СИСТЕМА КАЧЕСТВА

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теоретические основы информационно-измерительных и

с. 2 из 8

управляющих систем» (ОД.А.03; цикл ОД.А.00 «Обязательные дисциплины» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Технические науки,

специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)) Рабочая программа составлена на основании паспорта научной специальности 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям), в соответствии с Программой - минимумом кандидатского экзамена по этой специальности, утвержденной приказом Министерства образования и науки РФ от 08.10.2007г. № 274, и учебным планом АлтГТУ по основной образовательной программе аспирантской подготовки.

1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В СИСТЕМЕ

ПОДГОТОВКИ АСПИРАНТА, ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ

СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель изучения дисциплины – формирование у аспирантов углубленных теоретических знаний в области расчета и проектирования информационно-измерительных и управляющих систем.

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 программнотехнических 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.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ АСПИРАНТА,

1.

ЗАВЕРШИВШЕГО ИЗУЧЕНИЕ ДАННОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

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 применеия 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.

1.3 СВЯЗЬ С ПРЕДШЕСТВУЮЩИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ

Курс предполагает наличие у аспирантов знаний в области электротехники, цифровой и аналоговой обработке сигналов, вычислительной математики, специальных разделов математики, а также наличие навыков по применению для выполнения расчетов и моделирования физических явлений интегрированных математических пакетов.

СИСТЕМА КАЧЕСТВА

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теоретические основы информационно-измерительных и с. 3 из управляющих систем» (ОД.А.03; цикл ОД.А.00 «Обязательные дисциплины» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Технические науки, специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям))

1.4 СВЯЗЬ С ПОСЛЕДУЮЩИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ

Знания и навыки, полученные аспирантами при изучении данного курса, необходимы при подготовке и написании диссертации по специальности 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям).

2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1 ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ (В ЧАСАХ И

ЗАЧЕТНЫХ ЕДИНИЦАХ)

Форма обучения (вид отчетности) – 1-й год аспирантуры; вид отчетности – экзамен кандидатского минимума по специальной дисциплине.

Объем часов / заВид учебной работы четных единиц Трудоемкость изучения дисциплины 144/ Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) 72/ в том числе:

лекции 36/ семинары практические занятия 36/ Самостоятельная работа аспиранта (всего) 72/ в том числе:

Подготовка к практическим занятиям 36/ Подготовка реферата Подготовка эссе Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку 36/

2.2 РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ

№ Объем часов / зачетных единиц п/п Название раздела лекции семинары практиче- самостоят.

дисциплины ские заня- работа тия Основная теоретическая 1 36/1 0 18/1 36/ база ИИУС.

Раздел 2. Специальные методы синтеза и анализа ИИУС Итого: 72/2 0 36/1 72/

СИСТЕМА КАЧЕСТВА

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теоретические основы информационно-измерительных и с. 4 из управляющих систем» (ОД.А.03; цикл ОД.А.00 «Обязательные дисциплины» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Технические науки, специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)) 2.3 ЛЕКЦИОННЫЙ КУРС Раздел 1. Основная теоретическая база ИИУС.

Введение.

Обобщенная структурная схема информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС). Метрология, статистическая теория измерений, методы обработки экспериментальных данных, методы обработки сигналов, теория сигналов и цепей, теория управления, теория информации и кодирования, методы оптимизации как базовые дисциплины методов анализа и синтеза ИИУС. Краткая характеристика перечисленных дисциплин и их роль в методах расчета и проектирования ИИУС.

Тема 1. Статистическая теория ИИУС.

Случайные события, величины, процессы. Обобщенная модель сигнала. Информационные параметры, параметры сопровождения и формы. Квазидетерминированные сигналы. Стационарные и эргодические процессы. Преобразование случайных процессов.

Суть задач статистической теории. Оценка случайных событий и величин. Параметрическое оценивание и идентификация сигналов. Виды оценок. Интервальные и точечные оценки. Свойства статистических оценок. Виды ошибок оценивания. Критерии оценивания. Функции риска. Виды параметрического оценивания: метод Байеса, методы максимума апостериорной вероятности, минимаксные методы, методы максимального правдоподобия, метод Неймана –Пирсона. Общее представление об оптимальной и адаптивной фильтрации. Фильтр Калмана. Методы оценивания потенциальной точности измерительных устройств.

Тема 2. Информационная теория измерительных устройств.

Общее понятие об информации и информационных процессах. Философскометодологический (атрибутивный) и функциональный (кибернетический) подходы к понятию информации. Информационные системы и процессы. Виды и свойства информации. Семиотические аспекты информационных процессов.

Методы оценки объема информации. Информация по Хартли. Информация по Шеннону. – энтропия по Колмогорову. Основные свойства информации. Основы помехоустойчивого кодирования. Метрика Хэмминга. Корректирующие и обнаруживающие коды. Блочное и циклическое кодирование.

Связь измерения и информации. Измерение как частный случай получения информации. Связь параметров точечных и интервальных оценок с информационными параметрами сигналов. Метод – слоя и его применение для расчета и проектирования компонентов ИИУС.

Раздел 2. Специальные методы синтеза и анализа ИИУС Тема 3. Основы системного анализа Сущность системного подхода. Понятие системы. Структура систем. Классификация систем. Понятие связи. Типы связей и их характеристики. Состояние и поведение системы. Понятие цели, целесообразности и целенаправленности лежат как основа развития системы. Целевая функция и критерий цели. Основные задачи теории систем.

Тема 4. Основы теории принятия решений Основные этапы процедуры принятия решений. Нормативная и дескриптивная теория принятия решений. Принятие решений в условиях априорной неопределенности. Понятия ожидаемой ценности и полезности. Виды ошибок при принятии решений. Связь

СИСТЕМА КАЧЕСТВА

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теоретические основы информационно-измерительных и управляющих систем» (ОД.А.03; цикл ОД.А.00 «Обязательные дисциплины» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Технические науки, специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и теории принятия решений с теорий игр. Стратегии принятия решений, их краткое описание и характеристика.

Тема 5. Основы теории систем массового обслуживания Общее представление о теории массового обслуживания. Понятие очереди. Виды очередей. Применение теории СМО для моделирования процессов сбора и обработки данных в распределенных вычислительных сетях.

Тема 6. Математические методы, используемые для расчета и проектирования компонентов ИИУС и в алгоритмах обработки сигналов.

Методы оптимальной оптимизации. Оптимизация на смешанных, дискретных и непрерывных пространствах параметров оптимизации. Многокритериальная оптимизация.

Теорема Банаха. Метод п-тау сеток. Парето - оптимальные множества.

Теория нечетких множеств. Лингвистическая переменная и функция принадлежности. Операции на нечетких множествах. Применение теории для анализа временных рядов, прогнозирования, алгоритмах синтеза и принятия решений.

Вейвлет – преобразования. Функции прямого и обратного вейвлет-преобразования.

Применение вейвлет – преобразований для обработки изображений, в системах медицинской диагностики, распознавании речи и компьютерной графики Искусственные нейронные сети (ИНС). Общее представление об ИНС. Области применения ИНС: идентификация (распознавание образов, кластеризация), прогнозирование и аппроксимация, сжатие данных, фильтрация сигналов. Этапы решения задач с применением ИНС. Виды ИНС и их характеристика (сети прямого и обратного распространения, многослойный персептрон, персептрон Розенблатта, сети Ворда, рекуррентные ИНС Хопфилда, Коско, самоорганизующиеся сети Коххонена, сети Джордана, Элмана, Хэмминга и др.). Выбор топологии сети. Подбор параметров и форм обучения. Проверка адекватности обучения.

Методы математического моделирования. Имитационное моделирование. Датчики случайных чисел для различных видов законов распределения.

Методы математической морфологии. Общее представление о методе. Основные морфологические операции. Применение методов для цифровой обработки изображений.

музыкальных отрывков Методы нелинейной обработки сигналов. Эвристические алгоритмы, их преимущества и недостатки. Методы нелинейной фильтрации и их применение для решения задач идентификации и обработки изображений.

2.4 ПРАКТИЧЕСКИЕ (СЕМИНАРСКИЕ) ЗАНЯТИЯ 1. Анализ прохождения квазидетерминированных сигналов через линейные цепи 2. Исследование свойств интервальных и точечных оценок для различных моделей аддитивного и мультипликативного шума.

3. Исследование влияния выбора функции риска на свойства получаемых точечных оценок.

4. Информационные системы. Кодирование информационных последовательностей 5. Применение метода – слоя для расчета потенциальной точности нестационарных неэргодических сигналов 6. Применение нечетких множеств в задачах управления.

