Национальный исследовательский
Томский политехнический университет
Институт кибернетики
КАФЕДРА ИНТЕГРИРОВАННЫХ
КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Утверждаю:
Зав. каф. ИКСУ
__________
«03» мая 2013 г.
ВОПРОСЫ
итогового Государственного (междисциплинарного) экзамена по направлению 220200.62 – "Автоматизация и управление" (бакалавриат)
Томск 2013
1. ДИСЦИПЛИНЫ, ВКЛЮЧЁННЫЕ В ВОПРОСЫ ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ В МАГИСТРАТУРУ
1.1. Информатика (Информационные технологии).
1.2. Теоретические основы электротехники.
1.3. Метрология и измерительная техника.
1.4. Технические средства систем автоматики и управления.
1.5. Теория автоматического управления.
2. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНЫХ ДИСЦИПЛИН
2.1. Информатика (Информационные технологии)
2.1.1. Двоичная система счисления.
2.1.2. Шестнадцатеричная система счисления.
2.1.3. Перевод целых чисел и правильных дробей из одной системы счисления в другие.
2.1.4. Основные понятия алгебры логики.
2.1.5. Составление логических высказываний по таблицам истинности.
2.1.6. Представление в ЭВМ целых чисел
2.1.7. Прямой, обратный и дополнительный коды.
2.1.8. Сложение целых чисел с использованием обратного кода.
2.1.9. Сложение целых чисел с использованием дополнительного кода.
2.1.10. Представление в ЭВМ чисел по формату с плавающей запятой.
2.1.11. Функциональная и структурная организация ЭВМ.
2.1.12. Программное обеспечение ЭВМ.
Литература для подготовки
1. Информатика: учебное пособие / , , . – Томск: Изд-во ТПУ, 2009. – 168 с.
2. , , и др. Информатика: учебник. – Ростов н/Д: Феникс, 20с.
3. Острейковский : учеб. для вузов. – М.: Высшая школа, 2007. – 511 с.
4. , Медведев : базовый курс: учебник. – М.: Омега-Л, 2008. – 574 с.
5. , , Романченко и программирование: учебник. – СПб: Андреевский издательский дом», 2008. –248 с.
6. Информатика. Базовый курс / под ред. – СПб.: Питер, 2006. – 640 с.
2.2. Теоретические основы электротехники
2.2.1. Применение законов Ома и Кирхгофа для расчета электрических цепей постоянного тока (найти эквивалентное сопротивление, найти ток в цепи, записать систему уравнений для нахождения токов в цепи, определить, эквивалентны ли цепи).
2.2.2. Определение передаточных функций четырехполюсников.
2.2.3. Цепи переменного тока. Максимальное и действующее значение переменного тока.
2.2.4. Активная, реактивная и полная мощность. Косинус «фи».
Литература для подготовки
1. , и др. Основы теории цепей. – М.: Энергоиздат, 1989. – 529 с.
2. Матханов анализа электрических цепей. Линейные цепи. – М.: Высш. шк., 1990. – 396 с.
3. Бессонов основы электротехники. Электрические цепи. – М.: Высш. шк., 1996. – 559 с.
4. Купцов теории цепей. Томск: Изд. ТПУ, Ч.1, 2001. –130 с., Ч.2, 2000. – 158 с.
5. 30 лекций по теории электрических цепей. –СПб.: Политехника, 1995. – 519 с.
6. Теоретические основы электротехники. Сборник задач / , , . – Спб.: Питер, 2004. – 512 с.
7. , , Коровкин основы электротехники. Том I. – Спб.: Питер, 2009. – 512 с.
2.3. Метрология и измерительная техника
2.3.1. Методы измерений. Погрешность измерений. Виды погрешностей. Погрешность измерительного канала.
2.3.2. Давление. Виды давлений. Манометры с гидростатическим уравновешиванием. Деформационные чувствительные элементы для измерения давления.
2.3.3. Температура. Основные способы измерения. Деформационные термометры, термопары, термометры сопротивления. Мостовые схемы для компенсации термоЭДС холодного спая и измерения термосопротивлений. Схема компенсации сопротивления проводов (3-х проводная схема).
2.3.4. Способы и средства измерения уровня.
2.3.5. Количества и расходы. Расходомеры переменного и постоянного перепада.
Литература для подготовки
1. , , Азим-Заде измерения и приборы: Учебник для студентов по спец. «Автоматизация технологических процессов и производств». – М.: Высшая школа, 1989. – 456 с., ил.
2. и др. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник для вузов /, , . – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 232 с., ил.
3. , Алферов приборы: Учебник для вузов: В 2 т. – М.: Издательство стандартов, 1986.
4. , Тарасенко и средства измерений. – М.: Academia, 2008. – 331 с.
2.4 Технические средства систем автоматики и управления
2.4.1. Типовые структуры и средства систем автоматизации и управления техническими объектами и технологическими процессами.
2.4.2. Технические средства получения информации о состоянии объекта управления, датчики, измерительные преобразователи.
2.4.3. Средства обработки, хранения информации и выработки командных воздействий; цифровые средства обработки информации в системах автоматизации и управления, программируемые логические контроллеры. Особенности контроллеров по отношению к универсальным микро-ЭВМ. Языки программирования контроллеров.
2.4.4. Технические средства использования командной информации и воздействия на объект управления, исполнительные устройства, регулирующие органы.
2.4.5. Регистрирующие и показывающие вторичные приборы, безбумажные регистраторы.
2.4.6. Виды исполнений технических средств. Виды климатических исполнений, исполнений по защите персонала от соприкосновения с находящимися под напряжением частями, с движущимися частями и от попадания внутрь твердых посторонних тел, а также от попадания воды.
Литература для подготовки
1. Кангин и программные средства систем управления. Промышленные сети и контроллеры : учебное пособие / , . — М. : Бином ЛЗ, 2010. — 419 с.
2. Шандров, средства автоматизации : учебник/ , . — М.: Академия, 2007. — 362 с. — (Высшее профессиональное образование. Автоматизация и управление) . — Библиогр.: с. 358.
3. Андреев средства систем управления технологическими процессами нефтяной и газовой промышленности : учебное пособие / , . — М.: Нефть и газ, 2005. — 270 с.
4. Технические средства автоматизации химических производств : справочник / , , . — М.: Химия, 1991. — 272 с.
5. Иткина устройства систем управления в химической и нефтехимической промышленности. - Москва: Химия, 1984. — 232 с.
2.5 . Теория автоматического управления
2.5.1. Описание систем автоматического управления (САУ) дифференциальными и разностными уравнениями, передаточными функциями, временными и частотными характеристиками.
2.5.2. Правила структурных преобразований. Эквивалентная передаточная функция. Передаточные функции САУ в разомкнутом состоянии, в замкнутом состоянии по задающему воздействию, по возмущающему фактору и ошибке регулирования.
2.5.3. Оценка устойчивости САУ по корням характеристического уравнения системы. Критерии устойчивости: Гурвица; Михайлова; Найквиста в частотном диапазоне и логарифмическом; Гольдфарба; Попова. Критический коэффициент усиления разомкнутой системы,, определение его значения с использованием критериев устойчивости САУ.
2.5.4. Оценка качества процесса регулирования. Определение показателей качества по переходной характеристике системы. Определение показателей качества по частотным характеристикам системы.
2.5.5. Полная ошибка регулирования системы, ошибка от задающего воздействия и возмущающего фактора. Определение ошибок: при ступенчатом воздействии; при сигналах, изменяющихся с постоянной скоростью или ускорением; при гармоническом воздействии.
2.5.6. Импульсные САУ.
Литература для подготовки
1. Современные системы управления. Пер. с англ. . – М.: Лаборатория базовых знаний, 2002. – 832 с. ил.
2. Теория автоматического управления Учебное пособие: В 2-х частях под ред. . Ч. 1 Теория линейных систем автоматического управления – М.: Высшая школа, 1986. – 367 с.
3. Теория автоматического управления Учебное пособие: В 2-х частях под ред. ч.2 Теория нелинейных и специальных систем автоматического управления М.: Высшая школа, 1986. – 504 с.
4. и др. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления: Учебное пособие: М.: Наука, 1989. – 304 с.
5. Попов нелинейных систем автоматического регулирования и управления: Учебное пособие. М.: Наука, 1988, 256 с.
6. Ким автоматического управления. Том I. Линейные системы. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. – 312 с.
7. , Дмитриева задач по теории автоматического управления. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 168 с.
3. ПРИМЕР ЭКЗАМЕНАЦИОННОГО БИЛЕТА (ТЕСТОВОГО ЗАДАНИЯ)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ |
| МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ ЭКЗАМЕН |
УТВЕРЖДАЮ:
Руководитель ООП ______________________ ФИО
(Подпись)
«____» ________________ 2013 г.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №1
1. Переведите в двоичную систему счисления десятичное число 41,625. (5 баллов)
2. Переведите в 16-ричный код десятичное число 175. (5 баллов)
3. В 8-разрядном сумматоре складывается число А = +20 и число В = – 27. Представьте результат сложения S в дополнительном коде. (10 баллов)
4. Составьте на основе законов Кирхгофа систему уравнений для определения токов I1, I2, I3 в электрической цепи, представленной на рис. 1. (5 баллов)
Рис. 1
5. Активная мощность электрической нагрузки Р = 4 ВА и 
. Чему равна её реактивная мощность? (5 баллов)
6. Определите передаточную функцию четырехполюсника, схема которого представлена на рис. 2. (10 баллов)
Рис. 2
7-1. Какие достоинства имеет двухседельный клапан по сравнению с односедельным? Ответ представить в текстовом виде. (5 баллов)
а) более высокую пропускную способность и герметичность;
б) более высокую пропускную способность и разгруженный затвор;
в) более высокую пропускную способность и возможность использования в качестве отсечного клапана;
г) более высокую пропускную способность и более высокое быстродействие.
7-2 Каким образом классифицируются электродвигательные исполнительные механизмы?
а) Плунжерные, безплунжерные и поворотные.
б) Однооборотные, многооборотные и прямоходные.
в) Плунжерные и прямоходные.
г) Плунжерные и многооборотные.
Ответ представить в текстовом виде. (5 баллов)
8. На чем основан принцип действия манометрического термометра? (5 баллов)
а). Изменение давления рабочего вещества в замкнутом объёме при изменении температуры.
б). Изменение давления рабочего вещества при изменении температуры.
в). Изменение объёма рабочего вещества при изменении температуры.
9. Прибор с симметричной шкалой – 50 ÷ 0 ÷ +50 В используется для измерения напряжения. Определите приведённую погрешность прибора, если истинное значение равно 30 В, а измеренное 30,35 В. (5 баллов)
10. На рис. 3 приведен фазовый портрет релейной системы. Определите вид процесса для переменной 
, соответствующий начальному положению изображающей точки 
. (5 баллов)
Рис. 3
11. Определите эквивалентную передаточную функцию 
для системы, имеющей операторно-структурную схему, представленную на рис. 4. (6 баллов)
Рис. 4
12. Используя критерий Гурвица, оцените устойчивость системы автоматического управления, у которой передаточная функция в разомкнутом состоянии.
, а коэффициент отрицательной обратной связи Кос равен единице. (7 баллов)
13. По ЛЧХ линейной САУ определите приближенные значения ее следующих показателей качества: – запас по фазе; – запас по амплитуде в дБ; – запас по амплитуде в натуральных единицах. (6 баллов)
Рис. 5
14. По операторно-структурной схеме САУ (рис. 6) определите установившуюся ошибку регулирования 
при возмущающем воздействии 
, если 
= 1,2(0.5S+1); 
и 
. (7 баллов).
Рис. 6
15. Запишите передаточную функцию, дифференциальное уравнение и изобразите график переходной функции для идеального интегрирующего звена при постоянной интегрирования T = 1 c. (4 балла)
16. Определите график аппроксимированной ЛАЧХ системы (см. рис. 7) в разомкнутом состоянии между 
и 
. (5 баллов)
Рис. 7
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №2
1. Переведите в двоичную систему счисления десятичное число 50,875. (5 баллов)
2. Перевести в 16-ю систему счисления двоичное число ,11. (5 баллов)
3. По таблице истинности найдите логическую формулу q = f (x,y,z) и упростите её. В логической формуле использовать для обозначения операции логического сложения знак «плюс», логического умножения – знак умножения (точку), (10 баллов).
x | y | z | q |
0 | 0 | 0 | 1 |
0 | 0 | 1 | 1 |
0 | 1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 | 1 |
1 | 0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 1 | 1 |
1 | 1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 | 1 |
4. Определите ток I2 в электрической цепи (рис. 1), если Е1 = 10 В; Е2 = 6 В; R1 = 5 Ом; R2 = 10 Ом; R3 = 2 Ом. (5 баллов)
Рис. 1.
5. Цепь состоит из последовательно соединенных сопротивления R и индук-тивности L. Определите полное сопротивление цепи на частоте w = 1000 рад/с, если R = 40 Ом, L = 3×Гн. (5 баллов).
Возможные варианты ответа: а) 50 Ом; б) 1,2 Ом; в) 70 Ом; г) 43 Ом.
6. Определите передаточную функцию четырехполюсника, схема которого представлена на рис. 2. (10 баллов)
Рис. 2
7-1. Какое определение задвижки является верным? Ответ представить в текстовом виде.
а) Запорно-регулирующий орган имеет форму тела вращения и вращается вокруг оси, не являющейся его собственной осью.
б) Запорно-регулирующий орган перемещается возвратно-поступательно параллельно оси потока.
в) Запорно-регулирующий орган перемещается возвратно-поступательно перпендикулярно оси потока. (5 баллов)
7-2. Какие контакты в системах автоматизации принято называть «мокрыми»?
а) Контакты, в цепи которых обязательно должен быть дополнительный источник питания.
б) Контакты, работающие во влажной среде.
в) Контакты, не требующие дополнительного источника питания.. (5 баллов)
8. Из перечисленных ниже сигналов укажите унифицированный:
а) 4–20 мА,
б) 8–16 мА,
в) 10–20 мА. (5 баллов)
9. На чём основан принцип работы жидкостного манометра? (5 баллов)
а). На измерении гидростатического столба жидкости.
б). На уравновешивании измеряемого давления гидростатическим столбом жидкости.
в). На уравновешивании измеряемого давления массой груза.
10. Определите выражение для амплитудной частотной характеристики САУ с отри-цательной обратной связью, у которой передаточная функция прямой цепи 
, а коэффициент обратной связи К = 0.5. (5 баллов)
11. Получите эквивалентную передаточную функцию для системы, с операторно-структурной схемой, приведенной на рис. 3. (6 баллов)
Рис. 3
12. Используя критерий Михайлова, определите критические значения статического коэффициента передачи 
САУ в разомкнутом состоянии, если характеристическое уравнение этой системы в замкнутом состоянии A(s) = 0,0007
+ 0,043 
+ 0,41 
+ 1,3 
+ КРС + 1. (8 баллов)
13. Для САУ с единичной отрицательной обратной связью по её АФЧХ в разомкнутом состоянии (рис. 4) определите статический коэффициент передачи между входом и выходом и показатели качества. (7 баллов)
Рис. 4
14. По операторно-структурной схеме САУ (рис. 5) определите полную установившуюся ошибку регулирования, если 
, , и 
. (9 баллов)
Рис. 5
