• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Бакалавриат 2020/2021

Встроенные и распределенные системы контроля и управления

Направление: 09.03.01. Информатика и вычислительная техника
Когда читается: 4-й курс, 1-3 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Язык: русский
Кредиты: 8
Контактные часы: 92

Программа дисциплины

Аннотация

Курс посвящен техническим аспектам организации автоматических и автоматизированных систем управления. Цель курса - усвоение студентами задач систем контроля и управления, их состава и характеристик, понимание принципов построения, функционального назначения технических средств систем, изучение архитектуры, получение практики программирования микроконтроллеров ARM, получение знаний и навыков в области встраиваемых систем. На занятиях изучается работа устройств связи с объектом, элементы теории управления и регулирования, использование каналов передачи данных для построения распределенных систем. Курс углубляет знания, полученные студентами в курсах «Микроконтроллерные системы», «Схемотехника», «Функциональные узлы и компоненты систем управления». Полученные при изучении курса знания применяются при прохождении практики, в работе над проектами, выполнении ВКР.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Усвоение студентами задач систем контроля и управления, их состава и характеристик.
  • Понимание принципов построения, функционального назначения, архитектуры технических средств систем контроля и управления.
  • Получение знаний и навыков в области встраиваемых систем, изучение архитектуры микроконтроллеров ARM, приобретение опыта программирования контроллеров.
  • Изучение работы устройств связи с объектом, элементов управления и регулирования систем контроля и управления, а также средств связи и каналов передачи данных.
  • Получение навыков разработки и программирования элементов систем.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знание возможных вариантов организации систем контроля и управления. Понимание назначения компонентов типовых систем. Умение выбирать наиболее оптимальную в конкретных условиях организацию системы
  • Знание состава компонентов типовых систем контроля и управления.
  • Навыки самостоятельной работы с инструментальными средствами разработки программного обеспечения и схемотехнического моделирования.
  • Навыки разработки и отладки компонентов систем сбора данных и управления
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Вводная лекция. Основы теории систем автоматического управления (САУ), типы и конструктивные элементы
    Введение. Открытые и замкнутые САУ. Динамические системы. Основы математического моделирования САУ. Мотивация и концепция использования математических подходов и моделей в ТАУ. Классификация формальных моделей САУ. Aрхитектуры различных систем управления. Централизованные и распределенные САУ. Структура и компоненты распределенных систем.
  • Основы моделирования в САУ пространстве состояний и в частотной области
    Переходные процессы в САУ. Передаточная функция системы. Системы первого порядка. Понятие устойчивости системы по Ляпунову. Пропорциональный регулятор. Системы второго и высших порядков. Основные критерии устойчивости САУ. Частотная Передаточная Функция и частотные характеристики системы. Устойчивость в частотной области.
  • Регулятор, осуществляющий пропорциональное, интегрирующее и дифференциальное (ПИД) управление.
    ПИД регулятор и его характеристики. ПИД регулятор и оптимальные линейные системы.
  • Методы анализа САУ и измерительные системы
    Анализ САУ в Пространстве Состояний и элементы анализа САУ в частотной области. Введение в дизайн САУ. Примеры нелинейных динамических систем. Оптимальность и Робастность. Примеры и основные направления развития современной ТАУ. Элементы современной теории измерений. Измерительные системы на основе использования виртуальных приборов.
  • Компоненты устройств связи с объектом (УСО).
    ТПодключение датчиков к схемам последующей обработки. Двухпроводные и четырехпроводные схемы измерения. Мостовые измерительные схемы. Пример ввода данных с термопары и тензометрических преобразователей. Типы источников сигнала. Типы входов измерительных систем: дифференциальное подключение, подключение с общим заземленным и незаземленным проводом. Интегральный дифференциальный усилитель. Источники шумов в сигналах. Шумы аппаратуры и каналов данных. Наводки. Индустриальные помехи. Проникновение шумов. Технические методы устранения помех. Подавление помех
  • Применение микроконтроллеров во встраиваемых и распределённых системах.
    Типовая архитектура системы управления на основе микроконтроллерной системы, модули ввода-вывода цифровой и аналоговой информации, организация многозадачности за счет использования прерываний. Прямой доступ к памяти. Контроллеры периферии. Сторожевые таймеры. Виды RAM: SRAM, EDORAM, SDRAM, EDORAM, DDR, DDR2, DDR3. Энергонезависимая FLASH и EEPROM память. Программное обеспечение и инструментальные средства встраиваемых систем. Особенности проектирования встраиваемых систем и распределённых систем на основе микроконтроллеров.
  • Операционные системы реального времени
    Назначение, состав и функции операционных систем. Определение систем реального времени. Области применения систем реального времени. Функциональные требования к системам реального времени. Архитектуры ОСРВ. Монолитные ОС, клиент-серверные ОС. Стандарты на ОСРВ, .Обзор ОСРВ.
  • Программируемы логические контроллеры (ПЛК).
    Программируемые логические контроллеры (ПЛК). Стандарты МЭК 6131 и МЭК 61499 .Программирование ПЛК. Языки программирования. Операторские панели. Промышленные сети.
  • Архитектуры, состав и принципы функционирования ПЛИС. Языки описания аппаратуры HDL.
    Программируемая логическая матрица как основа ПЛИС и принципы реализации на ней простых цифровых устройств и схем управления. Основные архитектуры (CPLD, FPGA), состав и принципы функционирования составных частей ПЛИС. Языки Verilogи VHDL для описания системы контроля и управления на основе ПЛИС.
  • Реализация на ПЛИС встраиваемых систем контроля и управления с распределённой обработкой потоков данных.
    Методы преобразования потоков данных без потери информации и их реализация на ПЛИС. Построение устройств с различным количеством синхронизированных каналов ввода-вывода. Универсальный преобразователь множества потоков данных от источников с различными скоростями и системой автоматического управления канальностью.
  • Реализация на ПЛИС контроллеров стандартных интерфейсов для связи с объектом и других решений для систем контроля и управления
    Реализация на ПЛИС контроллеров интерфейсов RS232, 485., JTAG, 1-wire, I2C, CAN, SPI, многопортовой памяти. Селекция кадровых синхроимпульсов в цифровых информационных потоках. Схема селектора синхро-последовательностей и методы его реализация на ПЛИС. Синтез частоты и методы его реализации на ПЛИС. Прямой цифровой синтез. Синтезаторы частоты на основе накапливающего сумматора.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Домашнее задание
  • неблокирующий Стандартные задания лабораторного практикума
  • неблокирующий Активность на лекциях
  • неблокирующий Экзамен
    Режим проведения экзамена определяется режимом обучения, действующим в НИУ ВШЭ на момент проведения экзамена. В оффлайн режиме обучения экзамен проводится в устной форме. В режиме обучения онлайн, экзамен проводится в письменной форме (компьютерный тест). Экзамен проводится на платформе Google Forms (https://docs.google.com/forms/). К экзамену необходимо подключиться за 15 минут до начала. Для участия в экзамене студент обязан: поставить на аватар свою фотографию, включить камеру. Во время экзамена студентам запрещено: пользоваться конспектами и подсказками. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий.
  • неблокирующий Дополнительные задания к лабораторному практикуму
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (3 модуль)
    0.12 * Активность на лекциях + 0.12 * Домашнее задание + 0.18 * Дополнительные задания к лабораторному практикуму + 0.29 * Стандартные задания лабораторного практикума + 0.29 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Борисенко А. Л. - СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ. Учебное пособие для вузов - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 126с. - ISBN: 978-5-534-10075-4 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/shemotehnika-analogovyh-elektronnyh-ustroystv-funkcionalnye-uzly-438274
  • Музипов Х.Н. - Программно-технические комплексы автоматизированных систем управления: учебное пособие - Издательство "Лань" - 2018 - 164с. - ISBN: 978-5-8114-3133-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/108458
  • Ощепков А.Ю. - Системы автоматического управления: теория, применение, моделирование в MATLAB: учебное пособие - Издательство "Лань" - 2018 - 208с. - ISBN: 978-5-8114-1471-0 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/104954
  • Под общ. ред. Колосова О.С. - ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ. Учебник для академического бакалавриата - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 291с. - ISBN: 978-5-9916-8208-4 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/tehnicheskie-sredstva-avtomatizacii-i-upravleniya-433197
  • Шалыгин М.Г., Вавилин Я.А. - Автоматизация измерений, контроля и испытаний: учебное пособие - Издательство "Лань" - 2019 - 172с. - ISBN: 978-5-8114-3531-9 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/115498
  • Ягодкина Т. В., Беседин В. М. - ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ. Учебник и практикум для СПО - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 470с. - ISBN: 978-5-534-11688-5 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/osnovy-avtomaticheskogo-upravleniya-445897

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Рачков М. Ю. - ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ 2-е изд., испр. и доп. Учебник для вузов - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 182с. - ISBN: 978-5-534-11644-1 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/tehnicheskie-sredstva-avtomatizacii-446243