СИСТЕМА КАЧЕСТВА

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теоретические основы информационно-измерительных и управляющих систем» (ОД.А.03; цикл ОД.А.00 «Обязательные дисциплины» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Технические науки, специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и 7. Применение ИНС для прогнозирования временных рядов 8. Обработка изображений методами математической морфологии 9. Применение методов нелинейной фильтрации для обработки изображений Примечание: продолжительность каждого занятия – 4 часа

3 ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕКУЩЕГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ

ЗНАНИЙ

3.1 КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ – не предусмотрены.

3.2 СПИСОК ВОПРОСОВ ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ – не

предусмотрено.

3.3 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Изучение учебного материала, перенесенного с аудиторных занятий на самостоятельную проработку.

Выявление информационных ресурсов в научных библиотеках и сети Internet по следующим направлениям:

методы нелинейной обработки сигналов;

проектирование SCADA - систем;

методы анализа, моделирования и проектирования HMI Конспектирование и реферирование первоисточников и научноисследовательской литературы по тематическим блокам.

3.3.1 ПОДДЕРЖКА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ Список литературы и источников для обязательного прочтения.

Полнотекстовые базы данных и ресурсы:

1. сайт научно-технической библиотеки АлтГТУ elib.altstu.ru/elib/main.htm 2. Издания Алтайского государственного технического университета (http://edu.secna.ru/) 3. Полнотекстовая БД диссертаций РГБ 4. Научная электронная библиотека РФФИ (Elibrary) 5. БД издательства ELSEVIER 6. Oxford University Press 7. Университетская библиотека ONLINE 8. Университетская информационная система Россия 3.3.2 ТЕМАТИКА РЕФЕРАТОВ – не предусмотрены.

Итоговый контроль проводится в виде экзамена кандидатского минимума.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ,

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭВМ (Перечень обучающих, контролирующих и расчетных программ, диафильмов, слайдфильмов, кино- и телефильмов).

Программы пакета Microsoft Offiсe;

СИСТЕМА КАЧЕСТВА

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теоретические основы информационно-измерительных и управляющих систем» (ОД.А.03; цикл ОД.А.00 «Обязательные дисциплины» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Технические науки, специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и Программы пакета SciLab;

Сайт научной технической библиотеки АлтГТУ, с доступом к электронному каталогу и полнотекстовым базам данных – URL: http://astulib.secna.ru/

5 АКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ (ДЕЛОВЫЕ ИГРЫ, НАУЧНЫЕ

ПРОЕКТЫ) не предусмотрены.

6 МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (Современные приборы, установки (стенды), необходимость специализированных лабораторий и классов) Компьютерные классы, оснащенные компьютерами с выходом в Интернет и в локальную сеть Алтайского государственного технического университета, а также принтеры, сканеры и ксероксы.

7.1 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Садовский Г. А. Теоретические основы информационно-измерительной техники.

– М.: Высшая школа, 2008. – 252 с. – 14 экз.

2. Солодов А. В. Теория информации и ее применение к задачам автоматического управления и контроля. – М.: Наука, 2003. – 432 с. – 12 экз.

7.2 ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

3. Богданович В.А. Теория устойчивого обнаружения, различения и оценивания сигналов: научное издание /В. А. Богданович, А. Г. Вострецов.-М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.с.: рис. – 1 экз.

4. Островский Л.А. Основы общей теории электрических измерительных устройств. – Л.: Энергия, 1990. - 534с. 12 экз.

5. Куликовский Л.Ф., Мотов В.В. Теоретические основы информационных процессов.:

- М.: ЮНИТИ – ДАНА, 2000.

6. Шенон К. Работы по теории информации и кибернетике. – М.: Изд-во иност.

лит., 1983. – 823 с. – 5 экз.

7. Калан Р. Основные концепции нейронных сетей: Пер. с англ. – М.: Издат. Дом «Вильямс», 2003.

7.3 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

8. 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).

СИСТЕМА КАЧЕСТВА

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теоретические основы информационно-измерительных и управляющих систем» (ОД.А.03; цикл ОД.А.00 «Обязательные дисциплины» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Технические науки, специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

В рабочую программу курса ОД.А.03, «Теоретические основы информационноизмерительных и управляющих систем», цикл ОД.А.00 «Обязательные дисциплины»

основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Технические науки, специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям):