Кафедра «Автоматика и системотехника»

Утверждаю

Проректор по НРиИ

«»_ 2012 г.

ПРОГРАММА

вступительного экзамена по специальности «05.11.16 –Информационно-измерительные и управляющие системы»

(технические науки) Хабаровск 2012 Программа составлена соответствии с Федеральными государственными требованиями к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования для обучающихся в аспирантуре (адъюнктуре), утвержденными Приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 16 марта 2011 г. № 1365 (с изменениями от 29 августа 2011 г.) Составители программы: Чье Ен Ун, д.т.н., профессор.

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «_» 2012 года, протокол № _ Зав. кафедрой (Чье Ен Ун)

СОГЛАСОВАНО:

Зав.аспирантурой И.Г.Тимакова «_» 2012 г.

ПРОГРАММА

вступительного экзамена по специальности 05.11.16 «информационно-измерительные и управляющие системы»

(технические науки) Основные понятия теоретической метрологии. Теоретические основы расчета метрологических характеристик средств измерений. Методы исследования точности средств измерений. Метод статистических испытаний.

Принципы нормирования погрешностей средств измерений. Расчет метрологических характеристик измерительной системы по нормируемым характеристикам составляющих ее блоков.

Обработка прямых, косвенных и совместных измерений с однократными и многократными наблюдениями.

Конструктивно-технологические, алгоритмические и структурные методы повышения точности средств измерений. Метод отрицательной обратной связи, метод составных параметров, тестовые методы, Измерительные сигналы и их математические модели. Модуляция, квантование, дискретизация и восстановление сигналов измерительной информации. Теорема отсчетов, ортогональные разложения аналоговых сигналов.

Цифровые измерительные приборы. Общие вопросы цифровой измерительной техники: коды, применяемые в цифровых измерительных приборах и преобразователях;

основные характеристики цифровых измерительных приборов (диапазон измерения, чувствительность, погрешность квантования, инструментальная статическая погрешность, быстродействие.

Цифровые измерительные приборы частотно-временной группы: цифровое измерение частоты, периода, интервала времени, фазового сдвига; способы расширения диапазона измерения частоты; основные звенья этих приборов.

Цифровые вольтметры: общие сведения; структура, принцип действия и основные свойства преобразователей напряжения в код, основанных на методе двухтактного интегрирования; звенья этого преобразователя (интегратор, источник опорного напряжения, устройство сравнения, ключи); система автоматической коррекции смещения нулевого уровня.

Помехозащищенность цифровых измерительных приборов: источники и видыпомех, коэффициенты подавления помех, защита от помех нормального и общего видов.

Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи: общие сведения;

основные принципы построения интегральных ЦАП и АЦП с резистивными мартрицами;

основные параметры и характеристики ЦАП и АЦП; устройства выборки и хранения;

сигма-дельта АЦП и ЦАП.

Измерительные преобразователи. Номинальная функция преобразования измерительного преобразователя (ИП).Статические и динамические характеристики ИП.

Нормирование динамических характеристик ИП. Классы точности. Особенности нормирования метрологических характеристик ИП. Связь класса точности с пределами аддитивной и мультипликативной погрешностей.

Нормирование метрологических характеристик измерительных усилителей.

Устройства гальванического разделения аналогового сигнала: разновидности, нормирование метрологических характеристик. Усилители со стабилизацией прерыванием (в том числе типа МДМ). Преобразователи напряжения в ток и тока в напряжение. Преобразователи сопротивления: мосты, дифференциальные усилители и др.

Преобразователи перемещения в сопротивление. Емкостные преобразователи (дифференциальные ИП, преобразователи емкости в напряжение, фазочувствительные выпрямители). Индуктивные ИП. Индукционные ИП, датчики расхода.

Термопреобразователи сопротивления (схемы включения, температурные шкалы).

Термопары. Пьезоэлектрические и пьезорезонансные ИП.

ИП излучений. Фотоэлементы с внутренним и внешним фотоэффектом, фотоумножители. Измерение жестких излучений, счетчик Гейгера. Измерение влажности.

Тензометрические ИП, схемы включения.

Программное обеспечение микропроцессорных средств измерений. Место разработки программного обеспечения в разработке микропроцессорных электронных средств измерений (МЭСИ). Основные этапы разработки программного обеспечения (ПО) МЭСИ: анализ требований, определение спецификаций; проектирование, кодирование, автономная и комплексная отладка программ. Особенности разработки ПО МЭСИ.

Архитектура средств автоматизации программирования микропроцессорных устройств. Средства описания алгоритмов и программ. Средства трансляции, редактирования межмодульных связей и отладки.

Инструментальные программные средства. Язык ассемблера для микроконтроллеров семейства МК51. Основные элементы языка. Выражения. Вычисление и сравнение во время трансляции. Абсолютные и перемещаемые имена; внешние ссылки. Синтаксис ассемблерных предложений. Примечания. Система команд микроконтроллеров семейства МК51. Директивы (псевдокоманды) ассемблера: управление распределением памяти, макроопределения, условное ассемблирование, управление вводом, режимы ассемблирования, управление редактором связей.

Проектирование программного обеспечения. Принципы и методы проектирования ПО. Принцип модульного проектирования. Метод структурного программирования. Метод нисходящего и восходящего проектирования. Методы структурирования алгоритмов.

Тестирование и отладка структурированных программ. Надежность ПО. Система ЕСПД.

Основы проектирования ПО для мультипрограммного режима. Проектирование программ реального времени.

Применение языков высокого уровня. Язык программирования Си: элементы языка, синтаксис предложений, типы структур данных, управляющие операторы. Примеры кодирования программ на языке Си.

Интерфейсы измерительных устройств. Общая характеристика и виды интерфейсов, особенности интерфейсов измерительных устройств. Линия связи (ЛС) как элемент структуры интерфейса. Электрические, динамические и энергетические параметры ЛС. Конструкции ЛС. Механизм возникновения помех в ЛС и методы борьбы с ними.

Организация, функционирование и характеристики стандартных интерфейсов.

Приборный интерфейс (IEEE-488): общая характеристика, структура магистрали и назначение основных сигналов; методы увеличения протяженности магистрали и числа подключаемых устройств; конфигурация систем на базе приборного интерфейса. Примеры средств измерений с приборным интерфейсом: цифровые мультиметры, генераторы.

Общая характеристика и виды последовательных интерфейсов (RS-232, RS-422, RSтоковая петля”). Принцип действия последовательных интерфейсов, временные диаграммы приема-передачи данных. Требования к точности и стабильности частоты синхронизации передатчика и приемников. Декодирование потоков данных и обнаружение ошибок. Электрические и механические требования стандарта RS-232.

Аппаратные средства реализации функций последовательного интерфейса.

Универсальные асинхронные приемники-передатчики. Взаимосвязь скорости передачи данных и длины линии связи. Функционирование системы с двухпроводной линией связи.

Гальваническое разделение цепей передачи и приема данных.

Структура и алгоритмы функционирования измерительных систем с последовательным интерфейсом. Распределенные измерительно-вычислительные системы.

Электрические и конструктивные требования стандартов RS-422A, RS-423A и RS-485А;

сравнительные характеристики, достоинства и недостатки.

Интерфейсы промышленных сетей автоматизации класса Fieldbus. Беспроводные интерфейсы.

Организация, функционирование и характеристики внутриприборных интерфейсов.

Интерфейсы систем сбора данных, встроенных в ПЭВМ типа IBM PC: структура, временные диаграммы, способы подключения устройств к шине компьютера, использование режима прямого доступа в память компьютера. Структура и алгоритмы программ управления работой устройств с использованием шины компьютера.

Регистрация, анализ и синтез измерительных сигналов.

Цифровые РП. Цифровые осциллографы (ЦО): принцип действия, структура, основные узлы. Система памяти, отображающие устройства ЦО. Системы регистрации сигналов на базе персонального компьютера.

Анализаторы сигналов. Основные процедуры анализа сигналов во временной области. Анализ сигналов в частотной области: характеристики спектров сигналов, методы измерения спектра. Аналоговые анализаторы спектра параллельного и последовательного типов.

Синтез измерительных сигналов. Аналоговые измерительные генераторы сигналов.

Цифроаналоговые синтезаторы сигналов: обобщенная структура, методы построения, характеристики; конструкция и принцип действия основных узлов.

Компьютеризация измерений. Задачи и возможности компьютерных измерений.

Аппаратурные и программные средства компьютерных измерений.

Взаимосвязь характеристик аналоговых и дискретизированных сигналов измерительной информации. Особенности цифровых сигналов. Связи между аналоговыми и цифровыми моделями измерительных систем, предназначенными для решения одной и той же измерительной задачи. Анализ погрешностей, вызванных заменой аналоговых моделей сигналов и измерительных систем цифровыми. Оптимизация выбора точности и быстродействия аналого-цифрового преобразования в зависимости от свойств обрабатываемого сигнала, алгоритма и скорости обработки.

Проведение экспериментальных исследований с помощью компьютерных средств измерений. Анализ постановки задачи, выбор первичных преобразователей и компьютерных средств измерений. Предварительная обработка измерительной информации с помощью ЭВМ: выявление и устранения промахов и дрейфа, линеаризация, фильтрация, нормализация данных. Компьютерные измерения с целью изучения свойств процессов:

цифровой статистический и спектральный анализ на основе современного программного обеспечения.

Литература Арутюнов П.А. Теория и применение алгоритмических измерений.-М.: Энергоатомиздат, 1990. – 256 с.

2. Метрология, стандартизация и сертификация./Под ред. В.В.Алексеева. –М.: Академия, 2008. – 384 с.

3. Чернявский Е.А., Недосекин Д.Д., Алексеев В.В. Измерительно-вычислительные средства автоматизации производственных процессов.-Л.:Энергоатоиздат, 4. Новоселов О.Н.,Фомин А.Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем.-М.:Машиностроение, 5. Цветков Э.И. Алгоритмические основы измерений.- СПб.:Энергоатоидат, 6. Чернявский Е.А. Анализ информационнгых процессов измерительно-вычислительных средств. – СПб.: Энергоатомиздат, 1999. – 192 с.

7. Ганеев Р.М. Математические модели в задачах обработки сигналов.-М.: Горячая линияТелеком, 2004. – 80 с.

7. Купер Дж., Макгиллем К. Вероятностные методы анализа сигналов и систем. – М.:

Мир, 1989.- 376 с.

8. Алиев Т.А. Экспериментальный анализ. – М.: Машиностроение, 1991.- 272 с.

9. Практикум по вероятностным методам в измерительной технике/ В.В. Алексеев, Р.В.

Долидзе, Д.Д. Недосекин и др.- СПб.: Энергоатомиздат, 1993.

10. Зажигаев Л.С., Кишьян А.А.,Романиков Ю.И. Методы планирования и обработка результатов физического эксперимента.-М.:Атомиздат, 11. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке.

Методы обработки данных.- М.: Мир, 1980.

12. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. –Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 288 с.

13. Приборно-модульные универсальные автоматизированные измерительные системы:

Справочник / Под ред. В.А.Кузнецова. – М.: Радио и связь, 1994. – 304 с.

14. LabVIEW. Технология Виртуальных Приборов компании National Instruments 15. Методы электрических измерений / Под ред. Э.И.Цветкова.-Л.: Энергоатомиздат, 1990.

16. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.- Л.:

Энергоатомиз-дат, 1988. - 248 с.

17. Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. - М.: Радио и связь, 1985.

18. Никамин В.А. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.

Справочник.- СПб.: Корона принт, 2003. – 224 с.

19. Чернявский Е.А., Чье Ен Ун. Аналого-цифровые измерительно-вычислительные преобразователи. - СПб.: Энергоатомиздат,1994.-140с.

20. Чье Ен Ун. Функциональная организация и микросхемотехника измерительных преобразова-телей и каналов микропроцессорных систем автоматики: Учеб. пособие.Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 1995.- 125 с.

21. Вострокунтов Н.Н. Цифровые измерительные устройства. Теория погрешностей, испытания, поверка. – М.: Энергоатоиздат, 1990.- 208 с.