Учебная программа для высших учебных заведений по специальности ІАвтоматическое управление в технических системах (стр. 6 )

Оборудование телемеханических систем, устанавливаемое на ПУ и ИП.

Основные характеристики систем ТМ: емкость, дальность действия, информационные характеристики, точность ТИ.

Тема 2. Сигналы в телемеханике

2.1. Непрерывные виды модуляции. Модулируемый и модулирующий сигналы. Виды непрерывной модуляции: амплитудная (АМ), частотная (ЧМ), фазовая (ФМ). Принципы построения модуляторов и демодуляторов.

2.2. Импульсные виды модуляции: амплитудно-импульсная (АИМ), широтно-импульсная (ШИМ), времяимпульсная (ВИМ). Временные и спектральные характеристики сигналов. Принципы построения модуляторов и демодуляторов.

2.3. Дискретные виды модуляции. Дискретная модуляция по амплитуде, фазе, частоте. Спектральные характеристики сигналов с дискретной модуляцией. Принципы построения модуляторов и демодуляторов.

2.4. Сложные виды модуляции. Спектральные характеристики. Спектральные характеристики радиоимпульсов.

Тема 3. Коды в телемеханике

3.1. Классификация кодов. Общие способы представления кодов: табличный, графический, геометрический.

3.2. Коды, используемые в ТМ в качестве первичных: единичный, единичный позиционный, двоичный, двоично-десятичный, семиразрядный и восьмиразрядный для обмена информацией (КОИ-7 и КОИ-8 и др.). Коды на основе теории соединений. Принципы построения кодопреобразователей. Неравномерные коды. Оптимальные и неоптимальные по длине неравномерные коды.

3.3. Корректирующие коды. Классификация корректирующих кодов: блоковые и непрерывные (рекуррентные), разделимые и неразделимые, систематические и несистематические, линейные и нелинейные, циклические и нециклические.

Принципы обнаружения и исправления ошибок. Основные характеристики корректирующих кодов.

3.4. Линейные блоковые коды. Порождающая и проверочная матрицы линейного кода Хэмминга. Способы образования комбинаций линейных блоковых кодов. Способы обнаружения и исправления ошибок. Многомерные линейные (итеративные) блоковые коды.

Принципы построения кодеров и декодеров линейных кодов.

3.5. Рекуррентные коды. Кодеры и декодеры. Алгоритм декодирования Витерби.

3.6. Циклические коды. Применение многочленов для представления линейных блоковых кодов. Порождающие многочлен и матрица циклических кодов. Проверочные многочлен и матрица циклических кодов.

Тема 4. Каналы телемеханики

4.1. Каналы связи. Классификация каналов. Структура каналов связи. Виды линий, на которых организуются каналы связи: проводные (воздушные) и кабельные, линии электропередач (ЛЭП), распределительные силовые сети (РСС), радиорелейные, волоконно-оптические. Частотные и электрические характеристики линий связи.

4.2. Способы организации телемеханических каналов. Способы организации на физических цепях, занятых и уплотненных линиях. Принцип действия аппаратуры уплотнения. Принципы коррекции линейных и нелинейных искажений.

Тема 5. Методы передачи телемеханических сообщений

и структуры телемеханических систем

5.1. Методы передачи сообщений в безадресных кодовых телемеханических системах одноразрядными и многоразрядными последовательными и параллельными кодами. Методы передачи сообщений в адресных кодовых телемеханических системах.

5.2. Классификация устройств ТУ-ТС. Кодовые, аналоговые и кодоаналоговые системы ТМ. Методы управления. Виды и методы сигнализации. Классификация объектов управления. Оборудование, располагаемое на ПУ и КП. Основные технические требования к устройствам ТУ-ТС.

5.2.1. Обобщенные структурные схемы частотных устройств ТУ-ТС. Структуры сигналов. Назначения отдельных узлов и требования, предъявляемые к их характеристикам.

5.2.2. Обобщенные структурные схемы временных устройств ТУ-ТС. Структуры сигналов. Назначения отдельных узлов и требования, предъявляемые к их характеристикам.

5.2.3. Обобщенные структурные схемы кодовых устройств ТУ-ТС. Современные тенденции к построению кодовых систем ТМ. Прямой и обратный информационные потоки между ПУ и КП.

5.3. Обобщенные структурные схемы многофункциональных устройств ТМ. Особенности выполнения каждой функции. Приоритеты и интерфейсы. Сравнение кодовых и аналоговых систем ТМ. Применение ЭВМ и микропроцессоров. Программная реализация ТМ-функций. Принципы задач распределения между аппаратными и программными средствами системы ТМ при выполнении каждой из телемеханических функций.

5.4. Синхронизация и синфазирование в устройствах ТМ. Способы тактовой синхронизации. Способы синфазирования распределителей.

5.5. Классификация систем ТИ и их характеристики. Особенности систем ТИ погрешности, быстродействие и динамические характеристики. Суммирование значений измеряемых величин. Примеры использования ТИ в промышленности, в научных исследованиях.

5.5.1. Принципы построения аналоговых систем ТИ. Многоканальные системы ТИ с ЧРК. Структурная схема. Переходные и перекрестные искажения. Выбор амплитуд и частот поднесущих. Сравнение аналоговых систем с различными видами модуляции.

5.5.2. Многоканальные системы ТИ с ВРК. Структурная схема. Временные диаграммы. Искажения в системах: междуканальные и при восстановлении сигналов. Влияние способа синхронизации на помехоустойчивость. Сравнительная оценка устройств ТИ с различными видами модуляции.

5.5.3. Принципы построения цифровых систем ТИ. Алгоритм функционирования устройств. Структурная схема. Временная диаграмма. Цикловая и тактовая синхронизация. Погрешности устройств с КИМ. Масштабирование. Использование ЭВМ для автоматической обработки информации. Сопряжение ЭВМ с системами ТМ.

5.5.4. Принципы построения адаптивных систем ТИ. Общие сведения об адаптивных системах ТИ. Классификация адаптивных систем ТИ. Структурные схемы передающих устройств с адаптивной коммутацией, дискретизацией, автоматически регулируемой частотой опроса датчиков, с рациональным построением телеметрического кадра. Основные характеристики различных адаптивных систем. Использование сжатия данных для улучшения характеристик систем.

Тема 6. Функциональные блоки и узлы систем и устройств телемеханики

6.1. Функциональные узлы частотных устройств. Шифраторы и дешифраторы параллельных и последовательных частотных кодов. Генераторы. Аналоговые и цифровые фильтры. Применение интегральных схем для построения основных узлов.

6.2. Функциональные узлы временных и кодовых устройств. Шифраторы и дешифраторы кодов. Использование интегральных мультиплексоров для построения преобразователей параллельного кода в последовательный. Распределители и регистры сдвига. Блоки сравнения кодовых комбинаций. Схемы подключения выходных исполнительных элементов, устройств отображения информации. Применение микроконтроллеров и программных методов для построения блоков систем.

6.3. Модемы, используемые в системах ТМ. Линейные узлы для сопряжения устройств ТМ с физическими цепями.

Тема 7. Системы и устройства телемеханики

Принципы построения и особенности функционирования промышленных систем ТМ для: трубопроводного транспорта; промышленных предприятий; объектов коммунального хозяйства и энергоснабжения городов; энергосистем и энергообъединений; нефтеперерабатывающих предприятий; железных дорог; научных исследований; контроля и управления подвижными объектами.

Тема 8. Системы передачи дискретной информации

8.1. Характеристики информационных сетей. Сети с коммутацией каналов, сообщений, пакетов.

8.2. Системы передачи данных с РОС. Алгоритмы функционирования, структурные схемы, временные диаграммы работы.

8.3. Системы передачи данных с ИОС. Алгоритмы функционирования, структурные схемы, временные диаграммы работы.

Тема 9. Помехоустойчивость систем телемеханики

9.1. Помехи, действующие в каналах ТМ. Виды помех: флуктуационные, импульсные и гармонические. Энергетический спектр случайных помех. Спектральная плотность мощности помехи. Отношение сигнал/помеха.

9.2. Элементы теории потенциальной помехоустойчивости. Искажения сигналов под действием помех. Оценка помехоустойчивости непрерывных сигналов с различными видами модуляции.

9.3. Критерии вероятности передачи дискретных сигналов. Прием дискретных сигналов. Методы приема: одно - и многократный отсчеты, интегральный, корреляционный. Критерии принятия решения.

9.4. Критерии вероятности передачи кодовых сообщений. Методы повышения вероятности передачи кодовых сообщений с использованием корректирующих кодов, обратной связи и др.

Заключение

Направления и перспективы развития ТМ как научной дисциплины в области техники: дальнейшее развитие теории, методов оптимизации структур телемеханических устройств и комплексов; повышение степени агрегатируемости и универсальности средств ТМ. Совершенствование и унификация математического обеспечения для программируемых устройств ТМ; поиск более совершенных методов защиты от помех.

Примерный перечень лабораторных работ

1. Исследование информационных характеристик источников дискретных сообщений.

2. Исследование спектров периодических сигналов и методов борьбы с импульсными помехами.

3. Исследование непрерывных видов модуляции.

4. Исследование импульсных видов модуляции.

5. Исследование манипулированных сигналов.

6. Исследование корректирующих свойств кода Хэмминга.

7. Кодопреобразователи.

8. Построение и исследование кодеров и декодеров рекуррентных кодов.

9. Исследование кодов с обнаружением искажений.

10. Программные методы кодирования и декодирования корректирующих кодов.

11. Исследование временных систем ТУ-ТС.

12. Исследование частотных систем ТУ-ТС.

13. Исследование кодовых систем телемеханики.

14. Исследование распределителей на ИС и способов преобразования параллельного кода в последовательный.

Примерный перечень курсовых работ

1. Многоканальные телеизмерительные системы.

2. Системы телеуправления и телесигнализации.

3. Многофункциональные телемеханические системы.

4. Системы передачи данных.

Примерный перечень практических занятий

1. Алгоритмы функционирования частотных, временных и кодовых систем.

2. Расчет частотных и временных параметров.

3. Расчет спектральных характеристик сигналов.

4. Расчет помехоустойчивости телемеханических устройств.

5. Расчет информационных характеристик.

6. Кодирование сообщений помехозащищенными кодами.

7. Декодирование помехозащищенных кодов.

Литература

Основная

1. Ильин и телеизмерение. – М.: Энергия, 1983.

2. Тутевич . – М.: Высш. шк., 1985.

3. Передача данных. – М.: Связь, 1980.

4. и др. Адаптивные телеизмерительные системы. – Л.: Энергия, 1981.

5. , Кривинченко лекций по курсу «Телемеханика» для студентов специальности «Автоматическое управление в технических системах». Ч. 1: Сообщения и сигналы. – Мн.: БГУИР, 2000.

6. , Кривинченко лекций по курсу «Телемеханика» для студентов специальности «Автоматическое управление в технических системах». Ч. 2: Коды и кодирование. – Мн.: БГУИР, 2001.

Дополнительная

1. , Портнов системы на интегральных микросхемах. – М.: Энергия, 1977.

2. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации /Под ред. . – М.: Радио и связь, 1985.

3. Шастова и помехоустойчивость передачи телемеханической информации. – М.: Энергия, 1966.

Утверждена

УМО вузов Республики

Беларусь по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-53-008/тип.

Локальные системы автоматики

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальностям

ІАвтоматическое управление в технических системах,

ІИнформационные технологии и управление в технических системах

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составители:

, профессор кафедры автоматического управления Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», профессор, доктор технических наук;

, доцент кафедры автоматического управления Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;

, доцент кафедры автоматического управления Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук

Рецензенты:

, профессор Негосударственного высшего учебного учреждения «Институт управления и предпринимательства», доктор технических наук;

Кафедра автоматизации технологических процессов и электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет» (протокол от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой автоматического управления Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 02.09.2002 г.);

Научно-методическим советом по направлению І-53 Автоматизация УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработан на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.115-98.

Пояснительная записка

Типовая программа «Локальные системы автоматики» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.115-98 по специальностям ІАвтоматическое управление в технических системах, ІИнформационные технологии и управление в технических системах. Она предусматривает перечень тем и вопросов, подлежащих изучению студентами, а также примерный перечень тем практических занятий и курсовых работ.

Целью преподавания дисциплины является формирование у студентов знания принципов построения и структурных особенностей конкретных систем автоматического регулирования различного назначения и характеристик основных элементов этих систем, а также умения определять свойства этих систем в статике и динамике по известным характеристикам их элементов.

Основными задачами изучения дисциплины являются формирование у студентов знаний и практических навыков по определению характеристик объектов управления и элементов автоматических систем: исполнительных устройств, усилителей и преобразователей сигналов, измерительных элементов, типовых промышленных регуляторов; освоению принципов построения и особенностей работы промышленных систем регулирования, следящих систем и систем программного управления, инженерных методов анализа и синтеза систем автоматического регулирования.

В результате освоения курса «Локальные системы автоматики» студент должен:

знать:

— принципы построения локальных автоматических систем;

— технические средства для их реализации: измерительные элементы и датчики различных физических величин, усилители и преобразователи сигналов, исполнительные механизмы и устройства, типовые промышленные регуляторы;

— методы определения математических моделей объектов управления и элементов автоматических систем;

— методы анализа автоматических систем;

— способы коррекции и методы синтеза корректирующих устройств;

уметь:

— определять математические модели объектов управления, функциональных узлов и элементов автоматических систем;

— проводить анализ точности и качества регулирования в переходных режимах работы;

— синтезировать корректирующие устройства, обеспечивающие заданное качество регулирования;

— выбирать законы регулирования и производить расчет параметров настройки регуляторов;

— самостоятельно применять теоретические положения при решении конкретных задач разработки и проектирования локальных автоматических систем;

приобрести навыки: разработки, проектирования и расчета систем автоматического регулирования.

Для успешного освоения материала дисциплины «Локальные системы автоматики» необходимо предварительное изучение студентами дисциплин: «Теория автоматического управления», «Электромагнитные и электромашинные устройства автоматики», «Математические основы теории систем», «Электронные устройства автоматики и микросхемотехника».

Программа рассчитана на объем 96 часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 64 часа, практических занятий – 32 часа.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Общие сведения о локальных автоматических системах. Назначение и место локальных автоматических систем в управлении производственными процессами. Локальные системы как элементы сложных систем автоматического и автоматизированного управления. Классификация локальных автоматических систем. Типовые структуры и основные элементы локальных автоматических систем.

Раздел 1. Анализ объектов управления

Классификация объектов управления. Объекты с непрерывными и дискретными процессами. Возмущения и помехи, действующие на объект управления, их характеристики. Выбор управляющих воздействий.

Математическое описание объектов управления. Методы определения математических моделей. Определение статических и динамических математических моделей аналитическим методом. Экспериментальные методы определения математических моделей по временным (переходным) и частотным характеристикам. Задачи и методы идентификации параметров математических моделей.

Раздел 2. Основные элементы локальных автоматических систем

Тема 2.1. Измерительные элементы и датчики

Первичные (измерительные) преобразователи электрических и неэлектрических величин: перемещения, скорости, ускорения, частоты вращения, температуры, давления, усилия и др. Вторичные (нормирующие) преобразователи. Преобразователи с унифицированным аналоговым выходным сигналом, работающие по принципу силовой компенсации. Датчики с импульсным и цифровым выходами. Статические и динамические характеристики. Основные требования к датчикам. Выбор датчиков.

Тема 2.2. Исполнительные элементы

Электрические, гидравлические и пневматические исполнительные элементы и их сравнительная характеристика. Статические и динамические характеристики исполнительных элементов. Выбор типа исполнительного элемента по условиям эксплуатации, мощности, быстродействию, габаритам.

Тема 2.3. Усилители и преобразователи сигналов

Усилители информационных сигналов. Обеспечение стабильности характеристик. Фазочувствительные выпрямители. Основные типы усилителей мощности и их сравнительная характеристика. Статические и динамические характеристики усилителей. Выбор типа усилителя и его согласование с цепью управляющего сигнала и исполнительным элементом.

Тема 2.4. Автоматические регуляторы и агрегатные комплексы

Промышленные автоматические регуляторы и их элементы. Агрегатный принцип построения. Реализация типовых законов регулирования в промышленных регуляторах. Агрегатные комплексы технических средств, применяемых в системах локальной автоматики. Аппаратура комплекса «Каскад». Комплекс технических средств для локальных информационно-управляющих систем — КТСЛИУС.

Раздел 3. Промышленные системы автоматического регулирования

Основные особенности промышленных объектов и систем регулирования. Типовые структуры. Особенности расчета и реализации промышленных систем регулирования. Оценка точности и качества регулирования в переходных режимах работы. Выбор типа регулятора и расчет параметров его настройки по заданным требованиям к качеству регулирования. Локальная промышленная система регулирования как подсистемы централизованного управления. Виды связи локальной системы регулирования с высшими уровнями управления. Режим супервизорного управления.

Раздел 4. Следящие системы

Классификация следящих систем. Функциональные схемы и основные элементы следящих систем. Основные требования и показатели качества работы.

Особенности выбора исполнительного электродвигателя и передаточного числа редуктора в электромеханических следящих системах. Выбор измерителя рассогласования.

Статический расчет следящей системы и определение требуемого порядка астатизма и коэффициента усиления. Ошибки по положению, скорости и ускорению и их связь с параметрами системы. Анализ динамики следящих систем и синтез параметров корректирующих устройств. Типовые желаемые передаточные функции и частотные характеристики. Определение их параметров по заданным требованиям к качеству регулирования. Способы коррекции и методы синтеза корректирующих устройств. Реализация корректирующих устройств. Методы повышения статической и динамической точности. Двухотсчетные измерители рассогласования. Следящие системы с комбинированным управлением. Условия повышения порядка астатизма. Методы расчета следящих систем с комбинированным управлением.