Программа дисциплины Введение в задачи исследования и проектирования цифровых систем Направление 010400 «Информационные технологии» (магистратура) icon

Программа дисциплины Введение в задачи исследования и проектирования цифровых систем Направление 010400 «Информационные технологии» (магистратура)



Смотрите также:
Программа дисциплины методы статистической обработки информации по направлению 010400...
Программа итогового экзамена по направлению направление 010400. 68 «Информационные технологии»...
Рабочая программа трудоемкость дисциплины 2 зачетные единицы направление 010400 информационные...
Рабочая программа трудоемкость дисциплины 5 зачетных единиц направление 010400 информационные...
Рабочая программа трудоемкость дисциплины 3 зачетные единицы направление 010400 информационные...
Рабочая программа Наименование дисциплины Интеллектуальные информационные системы и технологии...
Рабочая программа трудоемкость дисциплины 2 зачетные единицы направление 010400 информационные...
Рабочая программа трудоемкость дисциплины 3 зачетные единицы направление 010400 информационные...
Программа дисциплины “информационные технологии” Направление 230200 Информационные системы...
Рабочая программа трудоемкость дисциплины 5 зачетных единиц направление 010400 информационные...
Рабочая программа трудоемкость дисциплины 4 зачетные единицы направление 010400 информационные...
Рабочая программа трудоемкость дисциплины 2 зачетные единицы направление 010400 информационные...



скачать


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УТВЕРЖДАЮ

Руководитель

Департамента образовательных
программ и стандартов
профессионального образования


___________________ В.И. Кружалин


«_____»_____________________ 2007


УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета прикладной
математики – процессов управления
Санкт-Петербургского государственного
университета


____________________ Л.А. Петросян


«_____»_____________________ 2007




Программа дисциплины


^ Введение в задачи исследования
и проектирования цифровых систем



Направление 010400 «Информационные технологии» (магистратура)

Дисциплина направления, федеральный компонент



Лекций:

36 часов

Практики

--

Итого аудиторной нагрузки

36 часов

Форма итогового контроля

Экзамен



Разработал:

д.ф-м.н., профессор Веремей Е.И.


Рецензент:

д.ф-м.н., профессор Жабко А.П.


Санкт-Петербург

2007

^ Введение в задачи исследования
и проектирования цифровых систем



Цель и задачи курса

Целью дисциплины является изучение фундаментальных основ моделирования, анализа и синтеза информационных систем, построенных на базе современных цифровых устройств. В центре внимания представление математических моделей дискретных систем в пространстве состояний и в частотной области, широкий спектр современных подходов к оценке устойчивости и качества дискретных процессов, оптимизационные методы синтеза алгоритмов функционирования и приёмы компьютерного моделирования в интегрированных инструментальных средах. Центральной задачей курса является сочетание его фундаментальной направленности с практической ориентацией рассматриваемых подходов и методов.


В результате изучения дисциплины "Математические методы исследования и проектирования цифровых систем" магистр информационных технологий должен:

  • владеть теоретическими основами математического и компьютерного моделирования информационных систем, включающих цифровые устройства;

  • знать и уметь использовать формализованные подходы к оценке устойчивости и качества динамических процессов в цифровых системах, владеть аналитическими и численными методами анализа устойчивости и качества;

  • уметь ставить задачи аналитического синтеза алгоритмов цифровой обработки информации на базе оптимизационных подходов, владеть аналитическими и численными методами синтеза, иметь навыки применения этих методов для решения практических задач;

  • владеть навыками построения компьютерных моделей дискретных систем и проведения имитационного моделирования протекающих в них процессов в инструментальной среде MATLAB-Simulink.

^ Содержание курса

1. Введение

Сфера применения цифровых систем сбора, хранения, передачи и обработки информации. Структура, особенности и классификация информационных систем, включающих цифровые устройства. Цифровые системы автоматического управления. Общие принципы исследования и проектирования. Современные инструментальные интегрированные среды моделирования и разработки. Примеры. История и перспективы развития цифровых автоматизированных систем.


^ 2. Математическое моделирование дискретных
процессов и цифровых систем


Преобразование дискретных сигналов цифровыми системами. Линейные стационарные цифровые системы (DLTI-системы). Типовые входные сигналы, понятие импульсной характеристики. Математические модели DLTI-систем в виде разностных уравнений. Понятие SISO цифровых систем, уравнения цифровых фильтров. Модели DLTI-систем в пространстве состояний. Преобразование Лорана (Z-преобразование). Изображения по Лорану для типовых сигналов. Решение разностных уравнений и систем с помощью Z-преобразования. Математические модели DLTI-систем в изображениях по Лорану. Модели в пространстве состояний и уравнения «вход-выход». Понятие дисретной передаточной матрицы. Взаимные переходы между различными формами математических моделей DLTI-систем.


^ 3. Вопросы анализа дискретных процессов и систем


Ряды и преобразование Фурье для числовых последовательностей. Периодические последовательности и их гармонический анализ. Понятие комплексного спектра последовательности. Дискретное по времени преобразование Фурье (ДВПФ). Понятие комплексной частотной (спектральной) характеристики последовательности. Два подхода к построению дискретного преобразования Фурье (ДПФ) для конечных последовательностей. Понятие дискретного частотного спектра. Частотные характеристики DLTI-систем. Собственные элементы и собственные числа оператора линейной цифровой системы.

Понятия устойчивости и асимптотической устойчивости цифровых систем по Ляпунову. Понятие BIBO устойчивости. Устойчивость DLTI-систем. Алгебраические и частотные методы анализа устойчивости. Запасы устойчивости по корням, по амплитуде и фазе.

Характеристики качества процессов в цифровых информационных системах. Точность и энергетические затраты на корректировку динамики. Показатели качества в виде матричных норм для DLTI- систем.


^ 4. Синтез алгоритмов функционирования цифровых систем

Основы оптимизационного подхода к синтезу цифровых информационных систем. Метод параметрической оптимизации с заданием допустимого динамического «коридора». Границы динамических диапазонов и практические рекомендации по их выбору. Модальный синтез при полной и неполной информации о состоянии объекта. Понятие дискретного асимптотического наблюдателя. Дискретная задача LQR-оптимизации. Практические подходы к выбору весовых множителей в квадратичном функционале. Цифровая фильтрация по Калману. Синтез цифровых систем на базе LQG-подхода. Понятие об оптимизации DLTI-систем по нормам пространств и H.


^ 5. Компьютерное и имитационное моделирование в среде MATLAB-Simulink

Общий состав интегрированной системы MATLAB и её применение для работы с цифровыми системами. Моделирование DLTI-систем в базовой среде MATLAB с использованием технологий объектного подхода. Реализация компонентного моделирования цифровых систем и процессов в подсистеме Simulink. Основные библиотечные блоки. Последовательность визуального построения и отладки Simulink-моделей. Реализация имитационного моделирования дискретных процессов. Средства анализа результатов моделирования. Примеры прикладных задач исследования и проектирования цифровых систем.


^ 6. Вопросы реализации алгоритмов обработки информации

Операционные системы реального времени. Общее понятие о процессах. Управление системными ресурсами. Синхронизация процессов и обмен информацией между ними. Методы программирования для систем реального времени. Вопросы человеко-машинного интерфейса в цифровых информационных системах. Проектирование пользовательских интерфейсов.


^ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ КУРСА ПО ТЕМАМ И ВИДАМ РАБОТ




п/п

Наименование

тем и разделов

Всего

(часов)

Аудиторные

занятия (часов)

Самостоят.

работа (часов)

1.

Введение

4

2

2

2.

Математическое моделирование

дискретных систем

12

6

6

3.

Анализ устойчивости и качества
дискретных процессов


12

6

6

4.

Синтез алгоритмов
функционирования дискретных
систем


16

8

8

5.

Компьютерное и имитационное
моделирование в среде
MATLAB-Simulink


20

10

10

6.

Реализация алгоритмов цифровой
обработки информации


8

4

4




ИТОГО

72

36

36



Количество контрольных работ: 2


Примечание. Во всех разделах таблицы указано минимальное число часов, необходимое для усвоения соответствующего раздела. Оставшиеся часы используются в рабочей программе для более глубокого изложения отдельных разделов курса.

Форма итогового контроля: экзамен.


^ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

1. Общие схемы систем для цифровой обработки информации. Системы с прямым воздействием и с обратной связью.

2. Современные инструментальные интегрированные среды моделирования и разработки.
Особенности применения пакета MATLAB для компьютерного моделирования цифровых систем.

4. Методы математического моделирования цифровых систем. Разностные уравнения и их решение. Линейные разностные системы с постоянными коэффициентами. Дискретное преобразование Лапласа и z-преобразование.

5. Дискретизация непрерывных сигналов по времени и уровню. Эффект подмены частот. Дискретизация математических моделей непрерывных систем.


5. Понятие дискретной LTI системы. Оператор сдвига и соотношения «вход-выход». Дискретная передаточная матрица и её связь с уравнениями состояния.

6. Реакция линейной дискретной системы на решетчатые гармонические функции. Частотные характеристики дискретных систем.

7. Основные понятия теории устойчивости, применительно к цифровым системам. Устойчивость LTI систем – алгебраические и частотные критерии устойчивости. Запасы устойчивости по корням, по амплитуде и фазе.

8. Управляемость и наблюдаемость дискретных объектов. Эффекты дискретизации. Оценки мер управляемости и наблюдаемости.

9. Понятия качества процессов в цифровых системах. Точность и энергетические затраты.
Интегральные характеристики качества. Показатели качества в виде матричных норм для LTI систем.

10. Общая идеология применение оптимизационного подхода для моделирования, анализа и синтеза цифровых информационных систем.

11. Методика параметрического синтеза с заданием допустимой области изменения динамических параметров информационного процесса.

12. Модальный синтез управляющих цифровых алгоритмов. Понятие о модальной параметрической оптимизации.

13. Методы модального синтеза при полной и неполной информации о состоянии объекта. Модальный синтез с использованием дискретных асимптотических наблюдателей.

14. Постановка и методы решения дискретной задачи LQR-оптимизации. Рекомендации по выбору весовых множителей в квадратичном функционале.

15. Аналитические и численные методы оптимизации дискретных систем по нормам пространств и H.

16. Синтез алгоритмов функционирования с восстановлением информации о состоянии. Дискретный фильтр Калмана. Базовые алгоритмы LQG-оптимизации.

17. Современные подходы к компьютерному моделированию цифровых систем. Понятия объектного и компонентного методов моделирования.

18. Реализация компонентного моделирования дискретных систем и процессов в подсистеме Simulink математического пакета MATLAB.

19. Реализация цифровых алгоритмов в реальном времени. Операционные системы реального времени. Общее понятие о процессах. Управление системными ресурсами. Организация динамического обмена данными между процессами.

20. Особенности программной реализации алгоритмов для систем реального времени. Разработка элементов человеко-машинного интерфейса в цифровых информационных системах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бесекерский В.А. Цифровые автоматические системы. – М.: Наука, 1976.

2. Микропроцессорные системы автоматического управления // Бесекерский В.А. и др., Л.: Машиностроение, 1989.

3. Г. Олссон, Д. Пиани. Цифровые системы автоматического управления. – СПб.: Невский диалект, 2001. – 557 с.

4. Веремей Е.И., Корчанов В.М., Коровкин М.В., Погожев С.В. Компьютерное моделирование систем управления движением морских подвижных объектов. - СПб.: НИИ Химии СПбГУ, 2002.- 370 с.

5. Медведев В.С., Потёмкин В.Г. Control System Toolbox. MATLAB 5 для студентов. – М., "Диалог-МИФИ", 1997, 287 с.

6. Using MATLAB / The MathWorks, Inc.- Natick, 1997.- 904 p.

7. Learning MATLAB / The MathWorks, Inc.- Natick, 2001.- 296 p.

8. Using SIMULINK / The MathWorks, Inc.- Natick, 2001.- 846 p.

9. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде Matlab: Учеб. курс. - СПб.: Питер, 2000.- 432 с.

10. Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практическое моделирование динамических систем.- СПб.: БХВ-Петербург, 2002.- 464 с.

11. Поляков К. Ю. Основы теории цифровых систем управления: Учебное пособие. СПб.: СПбГМТУ, 2006. 144 с.: ил.


Список дополнительной литературы устанавливается кафедрой.


Программа составлена д.ф.-м.н., профессором Е.И. Веремеем
(Санкт-Петербургский государственный университет).


Рецензент: д.ф.-м.н., профессор А.П. Жабко (Санкт-Петербургский государственный университет).





Скачать 90,53 Kb.
оставить комментарий
Веремей Е.И
Дата29.09.2011
Размер90,53 Kb.
ТипПрограмма дисциплины, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх