Программа государственного экзамена по направлению подготовки дипломированных специалистов 651900 "Автоматизация и управление" Воснову программы положены следующие дисциплины блока опд

Вид материала

Содержание

Теория автоматического управления
210100 Управление и инфоpматика в технических системах
2.1. Для специальностьи 210100 - "управление и информатика в технических системах"
2.1.3. Системное программное обеспечение

Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УТВЕРЖДАЮ

Руководитель Департамента

образовательных программ и стандартов

профессионального образования

__________________ Л.С. Гребнев

"___" __________________ 2001 г.

ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА

ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ

ДИПЛОМИРОВАННЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ

651900 - "Автоматизация и управление"

1. В основу программы положены следующие дисциплины блока ОПД Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалистов 651900 «Автоматизация и управление»:

Теория автоматического управления;
Моделирование систем,

а также дисциплины блоков СД следующих образовательных программ (специальностей), реализуемых в рамках данного направления подготовки:

210100 Управление и инфоpматика в технических системах

210600 Коpабельные системы упpавления

210800 Автономные информационные и управляющие системы

2. Содержание программы

Раздел 1. Программа государственного экзамена по дисциплинам блока ОПД

1.1. Теория автоматического управления

Понятия об управлении и системах управления (СУ). Задачи теории управления. Принципы управления. Линейные модели «вход-выход»: дифференциальные уравнения; передаточные функции; временные и частотные характеристики. Линейные модели «вход-состояние-выход» — системы уравнений в форме пространства состояний. Линейные модели с раскрытой причинно-следственной структурой: структурные схемы; сигнальные графы. Типовые звенья и их характеристики. Преобразование форм представления моделей. Правила эквивалентного структурного преобразования графов. Вычисление передаточных функций. Задачи анализа СУ. Устойчивость по начальным условиям и устойчивость вход-выход. Алгебраические и частотные критерии устойчивости. Инвариантность СУ. Формы инвариантности. Селективная инвариантность к степенным и гармоническим воздействиям. Чувствительность СУ. Показатели качества процессов СУ: корневые, интегральные, частотные. Управляемость и наблюдаемость СУ. Алгебраические критерии управляемости и наблюдаемости. Принцип дуальности. Задачи синтеза СУ. Стабилизация неустойчивых объектов методами модального управления. Синтез наблюдателя состояния. Синтез следящих систем частотным методом. Коррекция СУ.

Понятия об импульсных и цифровых СУ. Решетчатые функции и разностные уравнения. Математическое описание идеального импульсного элемента. Передаточные функции и частотные характеристики разомкнутых и замкнутых дискретных СУ. Линейные модели дискретных СУ в форме пространства состояний. Устойчивость дискретных СУ. Критерии устойчивости. Процессы в дискретных СУ. Показатели качества процессов дискретных СУ. Синтез дискретных СУ.

Анализ линейных СУ при случайных воздействиях. Прохождение случайного сигнала через линейное звено. Замкнутая СУ при случайных воздействиях. Способы вычисления дисперсии случайного сигнала в линейных СУ. Синтез линейных СУ при случайных воздействиях. Синтез оптимальной СУ с заданной и с произвольной структурой.

Особенности поведения нелинейных СУ. Характеристики типовых нелинейных элементов. Формы представления нелинейных моделей СУ. Определение равновесных режимов и построение статических характеристик СУ. Метод фазовой плоскости. Поведение нелинейных СУ в окрестности положения равновесия. Методы построения фазовых портретов нелинейных СУ. Особенности фазовых портретов нелинейных СУ. Устойчивость движений в нелинейных СУ. Исследование устойчивости невозмущенных движений методами А.М. Ляпунова. Частотный метод исследования абсолютной устойчивости. Исследование периодических режимов нелинейных СУ методом гармонического баланса. Методы определения параметров периодических режимов. Устойчивость и чувствительность периодических режимов. Анализ нелинейных СУ при случайных воздействиях. Прохождение случайного сигнала через нелинейное звено. Исследование нелинейных СУ методом статической линеаризации. Методы синтеза нелинейных СУ.

Задачи управления объектами с распределенными параметрами. Типовые модели объектов и типовые структуры СУ с распределенными параметрами. Особенности методов анализа и синтеза СУ с распределенными параметрами.

Задачи оптимального управления. Критерии оптимизации. Классическое вариационное исчисление. Принцип максимума. Метод динамического программирования. Принцип оптимальности. Уравнение Беллмана для непрерывных СУ. Синтез СУ, оптимальных по быстродействию. Синтез СУ, оптимальных по расходу энергии (топлива). Особенности синтеза СУ, оптимальных по комбинированному критерию, учитывающему время процесса и расход топлива (энергии) на управление. Синтез СУ, оптимальных по квадратичному критерию (аналитическое конструирование регуляторов). Особенности синтеза по критерию обобщенной работы А.А. Красовского.

Задачи адаптивного управления. Целевые условия и уравнения адаптивных СУ. Алгоритмы адаптивного управления. Системы с алгоритмами прямого адаптивного управления. Системы идентификационного типа. Дискретные адаптивные СУ с неявной эталонной моделью. Дискретные адаптивные СУ с настраиваемой моделью объекта управления.

1.2. Моделирование систем

Моделирование и модели, назначение и функции модели. Роль модели в процессе познания. Натурный (физический) эксперимент и вычислительный эксперимент. Примеры моделей систем различной природы (технические, биологические, экономические, экологические и т.п.). Принципы построения и исследования математических моделей. Способы построения математических моделей: аналитический, экспериментальный (идентификация). Изоморфные модели. Преобразование подобия. Константы и критерии подобия. Теоремы подобия. Применение теории подобия при моделировании. Представление математических моделей систем по степени информативности Ранги неопределенности причинно-следственных отношений моделей. Модели структурного (топологического) ранга неопределенности, их формы представления: теоретико-множественные (теоретико-графовые), алгебраические (матричные). Модели структурно-операторного и параметрического рангов неопределенности. Модели внешней среды. Модели связей системы со средой. Модели смешанных рангов неопределенности. Понятия модели сложной системы. Аспекты сложности: структурная (статическая) сложность, динамическая сложность. Иерархия моделей. Декомпозиция и редукция моделей. Понятия аттракторов и странных аттракторов. Элементы теории бифуркаций. Математические модели теории катастроф. Хаотические модели. Примеры хаотических моделей.

Задачи анализа моделей. Этапы анализа: структурный, структурно-операторный, параметрический. Анализ моделей систем в статических и динамических режимах. Методы определения путей и контуров, методы установления отношений касания путей и контуров. Методы определения свойств достижимости и различимости. Проблемы решения задач статики на ЭВМ. Методы решения задачи статики: метод релаксации и его геометрическая интерпретация; метод Ньютона и его геометрическая интерпретация; модификации метода Ньютона. Контроль и повышение сходимости методов. Аналитические и численные методы анализа динамики. Сеточные и проекционные методы. Скалярные и системные (матричные) методы численного моделирования. Одношаговые и многошаговые, явные и неявные методы. Устойчивость разностных методов. Погрешности моделирования систем численными методами. Выбор шага интегрирования. Жесткие модели систем. Критерий жесткости. Устойчивость жестких моделей. Методы численного моделирования уравнений в частных производных. Модели чувствительности. Методы исследования систем по моделям чувствительности. Применение моделей чувствительности систем. Статистическое моделирование систем. Псевдослучайные последовательности и процедуры их машинной генерации. Моделирование случайных воздействий на СУ. Планирование вычислительного эксперимента. Задачи и методы обработки и представления результатов моделирования. Статистический анализ результатов моделирования.

Задачи синтеза моделей систем (обратные задачи). Формализация требований к системам (модели требований). Методы построения моделей систем с заданными статическими характеристиками. Методы построения моделей систем с заданными динамическими характеристиками.

Рекомендуемая итература:

К разделу 1.1.:

Теория автоматического управления: Учебник для вузов в 2-х томах / Под ред. А.А. Воронова. М.: Высшая школа, 1986.
Первозванский А.А. Курс теории автоматического управления: Учебн. пособие для студентов вузов. М.: Наука, 1986.
Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования: Учебн. пособие для вузов. М.: Машиностроение,1985.
Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления: Учебн. пособие для студентов втузов. М.: Наука, 1989.
Александров А.Г. Оптимальное и адаптивное управление: Учебн. пособие для студентов вузов. М.: Высшая школа, 1989.
Ерофеев А.А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. СПб: Политехника, 1998.
Алексеев А.А., Имаев Д.Х., Кузьмин Н.Н., Яковлев В.Б. Теория управления: Учебник. СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1999.
Методы теории автоматического управления, ориентироваанные на применении ЭВМ. Линейные стационарные и нестационарные модели. Учебник для вузов / Под ред К.А. Пупкова. М.: Энергоатомиздат, 1997.

К разделу 1.2.:

Веников В.А., Веников Т.В. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа. 1986.
Неймарк Ю.И. Математические модели в естествознании и технике. Н. Новгород: Изд-во Нижегородского ун-та. Вып. 1, 1994; Вып. 2, 1996.
Советов Б.Я.,Яковлев С.А. Моделирование систем: Учеб. для вузов. М.: Высш.шк. , 1998.
Егоренков Д.Л., Фрадков А.Л., Харламов В.Ю. Основы математического моделирования с примерами на языке MATLAB: Учебн. пособие / Под ред. А.Л. Фрадкова. СПб.: Изд-во БГТУ, 1996.
Мирошников А.Н., Румянцев С.Н. Моделирование систем управления технических средств транспорта: Учебн. пособие. СПб: Элмор, 1999.
Вабищевич П.Н. Численное моделирование: Учебн. пособие. М.: Изд-во МГУ, 1993.
Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. М.: Наука, 1997.

Раздел 2. Программа государственного экзамена по дисциплинам специальной подготовки

2.1. ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТЬИ 210100 - "УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ"

2.1.1. Техническое и программное обеспечение систем автоматизации и управления

Типовые структуры и технические средства (ТС) систем автоматизации и управления (СаиУ) техническими объектами и технологическими процессами. Классы и типовые структуры систем автоматизации и управления. Автоматизированные технологические комплексы (АТК). Назначение и состав технических средств САиУ. Функциональный состав комплексов технических средств (КТС). Принципы комплексирования: типизация, унификация, децентрализация, магистрально-модульный принцип построения ТС, программно-технические комплексы (ПТК). Унификация типовых решений САиУ. Организационное, алгоритмическое, программное, техническое, информационное и методическое обеспечения САиУ техническими объектами и технологическими процессами.

Технические средства получения информации о состоянии объекта управления. Датчики. Назначение, основные группы датчиков и физические принципы действия. Средства измерения температуры и давления. Датчики скорости (частоты вращения), угла поворота, положения (перемещения), аналоговые и число-импульсные датчики. Уровнемеры и расходомеры. Опто-волоконные датчики. Измерительные преобразователи (ИП). Назначение, классификация , принципы построения ИП. Интеллектуальные датчики и измерительные преобразователи. Организация измерительных каналов в САиУ.

Технические средства использования командной информации и воздействия на объект управления. Исполнительные устройства (ИУ). Типовые структуры, состав и характеристики ИУ. Исполнительные механизмы (ИМ) и регулирующие органы (РО). Интеллектуальные ИУ, системы позиционирования.

Технические средства приема, преобразования и передачи измерительной и командной информации по каналам связи. Устройства связи с объектом управления (УСО). Основные типы УСО, принципы организации. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи (ЦАП, АЦП). Устройства ввода и вывода дискретных и число-импульсных сигналов. Коммутаторы, мультиплексоры. Устройства гальванической развязки.

Интерфейсы СаиУ. Классификация, основные характеристики интерфейсов. Системные (внутримашинные) интерфейсы, интерфейсы персональных компьютеров типа IBM PC. Приборный интерфейс (IEEE 488, IEC 625.1). Интерфейсы устройств ввода/вывода (периферийных устройств). Последовательные интерфейсы: RS 232C, TTY, ИРПС, стык С2, RS 422, RS 485. Параллельные интерфейсы: Centronics, ИРПР, ИРПР-М.

Технические средства обработки, хранения информации и выработки командных воздействий. Цифровые средства обработки информации в САиУ. Универсальные ЭВМ. Проблемно-ориентированные (специализированные) ЭВМ и вычислительные комплексы (ВК). Управляющие ЭВМ (УВМ), управляющие ВК (УВК). Промышленные (индустриальные) персональные компьютеры. Рабочие станции. Микро-ЭВМ и микроконтроллеры. Микропроцессорные средства обработки информации в САиУ. Специализированные микропроцессорные контроллеры. Программируемые логические контроллеры (ПЛК), программируемые компьютерные контроллеры (ПКК).

Аппаратно-программные средства распределенных САиУ. Локальные управляющие вычислительные сети (ЛУВС). Эталонная модель архитектуры открытых систем: уровни, функции, характеристики. Основные группы и топологии ЛУВС. Моноканалы, технические средства и методы управления доступом к моноканалам, методы кодирования информации в локальных сетях.

Программное обеспечение САиУ. Структура программного обеспечения (ПО). Операционные системы, системное ПО, прикладное ПО. Принципы программирования для САиУ. Программирование ПЛК: в машинных кодах, на языке ассемблера, на языках высокого уровня. Программирование ПЛК на специализированных проблемно-ориентированных языках. Лестничные диаграммы, схемы последовательностей, функциональные блоки. Инструментальные средства разработки, отладки и сопровождения программного обеспечения.

Устройства взаимодействия с оперативным персоналом САиУ. Типовые средства отображения, ввода и документирования информации, устройства связи с оператором. Принципы построения, классификация и технические характеристики. Видеотерминальные средства, мнемосхемы, индикаторы. Операторские панели и станции. Регистрирующие и показывающие приборы.

2.1.2. Информационные сети и телекоммуникации

Назначение, функции, состав и структура информационных сетей. Классификация информационных сетей и их характеристики.

Широкомасштабные, корпоративные и локальные сети. Стандарты сопряжения информационных сетей. Информационные трассы, супертрассы. Технологическое ядро информационных трасс.

Структура уровня информационной сети. Уровни эталонной модели. Функции уровней. Правила описания сервиса. Сервисные примитивы. Диаграммы последовательности. Модель поставщика сервиса. Пример описания функции установления соединения.

Прикладной уровень OSI. Протоколы CMIP, JTM, MHS, FTAM, ODIA, DBAM и MIDA. Структурная схема прикладного уровня. Иерархическая схема взаимодействия услуг. Согласование синтаксиса данных на уровне представления. Спецификация абстрактного синтаксиса ASN.1. Шифрование данных. Блочные и поточные шифры. Стандарты шифрования DES, IDEA, CAST, RC2 и RC4.

Функции сеансового уровня по управлению диалогом, синхронизации и управления активностью. Маркеры данных, завершения, малой и большой синхронизации. Фазы и услуги сеансового сервиса. Функциональные группы и сервисные подмножества. Реализация межконцевого соединения на транспортном уровне. Функции и услуги транспортного уровня. Рекомендации Х.214 и Х.224. Классы сервиса транспортного уровня. Классы и процедуры транспортного протокола.

Функции сетевого уровня. Диаграммы процедур установления соединения, передачи данных, разъединения соединения и сброса. Диаграмма состояний сетевого объекта. Классификация протоколов сетевого уровня. Протоколы сетевого уровня в сетях с коммутацией пакетов. Рекомендация Х.25 МККТТ. Типы и форматы пакетов. Механизмы взаимодействия абонентов: постоянная виртуальная цепь, виртуальный вызов, дейтаграммы, быстрый вызов. Управление потоком. Механизм окна передачи. Процедуры сброса, рестарта и передачи срочных данных.

Бит-ориентированные и байт-ориентированные протоколы. Протокол BSC. Форматы кадров, процедуры обмена. Протокол HDLC. Процедура бит-стаффинга. Формат кадров. Обнаружение ошибок. Типы кадров. Типы станций HDLC. Режимы работы: NRM, ARM и ABM. Процедуры обмена: окно передачи, назначение бита P/F, таймеры. Процедуры установления соединения, разъединения, восстановления посредством REJ.

Биполярное кодирование AMI. Синхронизация по методу B8ZS. Кадровая синхронизация — методы D4, ESF, M13. Импульсно-кодовая модуляция. Мультиплексирование каналов. Структура системы на оконечной станции. Дробные линии T1. Номенклатура каналов T1 и E1. Стандарты SONET и SDH.

Цифровые сети интегрального обслуживания. Использование B-каналов и D-каналов. Интерфейсы BRI и PRI. Схема подключения пользователя – устройства NT1, NT2, TA, TE1 и TE2. Стандарты на H-каналы ISDN. Услуги сетей ISDN.

Сети ретрансляции кадров Frame Relay. Отличия от рекомендации X.25. Формат кадров. Согласование скоростей обмена – параметры CIR, Bc и Be. Типы каналов PVC и SVC. Реализация защиты от ошибок.

Сети с асинхронным режимом передачи. Технология быстрой коммутации пакетов. Типы каналов PVC и SVC. Уровни ATM и адаптации ATM. Реализация услуг связи на уровнях AAL1 — AAL5.

Система доменных имен DNS. Серверы DNS. Стек протоколов TCP/IP. Функции и основные протоколы уровней 1– 4 стека TCP/IP. Организация взаимодействия с локальными сетями. Межсетевой протокол Ipv4. Формат дейтаграммы. Инкапсуляция пакетов. Фрагментация. Адресация. Классы IP-адресов. Маски в IP-адресации. Протокол Ipv6. Формат дейтаграммы. Протокол TCP. Взаимодействие с прикладными процессами. Порты, сокеты, сегменты. Логическое соединение. Окно передачи. Квитанции. Механизм тайм-аутов.. Приостановка передачи. Формат заголовка TCP. Диаграммы взаимодействия для процедур установления соединения, передачи данных и завершения соединения. Протокол пользовательских дейтаграмм UDP. Формат дейтаграммы. Взаимодействие с портами прикладных процессов и протоколом IP. Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP. Функции протокола. Формат пакета. Типы сообщений.

Задачи маршрутизации в сети. Классификация алгоритмов маршрутизации. IP-маршрутизаторы. Методы одношаговой маршрутизации и маршрутизации от источника. Маршрутизация в автономных системах и шлюзовые протоколы маршрутизации. Протоколы маршрутизации RIP, OSPF и IGRP. Протоколы политики маршрутизации EGP и BGP. Протокол маршрутизации от источника PNNI.

Функциональные группы задач управления. Многоуровневое представление задач управления. Архитектура «менеджер – агент». Структуры распределенных систем управления. Стандарты систем управления на основе протокола SNMP. Протокол CMIP и услуги CMIS.

Классификация модемов. Работа модемов в рамках семиуровневой модели OSI. Структура модема. Процедуры эхо-компенсации, скремблирования, относительного кодирования. Адаптивный эквалайзер. Интеллектуальные возможности модемов. Процедуры модуляции. Частотная, относительная фазовая, квадратурная амплитудная и триллис-модуляции. Основные протоколы модуляции: V.21, V.22bis, V.32bis, V.34bis, ZyX. Стандарт 56К. Протоколы исправления ошибок. Циклическое кодирование. Кодонезависимость. Стандартные образующие полиномы. Метод ARQ. Протоколы сжатия данных. Классификация методов сжатия. Метод словарей. Алгоритмы LZ и LZW. Алгоритмы сжатия в протоколах MNP.

Топологии ЛВС. Среды передачи информации: витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно, радиоканал, инфракрасный канал. Методы кодирования информации — коды NRZ, RZ, 4B/5B и Манчестер II. Методы управления обменом. Активная и пассивная звезда. Методы децентрализованного управления CSMA, CSNA/CD и CSMA/CA в шинных сетях. Маркерный метод кольцевых сетей. Метод кольцевых сегментов. Функции аппаратуры локальных сетей. Сетевые адаптеры. Пример реализации адаптера Ethernet. Функции трансиверов, повторителей и концентраторов. Применение мостов, маршрутизаторов и шлюзов. Аппаратура сетей Ethernet. Формат кадра. Протоколы 1-го и 2-го уровней. Высокоскоростные сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Кольцевые сети Token Ring. Arcnet и FDDI. Сети с централизованным методом доступа 100VD-AnyLAN.

2.1.3. Системное программное обеспечение

Обобщенная иерархическая структура информационно-управляющей вычислительной системы. Классификация и состав программного обеспечения информационно-управляющей вычислительной системы. Классификация операционных систем (ОС) в соответствии с принципами управления ресурсами. Основные модели функционирования ОС. Примеры реализации современных ОС. Понятие процесса в ОС. Состояния процесса. Порождение и завершение процессов. Методы и алгоритмы планирования. Приоритет процесса. Переключение контекста процесса. Обработка прерываний и исключений. Средства синхронизации процессов. Межпроцессные коммуникации. Сообщения. Сигналы. Понятие потока. Состав и контекст потока. Архитектура ОС реального времени на базе микроядра. Функции ядра и системных процессов. Межпроцессные коммуникации с помощью сообщений и прокси. Состояние процесса при обмене сообщениями. Взаимодействие процессов с помощью каналов и разделяемой памяти. Иерархия памяти. Классификация методов управления памятью. Типы адресов. Программно-аппаратное управление памятью и средства управления многозадачностью. Таблицы глобальных и локальных дескрипторов. Защита памяти. Управление памятью в ОСРВ. Состав, функции и структура системы ввода/вывода. Унифицированная модель драйвера. Синхронный и асинхронный ввод/вывод. Организация ввода/вывода в ОСРВ. Пространство имен. Функции администратора ввода/вывода. Драйверы ввода/вывода. Принципы построения и типы файловых систем. Архитектуры современных файловых систем. Многопользовательская защита. Диски и дисковые подсистемы. Монтируемость файловых подсистем. Живучесть и восстановление файловых подсистем в ОСРВ.

2.1.4. Информационное обеспечение систем управления

Информационное обеспечение систем управления и его значение. Информационные системы и их классификация. Подходы к проектированию информационных систем. Базы данных (БД), составные части БД, обеспечение целостности данных. Системы управления базами данных (СУБД). Жизненный цикл информационных систем. Основные этапы проектирования информационных систем. Инфологическое проектирование, модель "сущность-связь". Основные компоненты модели данных. Сетевая, иерархическая и реляционная модели данных. Язык описания данных и язык манипулирования данными в СУБД. Реляционные языки запросов. Реляционная алгебра, реляционное исчисление с переменными-кортежами, реляционное исчисление с переменными на доменах. Язык запросов SQL. Проектирование концептуальной схемы БД. Нормализация отношений. Физическое проектирование БД. Методы доступа к данным. Параллельная обработка данных. Расписание транзакций, сериализуемость расписаний, протоколы. Пользовательское приложение и пользовательский интерфейс, требования к их организации. Современные средства быстрой разработки приложений (средства RAD). Типы архитектур информационных систем. Технология "клиент-сервер". Хранимые процедуры и триггеры. Работа с внешними данными. Технология ODBC. Распределенные БД. Репликация данных. Пути развития СУБД. Объектно-ориентированные и объектно-реляционные СУБД.

2.1.5. Идентификация и диагностика систем

Аналитическое составление математических моделей. Построение математических моделей объектов и систем по экспериментальным данным. Принципы описания сложных систем, декомпозиция и агрегирование сложных моделей. Использование полных и дробных факторных экспериментов, при идентификации объектов управления. Экспериментальные методы исследования объектов управления при периодических воздействиях, определение частотных характеристик объектов управления. Определение динамических характеристик линейных объектов при апериодических воздействиях. Уравнение статистической идентификации и основные методы его решения. Регуляризация решения уравнения статистической идентификации. Типовая идентификация объектов управления. Принципы построения систем идентификации с настраиваемыми моделями.. Алгоритмы настройки моделей. Идентификация нелинейных объектов с использованием линеаризованных моделей. и с использованием функциональных степенных рядов. Диагностические модели, структура типовой системы диагностики. Основные требования к первичной диагностической информации, выделение информативных признаков. Спектральные характеристики процессов, используемые в задачах диагностики. Кепстральный и биспектральный анализ вибрационных процессов в технических системах. Сжатие диагностической информации. Методы логического и тестового контроля. Использование теории распознавания образов при диагностике систем управления, формирование словаря диагностических признаков. Построение систем диагностики, основанных на использовании нечетких множеств. Основные методы прогнозирования, ресурсные испытания. Аппаратно-программные комплексы для идентификации и диагностики систем управления.

2.1.6. Автоматизация проектирования систем и средств управления

Типовая структура процесса проектирования систем управления. Определение целей и критериев проекта, требований к техническим характеристикам, условиям эксплуатации и экономическим показателям проекта, и их воплощение в техническом задании на проектирование. Ограничения процесса проектирования: сроки проекта, стоимость, наличие материальных и технических ресурсов. Основные этапы проектирования: согласование технического задания, формирование технических предложений, эскизное проектирование, рабочее проектирование, испытания. Основные проектные процедуры. Структурно- функциональные и информационные модели процесса проектирования СУ. Математические модели процесса проектирования СУ на основе теории операций, модели сетевого планирования и управления. Методы динамического моделирования процесса проектирования с использованием сетей Петри на основе функционального и информационного подходов. Методы анализа возможности и оценки технико-экономической эффективности автоматизации процесса проектирования. Анализ возможности автоматизации типовых процедур проектирования СУ. Методы и модели реорганизации существующих процессов проектирования с целью повышения эффективности внедрения САПР.

Принципы выбора структуры САПР и состава ее компонентов. Определение концепции САПР СУ. Выбор структуры САПР СУ на основе анализа возможности автоматизации проектных процедур и современного состояния технических и программных средств САПР. Задачи и функции основных подсистем САПР СУ: подсистемы составления математических моделей СУ, подсистемы моделирования, анализа и синтеза СУ, конструкторской подсистемы, технологической подсистемы, подсистемы автоматизации испытаний СУ.

Вычислительные средства, устройства ввода-вывода, хранения информации и средства машинной графики, применяемые в САПР. Требования, предъявляемые к техническим средствам САПР СУ. Анализ характеристик современных технических средств САПР. Принципы и методы формирования структуры и состава технического обеспечения САПР СУ. Организация распределенных САПР СУ на основе вычислительных сетей. Типовые сетевые структуры, применяемые в САПР, их достоинства и недостатки. Аппаратные средства, применяемые для организации распределенных САПР на основе Интернет и Интранет технологий. Примеры формирования состава технического обеспечения для типовых подсистем САПР СУ.

Лингвистическое обеспечение САПР: проблемно-ориентированные языки, алгоритмические языки, машинно-зависимые языки. Входные и выходные языки инструментов САПР СУ. Требования к проблемно-ориентированным языкам инструментов САПР СУ их синтаксис.

Требования к программному обеспечению САПР СУ. Системное и прикладное программное обеспечение САПР СУ, их состав и функции.

Задачи информационного обеспечения САПР СУ. Особенности информационного обеспечения САПР: разнородность информации по форме (числовая и текстовая информация, чертежи, математические модели, программы) и смыслу, неформализованность части данных процесса проектирования. Требования к банкам данных САПР СУ. Использование баз знаний, экспертных систем и систем поддержки принятия решений в САПР СУ.

Проблемы организации распределенных САПР и интеграции отдельных подсистем САПР. Организация межпрограммных интерфейсов, распределенных баз данных. Обеспечение возможности коллективной работы над проектом. Специализированные операционные среды САПР и перспективы их применения в САПР СУ. Применение Интернет и Интранет технологий для организации распределенных САПР.

Методы построения математических моделей СУ на ЭВМ и их применение в САПР СУ. Машинные методы аналитического вывода математических моделей элементов СУ на основании классических принципов и формализмов динамики. Численные методы построения математических моделей. Принцип “черного ящика”. Идентификация моделей систем и устройств управления. Методы и алгоритмы упрощения и преобразования математических моделей СУ. Графические методы построения математических моделей на ЭВМ в виде блок-схем и графов.

Методы и алгоритмы анализа и синтеза СУ, ориентированные на ЭВМ: их характеристика и классификация. Требования к машинным методам анализа и синтеза СУ.

Современное прикладное программное обеспечение для решения задач анализа и синтеза СУ.

Автоматизация анализа СУ временным, частотным и корневым методами. Автоматизированный синтез многомерных систем управления частотным методом. Автоматизированный синтез наблюдающих устройств и модальных регуляторов. Автоматизированное проектирование оптимальных СУ при случайных возмущениях. Автоматизированное проектирование нелинейных СУ методами нелинейного программирования.

Этапы конструкторского проектирования СУ и их автоматизация в САПР. Автоматизация процесса построения принципиальных схем реализации законов управления. Автоматизация процесса функционального анализа СУ. Автоматизация процесса определения конфигурации и размеров устройств СУ.

Автоматизация процесса подготовки конструкторской документации. Автоматизация подготовки чертежей деталей и сборочных чертежей. Информационная поддержка чертежных работ с помощью графических баз данных.

Основные операции технологического проектирования СУ, методы и возможности их автоматизация в САПР. Автоматизация задач технологической подготовки обработки деталей и составления технологического маршрута. Автоматизация процесса подготовки технологической документации.

Рекомендуемая литература:

К разделу 2.1.1.

Родионов В.Д., Терехов В.А., Яковлев В.Б. Технические средства АСУТП. Учеб.пособие для вузов. - М.: Высш.шк., 1989. - 262 с.
Программно-информационные комплексы автоматизированных производственных систем. Учеб.пособие для вузов. -М.:Высш.шк., 1990.-224 с.
Хвощ С.Т., Варлинский Н.Н., Попов Е.А. Микропроцессоры и микро-ЭВМ в системах автоматического управления: Справочник. – Л.: Машиностроение, 1987.
Крылова Е.Л., Наседкин А.В., Немудрук М.Л. и др. Программно-технические комплексы микропроцессорных систем автоматизации и управления. Учебное пособие.- СПб.: ИПЦ СПбГЭТУ(ЛЭТИ), 1999.
Антонов В.Н., Наседкин А.В., Федоров М.С. и др. Технические средства микропроцессорных распределенных систем управления. - Л.: ЛЭТИ, 1989.

К разделу 2.1.2.

Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. – СПб, «Питер», 1999. – 672 с.
Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия. – СПб, «Питер», 1999. – 704 с.
Новиков Ю.В., Карпенко Д.Г. Аппаратура локальных сетей: функции, выбор, разработка. – М, «Эком». 1998. – 288 с.

К разделу 2.1.3.

Робачевский А.М. Операционная система UNIX.-СПб.:BHV –СПб.,2000.-528 с.
Кастер Х. Основы Windows NT и NTFS / Пер. с англ. - М.: ТОО "Channel Trading Ltd", 1996. - 440 c.
Касаткин А.И. Профессиональное программирование на языке Си. Системное программирование. - Мн.: Высш. шк., 1993. - 301 с.
Соловьев Г.Н., Никитин В.Д. Операционные системы ЭВМ, - М.: Высшая школа, 1989. – 255с.
Назаров С.В. Операционные системы специализированных вычислительных комплексов: Теория построения и системного проектирования. - М.: Машиностроение, 1989. - 400 с.
Программно-аппаратные средства обеспечения информационной безопасности. Защита в операционных системах: Учеб. пособие для вузов / Проскурин В.Г., Крутов С.В., Мацкевич И.В. - М.: Радио и связь, 2000. - 168 с.
Душутина Е.В. Организация обмена информацией в режиме прерываний в ЭВМ и ВС на основе микропроцессоров INTEL 80x86: Учебное пособие / СПб.: - Изд. СПБГТУ 1998 - 68 с.

К разделу 2.1.4.

Горев А., Ахаян Р., Макашарипов С. Эффективная работа с СУБД. - СПб.: Питер, 1997.
С. Робинсон. Microsoft Access 2000: учебный курс. - СПб.: Питер, 2000.
Пол Санна и др. Visual Basic для приложений (версия 5) в подлиннике: пер. с англ. - СПб.: BHV - Санкт-Петербург, 1997.

К разделу 2.1.5.

1. Алексеев А.А., Имаев Д.Х., Кузьмин Н.Н. Яковлев В.Б. Теория управления: Учебник - СПб.:Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 1999.

2. Толчеев В.О.,Ягодкина Т.В. Методы идентификации линейных одномерных динамических систем. - М.: Изд-во МЭИ, 1997.

3. Алексеев А.А. Солодовников А.И. Диагностика в технических системах управления.: Учеб. пособие для втузов/Под ред. В.Б. Яковлева. - СПб., 1997.

4. Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя. - М.: Наука, 1991.

К разделу 2.1.6.

Сольницев Р.И. Автоматизация проектирования систем автоматического управления. М.:Высшая школа, 1991.
Автоматизированное проектирование систем автоматического управления./ Под ред. В.В. Солодовникова. М.:Машиностроение, 1989.
Корячко В.П. Теоретические основы САПР: Учебное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1987.
Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. М.:Высшая школа, 1986.
Петренко А.И., Семенов О.И. Основы построения систем автоматизированного проектирования. Киев: Высшая школа, 1984.

Председатель УМК по специальности 210100 -

«Управление и информатика в технических системах»

профессор Яковлев В.Б.

Blog

Содержание

2.1.3. Системное программное обеспечение