zhChinese    enEnglish
  ПМ-ПУ  » Образование  » Программы курсов » Введение в задачи исследования и проектирования цифровых систем

Введение в задачи исследования и проектирования цифровых систем

Общий курс

Составители: доктор физ.-мат. наук, профессор Веремей Е. И.

Содержание дисциплины

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. Цифровая реализация алгоритмов функционирования информационных систем в режиме реального времени. Современные инструментальные интегрированные среды моделирования и разработки. Примеры. История и перспективы развития цифровых автоматизированных систем.
2. Математическое моделирование дискретных процессов и цифровых систем
Математическое описание дискретных процессов. Системы разностных уравнений и ме-тоды их решения. Линейные системы. Дискретное преобразование Лапласа и z-преобразование. Дискретизация непрерывных сигналов по времени и уровню. Эффект подмены частот.
Модели дискретных по времени динамических объектов в пространстве состояний. Ли-неаризация в окрестности заданного движения. Понятие дискретной LTI системы. Опера-тор сдвига и соотношения "вход-выход". Понятие дискретной передаточной матрицы. Реакция линейной дискретной системы на решетчатые гармонические функции. Частотные характеристики дискретных систем. Модели дискретных систем с запаздыванием.
Структуры и математические модели гибридных цифровых систем. Уравнения преобразователей ЦАП и АЦП. Методы дискретизации непрерывных систем. Переход к непрерывной модели динамического объекта по его дискретному представлению.
3. Анализ устойчивости и качества дискретных процессов
Понятия устойчивости и асимптотической устойчивости дискретных систем по Ляпунову. Понятие BIBO устойчивости. Устойчивость LTI систем. Понятия внешней и внутренней устойчивости. Алгебраические и частотные методы анализа устойчивости. Запасы устойчивости по корням, по амплитуде и фазе.
Параметрические и неструктурированные неопределённости в задании дискретной моде-ли. Понятие о робастной устойчивости, границы робастной устойчивости. Параметриче-ские неопределённости. Теорема Харитонова.
Управляемость и наблюдаемость дискретных объектов. Эффекты дискретизации. Оценки мер управляемости и наблюдаемости.
Характеристики качества процессов в цифровых информационных системах. Точность и энергетические затраты на корректировку динамики. Показатели качества в виде матрич-ных норм для LTI систем.
4. Синтез алгоритмов функционирования цифровых систем
Основы оптимизационного подхода к синтезу цифровых информационных систем. Метод параметрической оптимизации с заданием допустимого динамического "коридора". Современные задачи оптимизации LTI-систем по матричным нормам. Модальный синтез при полной и неполной информации о состоянии объекта. Модальный синтез на базе асимптотических наблюдателей. Дискретная задача LQR-оптимизации. Практические подходы к выбору весовых множителей в квадратичном функционале. Вопросы оптимизации по нормам пространств и H?. Синтез алгоритмов функционирования с использованием прогнозирующих моделей.
5. Компьютерное и имитационное моделирование в среде MATLAB-Simulink
Реализация компонентного моделирования дискретных систем и процессов в подсистемах Simulink и Stateflow математического пакета MATLAB. Основные библиотечные блоки. Последовательность построения и отладки Simulink-моделей. Использование карт состояния Харела и диаграмм подсистемы Stateflow. 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.

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.: Нев-ский диалект, 2001. - 557 с.
  4. Веремей Е.И., Корчанов В.М., Коровкин М.В., Погожев С.В. Компьютерное моделиро-вание 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 дина-мических систем.- СПб.: БХВ-Петербург, 2002.- 464 с.