оценки отличаются от минимаксных и от оценок по
методу максимального правдоподобия?
Что такое доверительный интервал?
Как экспериментально найти параметры ε – слоя?
По каким правилам суммируются погрешности?
Каковы классификационные признаки современных преобразователей изображения?
Что такое лингвистическая переменная?
Имеется ли связь между функцией плотности распределения и функцией принадлежности?
Что такое медианный фильтр?
В чем состоит суть алгоритма фильтра Собела?
Какие существуют форматы файлов для хранения цифровых изображений?
Какие существуют форматы файлов для хранения видеоинформации?
Каким образом можно повысить контраст изображения?
По каким правилам суммируются лингвистические переменные?
Можно ли теорию нечетких множеств применить для построения фракталов?
Что такое фаззификация?
Раздел 4.
Что такое смещенность оценок?
Что такое сверхэффективная оценка?
Что такое точечная оценка?
Что такое интервальная оценка?
Какие существуют метолы интервального анализа?
По каким критериям сравниваются метрологические характеристики ИИУС?
Какие метрологические характеристики ИИУС нормируются?
Раздел 5.
Что включает в себя понятие "метрологическое обеспечение"?
Что такое техническое условие и чем оно отличается от технического регламента?
Как составить план проведения метрологической аттестации?
5.3Промежуточная аттестация
Промежуточная аттестация осуществляется в конце семестра. Форма аттестации – зачет в
шестом семестре и экзамен в седьмом семестре.
На экзамене аспирант должен продемонстрировать высокий научный уровень и научные
знания по дисциплине «Информационно-измерительные и управляющие системы».
При оценивании сформированности компетенций по дисциплине «Информационноизмерительные и управляющие системы»используется двухуровневая и 5-балльная шкала.
Таблица 5.3.1. Форма промежуточной аттестации:зачет
Критерий
Аспирант проявил знание программного материала, демонстрирует сформированные (иногда не полностью) умения и навыки, указанные в программе компетенции, умеет (в основном) систематизировать материал и делать выводы
Аспирант не усвоил основное содержание материала, не умеет
систематизировать информацию, делать выводы, четко и грамотно отвечать на заданные вопросы, демонстрирует низкий уровень
овладения необходимыми компетенциями
Оценка по традиционной шкале
Зачтено
Не зачтено
Таблица 5.3.2. Форма промежуточной аттестации: экзамен
Критерий
Аспирант твёрдо знает программный материал, системно и грамотно излагает его, демонстрирует необходимый уровень компетенций, чёткие, сжатые ответы на дополнительные вопросы,
свободно владеет понятийным аппаратом.
Аспирант проявил полное знание программного материала, демонстрирует сформированные на достаточном уровне умения и
навыки, указанные в программе компетенции, допускает непринципиальные неточности при изложении ответа на вопросы.
Аспирант обнаруживает знания только основного материала, но
не усвоил детали, допускает ошибки, демонстрирует не до конца
сформированные компетенции, умения систематизировать материал и делать выводы.
Аспирант не усвоил основное содержание материала, не умеет
систематизировать информацию, делать необходимые выводы,
чётко и грамотно отвечать на заданные вопросы, демонстрирует
низкий уровень овладения необходимыми компетенциями.
Оценка по 5-балльной
шкале
5(отлично)
4(хорошо)
3(удовлетворительно)
2 (неудовлетворительно)
5.4. Список вопросов для проведения промежуточной аттестации
1.
2.
3.
4.
5.4.1 Вопросы для зачета:
Классификация видов и методов измерения
Пропускная способность канала. Метлы ее экспериментального определения. И теоретического расчета.
Классификация погрешностей измерения
Правила суммирования погрешностей и представления экспериментальных данных в числовом и графическом виде.
5. Восприятие информации. Первичные измерительные преобразователи.
6. Общее представление о современной теории управления.
7. Классификация систем автоматического управления
8. Обобщенная структурная схема систем автоматического управления.
9. PID – регуляторы и их настройка.
10. Классификация первичных измерительных преобразователей.
11. Виды стандартов и протоколов, используемых в системах автоматики
12. Стандарты систем и протоколов, используемых при реализации проектов "Умный дом".
Стандарт КNX.
13. Методы обработки изображений и их применение в системах управления технологическими
процессами
14. Интервальные и точечные оценки контролируемого параметра. Из свойства и области применения.
15. Адаптивные системы измерения, контроля и управления.
16. Функции риска и их применение в информационно-измерительной технике и системах автоматики.
17. Релейные методы управления.
18. Понятие транспортной задержки и методы ее учета в системах управления.
19. Техническое зрение. Телевизионные измерительные системы. Принципы построения и области применения
20. Аналоговые и цифровые методы обработки информации. Основные функциональные узлы и
алгоритмические решения
21. Дискретизация и оцифровка аналоговых сигналов.. Теорема Найквиста. Эффект наложения
спектров.
22. Передаточная функция. Способы задания и экспериментального определения.
23. Модуляция сигналов. Методы повышения помехоустойчивости в телекоммуникационных каналах
24. SCADA – системы. Функциональное назначение, основные компоненты и сравнительная характеристика.
5.4.2 Вопросы для экзамена:
Общие вопросы теории измерительной техники
1. Основные термины и определения в измерительной технике. Физическая величина. Истинное
и действительное значения физической величины. Классификация видов и методов измерения.
2. Средства измерения и их основные метрологические характеристики. Классы точности.
3. Передача измерительной информации. Количество информации в дискретных и непрерывных
сообщениях. Кодирование сообщений и цели кодирования. Декодирование. Помехоустойчивое кодирование. Общие принципы использования избыточности. Корректирующие и циклические коды.
4. Дискретизация непрерывных величин. Модуляция. Скорость передачи информации и пропускная способность канала связи.
5. Измерение информации. Количество информации и избыточность. Содержание информации.
Меры полезности информации. Обобщенное представление процесса обмена информацией.
Энтропия, шум.
6. Основные понятия теории массового обслуживания и теории статистических решений. Классификация систем массового обслуживания и их основные характеристики. Критерии, основанные на известных вероятностных условиях ( критерии Вальда, Гурвица, Сэдвиджа).
7. Элементы теории погрешностей. Случайные погрешности, законы распределения. Систематические погрешности. Обработка результатов прямых измерений. Погрешности косвенных
измерений. Способ наименьших квадратов.
8. Восприятие и передача информации. Первичное восприятие. Анализ информации. Корреляторы. Обнаружение и распознание. Понятие канала обмена информации. Виды каналов. Повышение помехоустойчивости передачи и приема.
9. Обработка информации. Основные виды систем обработки информации. Комплексное и
обобщенное отображение информации.
10. Техническая диагностика. Методы и процедуры построения алгоритмов для проверки исправности, работоспособности и правильности функционирования систем и их компонентов.
Диагностические тесты.
11. Сжатие данных. Методы и алгоритмы сжатия данных. Адаптивные устройства.
2. Основы теории построения информационно-измерительных и управляющих
систем
12. Основные определения. Области применения ИИУС. Обобщенная структурная схема. Описание функционирования ИИУС. Содержательные логические схемы алгоритмов. Разновидность входных величин. Разделение ИИУС по виду выходной информации. Классификация
ИИУС по принципам построения. Роль ЭВМ.
13. Агрегатный комплекс средств электроизмерительной техники государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации. Устройства отображения и хранения информации.
14. Основные разновидности структур ИИУС и их интерфейсов. Виды интерфейсов. Классификация интерфейсов. Протоколы и типовые алгоритмы обмена информацией. Интерфейс с последовательным выполнением операций обмена информацией. Приборный стандартный интерфейс. Протоколы систем "Умный дом". Интерфейсы периферийной части ЭВМ. Сопоставление алгоритмов стандартных интерфейсов. Аналоговые интерфейсы измерительной части ИИУС.
15. ЭВМ и средства микропроцессорной техники ИИУС. Микропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Табличные методы преобразования информации.
16. Аналого-цифровая часть ИИУС. Измерительно-вычислительные комплексы. Виды модуляции сигналов. Унифицированные преобразователи. Измерительные коммутаторы амплитудно-модулированных сигналов. Защита входных измерительных цепей ИИУС от помех.
Структуры и алгоритмы аналого-цифровой части ИИУС.
17. Программное обеспечение ИИУС. Системное программное обеспечение. Прикладное программное обеспечение. Информационное и лингвистическое обеспечение ИИУС.
18. Оценка качества управления ИИУС. Линейные, нелинейные, динамические и стохастические
методы оптимизации ИИУС.
19. Первичные измерительные преобразователи и исполнительные устройства ИИУС
20. SCADA – системы и их применение в ИИУС
21. Использование Web – технологий в ИИУС
3. Структура и алгоритмы ИИУС
22. Измерительные системы (ИС) независимых входных величин. Многоточечные и мультиплицированные ИС. Сканирующие системы для расшифровки графиков. Голографические ИС.
Многомерные и аппроксимирующие ИС. Статистические измерительные системы. Измерения статистических характеристик случайных процессов. Системы для измерения законов
распределения вероятностей. Корреляционные и спектральные ИИУС.
23. Теоретические основы систем автоматического контроля (САК). Функции и основные виды
САК. Выбор контролируемых величин и областей их состояния.
24. Ошибки контроля. Объем выборки при контроле системы автоматического допускового контроля. Формирование норм и сравнение уставок с контролируемыми величинами. САК параллельного и последовательного действия и алгоритмы их работы.
25. Системы технической диагностики. Распознающие системы. Системы технической диагностики и их показатели. Методы оптимизации проверочных программ. Выбор контролируемых параметров для локализации неисправности ИИУС. Принципы построения систем диагностирования. Методы диагностирования.
26. Телеизмерительные системы (ТИС). Особенности и основные характеристики ТИС. Линии
связи. Разделение сигналов в ТИС. Аналоговые, цифровые и адаптивные ТИС.
27. Системы автоматического управления. Основные принципы управления. Структура процессов управления. Объект управления. Линейные и нелинейные системы управления. Непрерывные и дискретные системы управления. Самонастраивающиеся системы управления.
4. Методы оценки технических характеристик ИИУС
28. Стадии проектирования ИИУС. Программное обеспечение. Метрологическая экспертиза и
метрологическое обеспечение. Методы испытаний.
29. Точностные характеристики ИИУС. Критерии и методы оценки погрешностей измерения
входной величины. Метод оценки полной погрешности. Погрешности звеньев ИИС. Погрешности квантования. Информационные оценки.
30. Временные характеристики ИИУС. Определение интервалов равномерной дискретизации.
Аддитивная дискретизация. Метод оценки времени измерительных преобразований аналоговой части. Метод оценки времени работы цифровой части ИИУС.
31. Нормируемые метрологические характеристики ИС. Технические средства поверок.
32. Автоматическая коррекция погрешности ИИУС. Оценка эффективности ИИУС. Планирование испытаний ИИУС.
33. Характеристики систем автоматического управления. Виды совместимости: техническая,
программная, информационная, организационная лингвистическая, метрологическая. Надежность, живучесть и помехоустойчивость систем автоматического управления.
5. Основы метрологического обеспечения
34. Особенности метрологического обеспечения при разработке, производстве и эксплуатации
ИИУС. Средства измерений как основа метрологического обеспечения. Влияние средств измерений на точность и надежность ИИУС. Выбор средств измерений по точности.
35. Информационно-измерительные и управляющие системы как средства контроля, диагностики
и поверки. Сигнатурные и логические анализаторы.
36. Закон Российской Федерации “Об обеспечении единства измерений”. Общие положения,
единицы величин. Средства и методики выражения измерений.
37. Метрологические службы. Государственный метрологический контроль и надзор. Поверка и
калибровка средств измерений.
38. Сущность методологии проведения метрологического сопровождения и экспертизы ИИУС.
Основные направления их совершенствования.
Дополнительные вопросы по тематикам научных исследований, выполняемых на реализующей ООП кафедре и научными руководителями
1. Особенности организации телекоммуникационных каналов в системах измерения, контроля и
управления критически важными объектами.
2. Теория массового обслуживания и ее применение при разработке распределенных вычислительных сетей SCADA – систем
3. Потенциальная точность и методы ее расчета в информационно-измерительных и управляющих системах
4. Методы интервального анализа и их применение прирасчет и проектировании информационно-измерительных и управляющих систем
5. Метод ε-слоя и его применение при расчете и проектировании информационноизмерительных и управляющих систем
6. Метод ε-областей его применение при расчете и проектировании информационноизмерительных и управляющих систем
7. Методы выявления нештатных ситуаций в информационно-измерительных и управляющих
системах
8. Паттерны формы и поведения и их применение при расчете и проектировании информационно-измерительных и управляющих систем
9. Алгоритмы и методы уплотнения информации при передаче данных по телекоммуникационным каналам
10. Применение нейросетевых технологий для распознавания образов в информационноизмерительных системах
11. Особенности обработки электрофизиологических сигналов в медицинской диагностической
аппаратуре.
12. Методы многокритериальной оптимизации и их применение для расчета и проектирования
компонентов информационно-измерительных и управляющих систем.
13. Обеспечение информационной безопасности при построении распределенных вычислительных сетей SCADA-систем критически важных объектов.
14. Интеллектуальные системы управления и регулирования динамических объектов с транспортным запаздыванием
15. Синтез релейного управления в системах теплопотребления
16. Методы идентификации событий и нештатных ситуаций в системах контроля и управления
доступом упреждающего типа.
17. Экстраполирующие системы температурного регулирования
18. Области применения информационно-измерительных и управляющих систем в сфере жилищно-коммунального хозяйства
6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для выполнения самостоятельной работы обучающимся могут использоваться компьютерные классы, оснащенные компьютерами с выходом в Интернет и в локальную сеть Алтайского
государственного технического университета, а также принтеры, сканеры и ксероксы.
Ниже приведены сведения об обеспеченности образовательного процесса по данной дисциплине средствами вычислительной техники, специальным и лабораторным оборудованием, которые могут потребоваться для выполнения индивидуальных заданий и экспериментально - исследовательских работ, выполняемых в рамках самостоятельной работы по данной дисциплине.
Наименование специализированных аудиторий, кабинетов, лабораторий
и пр. с перечнем основного оборудования
Мультимедийная аудиториятеоретического обучения: компьютер класса IntelPentium 4 CPU (с полной комплектацией); мультимедийный проектор TOSHIBA1024-98
Лаборатория криптографической защиты и управления информационной безопасности: 10 рабочих станций IntelPentiumDualCPU (с полной комплектацией) и доступом в Internet; компьютер GenuineIntelCPU (сервер с
полной комплектацией; оборудование:SecretNet для W 2000, DallasLock 4.0, КРИПТОН-9/PCI, КРИПТОНЗАМОК/PCI, DallasLock 4.0
Лаборатория электронно-вычислительной и микропроцессорной техники: 5 компьютеров CPU IntelCeleron
(с полной комплектацией); 4 компьютера Pentium (R) Dual-Core CPU E5300 (с полной комплектацией) и доступом в Internet; 1 мультимедийный проектор PS 1700-101 (с полной комплектацией), модуль для программирования микроконтроллеров фирмы Atmel, комплекты разработчика STK 600, STK 500, SAM 3S, SAM-4E, модули
FSK-приемника и передатчика, микроконтроллеры фирмы Atmel, в том числе ATxMega128А. Стенды для фронтального выполнения лабораторных работ по электротехнике, электронике, схемотехнике, информационноизмерительным и микропроцессорным системам.
Лаборатория сетевых технологий и программно-аппаратных средств обеспечения информационной безопасности: учебный сервер2хIntel PentiumIII 600 Mgz, 1 Gb RAM, 74 Gb HDD RAID, учебный серверIntelPentium
IV 2.8 GHz, 2 Gb RAM, 74 Gb HDD RAID, учебный серверIntelPentium III 600 MHz, 384 Mb RAM, 40 Gb HDD – 5
шт., учебный маршрутизатор Cisco 1800, 256 Mb RAM, 32 MB CF, 2xFastEthernet – 6 шт, 5 ПК NetTop: 2.8 GHz,
2 GbRAM, 256 GbHDD. WiFi – роутеры D-LinkDIR 615 - 5шт. 5 рабочих мест PentiumCeleron 2400 MHz, 512 Mb,
80 Gb (с полной комплектацией) и доступом в Internet. Спецоборудование по защите информации: КСЗИ «Панцирь-К» для ОС MicrosoftWindows; МДЗ Аккорд-Х; программно-аппаратный комплекс средств защиты информации (ПАК СЗИ); МДЗ Аккорд 5.5; программно-аппаратный комплекс средств защиты информации (ПАК
СЗИ); программно-аппаратный комплекс VipNetCoordinatorHW1000; программно-аппаратный комплекс "Соболь" (версия 3.0), PCI (установочный комплект), средство защиты информации SecretNet 6 (версия 6.5, сетевой);
Лаборатория систем и сетей связи: 5 рабочих мест PentiumCeleron 2400 MHz, 512 Mb, 80 Gb (с полной комплектацией) и доступом в Internet. Оборудование средств связи: комплект разработчика для организации беспроводных сетей Zig-BeeAVRRAVEN – 2 шт, модем МАРС- 2 шт, Wi-Fi-модем D-Link – 4 шт, модуль для связи на
основе модуля RV.
Лаборатория информационно-измерительных систем с комплектом измерительного оборудования для проведения научных исследований и оборудования для разработки информационно-измерительных систем, включая
промышленные микроконтроллеры для сбора и обработки данных и управления технологическими процессами
i7188.
Лаборатория автоматизации технологических процессов по переработке зерна с установками с управлением
на основе промышленных микроконтроллеров.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ЛИТЕРАТУРА
7.1. Основная литература
1. Коновалов, Б.И. Теория автоматического управления [Электронный ресурс] : учебное пособие / Б.И. Коновалов, Ю.М. Лебедев. — Электрон.дан. — СПб. : Лань, 2010. — 220 с. — Режим доступа: http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=538 — Загл. с экрана.
2. Первозванский, А.А. Курс теории автоматического управления [Электронный ресурс] : учебное пособие. — Электрон.дан. — СПб. : Лань, 2010. — 616 с. — Режим доступа:
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=301 — Загл. с экрана.Бутырин, П.А. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные
приборы на основе LabVIEW 7 [Электронный ресурс] : учебное пособие / П.А. Бутырин, Т.А.
Васьковская, В.В. Каратаев [и др.]. — Электрон.дан. — М. : ДМК Пресс, 2009. — 265 с. —
Режим доступа: http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=1089 — Загл. с экрана.
3. Сажин, С.Г. Приборы контроля состава и качества технологических сред [Электронный ресурс] : учебное пособие. — Электрон.дан. — СПб. : Лань, 2012. — 440 с. — Режим доступа:
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=3552 — Загл. с экрана.
7.2. Дополнительная литература
4. Осмоловский, С.А. Стохастическая информатика: инновации в информационных системах
[Электронный ресурс] : . — Электрон. дан. — М. : Горячая линия-Телеком, 2011. — 320 с. —
Режим доступа: http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=5184 — Загл. с экрана.
5. Тамахина, А.Я. Стандартизация, метрология, подтверждение соответствия. Лабораторный
практикум [Электронный ресурс] : учебное пособие / А.Я. Тамахина, Э.В. Бесланеев. —
Электрон.дан. — СПб. : Лань, 2015. — 320 с. — Режим доступа:
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=56609 — Загл. с экрана.
6. Власов, И.И. Техническая диагностика современных цифровых сетей связи. Основные принципы и технические средства измерений параметров передачи для сетей PDH, SDH, IP,
Ethernet и ATM [Электронный ресурс] : / И.И. Власов, Э.В. Новиков, М.М. Птичников [и
др.]. — Электрон.дан. — М. : Горячая линия-Телеком, 2012. — 480 с. — Режим доступа:
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=5134 — Загл. с экрана.
7. Гайдук А. Р. Теория автоматического управления в примерах и задачах с решениями в
MATLAB [Электронный ресурс] : учебное пособие / Гайдук А. Р., Беляев В. Е., Пьявченко Т.
А. — Электрон.дан. — СПб. : Лань, 2011. — 464 с. — Режим доступа:
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=2033 — Загл. с экрана.
7.3 Учебно-методические пособия, методические указания аспирантам
8. Якунин, Алексей Григорьевич. Лабораторный практикум по курсу "Информационноизмерительные и управляющие системы": методические указания /Якунин А. Г.; Алт. гос.
техн. ун-т им. И. И. Ползунова.- Барнаул : АлтГТУ , 2012 - 57 с. ил. - 1 экз
9. Тимофеев, В.В. Системы сбора и обработки данных: Методические указания по выполнению
лабораторных работ для студентов направления 200100 «Приборостроение»/ Алтайский гос.
техн. универ. им. И.И. Ползунова. – Барнаул, кафедра информационных технологий АлтГТУ,
2010. – 39 с. (5 экз. + электр. вариант).
10. Семакин, И.Г. Информационные системы и модели. Элективный курс : методическое пособие
[Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер. — Электрон.дан. — М. : "Лаборатория знаний" (ранее "БИНОМ. Лаборатория знаний"), 2012. — 72
с. — Режим доступа: http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=8788 — Загл. с экрана.
11. Сучкова, Лариса Иннокентьевна. Приборы и методы автоматического контроля на основе
оптико-электронных интерполирующих растровых преобразователей /Л. И. Сучкова, А. Г.
Якунин.- Барнаул :Алт. дом печати , 2010 - 118 с. ил. - 5 экз