Автоматизация и управление технологическими процессами и

0
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО Костромской государственный технологический университет
Утверждаю:
проректор КГТУ по НР
д.т.н., проф. Ибрагимов А.М.
«___»____________2015 г.
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА В АСПИРАНТУРУ
Направление подготовки
09.06.01 информатика и вычислительная техника
(Уровень подготовки кадров высшей квалификации)
Профиль «Автоматизация и управление
технологическими процессами и производствами»
Программа утверждена на Совете факультета автоматизированных систем и технологий КГТУ
03.02.2015 г., протокол №6
декан ФАСТ, к.т.н.,доцент
Лустгартен Ю.Л.
Программа утверждена на заседании кафедры
Автоматизированных систем и технологий
20.02.2015 г., протокол № 7
заведующий кафедройАМТ,
д.т.н., профессор
Староверов Б..А.
Кострома – 2015 г.
1
Целью данной программы является установление объёма знаний, необходимого для сдачи вступительного экзамена в аспирантуру по направлению
подготовки 09.06.01 информатика и вычислительная техника, профиль «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами».
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины:
теория управления, автоматизированные системы управления, исследование
операций, системный анализ, математическое программирование, основы
информатики, информационные системы и технологии. Программа вступительных экзаменов соответствует программе- минимум кандидатского экзамена, разработанной экспертным советом Высшей аттестационной комиссии
Министерства образования Российской Федерации по управлению, вычислительной технике и информатике при участии Института проблем управления
РАН, Московского государственного университета, Санкт-Петербургского
государственного университета водных коммуникаций, Московского государственного института стали и сплавов и Московского государственного
технологического университета «Станкин».
Разработчик программы
Староверов Б.А.– д.т.н., профессор, заведующий кафедрой автоматики
и микропроцессорной техники (АМТ)
___________/Староверов Б.А.
20.02.2015 г.
2
1. Основы теории управления
1.1. Основные понятия теории управления: цели и принципы управления, динамические системы.
1.2. Математическое описание объектов управления: пространство состояний, передаточные функции, структурные схемы.ъ
1.3. Основные задачи теории управления: стабилизация, слежение, программное управление, оптимальное управление, экстремальное регулирование.
1.4. Классификация систем управления. Автоматические и автоматизированные системы управления (АСУ) технологическими процессами (ТП) и производствами.
1.5. Основные подходы к анализу и синтезу автоматических и автоматизированных управляемых систем.
1.6. Структуры систем управления: разомкнутые системы, системы с обратной связью, комбинированные системы.
1.7. Динамические и статические характеристики систем управления: переходная и весовая функции и их взаимосвязь, частотные характеристики. Типовые динамические звенья и их характеристики.
1.8. Понятие об устойчивости систем управления. Устойчивость по Ляпунову, асимптотическая, экспоненциальная устойчивость. Теоремы об устойчивости и неустойчивости.
1.9. Качество процессов управления в линейных динамических системах. Показатели качества переходных процессов.
1.10.Частотные методы синтеза систем автоматического управления.
1.11.Корневые методы синтеза систем автоматического управления.
1.12. Особенности математического описания и свойств нелинейных систем
управления.
1.13.Исследование устойчивости нелинейных систем.
1.14. Исследование нелинейных систем на фазовой плоскости.
3
1.15. Оптимальные системы управления. Основные понятия, критерии оптимальности.
1.16. Синтез оптимальных систем методом Эйлера-Лагранжа.
1.17. Принцип максимума и его применение для синтеза оптимальных законов управления.
1.18. Динамическое программирование и его применение для синтеза оптимальных законов управления.
1.19. Аналитическое конструирование регуляторов.
1.20. Адаптивные системы управления. Принципы построения. Классификация.
1.21. Экстремальные системы управления.
1.22. Классификация дискретных систем автоматического управления. Цифровые, импульсные, релейные системы управления.
1.23. Математическое описание разомкнутых и замкнутых импульсных систем.
1.24. Частотные характеристики импульсных систем управления. Определение периода квантования.
1.25. Устойчивость импульсных систем.
1.26 Синтез импульсных типовых регуляторов.
1.27. Синтез компенсационных и апериодических импульсных регуляторов.
1.28. Описание импульсных систем с помощью пространства состояний.
1.29. Синтез импульсных регуляторов состояния.
1.30. Синтез импульсных наблюдателей состояния.
2. Информационные технологии в управлении
2.1. Информационные технологии: основные термины и определения.
2.2. Геоинформационные системы: определение и назначение.
2.3. Форматы пространственных данных
2.3.Функции пространственного анализа и их применение для управления
территориально распределенными объектами.
4
2.4. Объектно-пространственное моделирование и управление.
2.5. Построение систем поддержки принятия решений на основе еоинформационных систем.
3. Вычислительные и управляющие системы
3.1. Процессы и потоки: создание, завершение, атрибуты.
3.2. Приоритеты процессов: статический и динамический; алгоритмы планирования
разделения времени и реального времени.
3.3. Синхронный и асинхронный обмен данными между процессами при помощи
сигналов.
3.4. Блокировка файлов и файлы, отображаемые в память.
3.5. Процессные семафоры.
3.6. Потоковые семафоры и мьютексы.
3.7. Именованные каналы и очереди сообщений.
3.8. Сокеты: локальные и сетевые, TCP и UDP.
3.9. Последовательный асинхронный порт RS-232: основные сигналы, модем
и нуль-модем. Установка связи и обмен данными на аппаратном уровне и при
помощи программных и аппаратных коммуникационных пре¬рываний между последовательными портами. Программный и аппаратный протоколы обмена.
3.10. Параллельный порт Centronix: сигналы разъема и программнодоступные регистры. Пересылка данных в принтер на аппаратном уровне и
на уровне BIOS. Определение состояния принтера. Двунаправленный обмен
данными через параллельный порт. Параллельные порты EPP и ECP по стандарту IEEE 1284.
3.11. Системы реального времени. Операционная система MS DOS и приложения реального времени. Многозадачные системы. Фоново-оперативный
режим и режим распределения времени.
5
3.12. Режимы обмена данными между периферийными устройствами и
управ-ляющими системами. Уровни программной поддержки обмена данными между периферийными устройствами и управляющими системами.
3.13. Процессоры семейства Intel x86. Адресация в реальном и за¬щищенном
режиме. Аппаратная поддержка многозадачности, защиты и вирту¬альной
памяти.
3.14. ПК стандарта IBM PC. Основные компоненты. Прерывания BIOS. Виды
системных слотов-расширителей.
3.15. Программируемый контроллер прерываний. Установка обработчиков
прерываний. Перехват и дополнение к существующему прерыванию.
3.16. Особенности видеосистемы IBM PC. Формирование пикселя в графическом режиме.
3.17. Системный таймер. Программно-доступные регистры. Прерывания
BIOS и DOS. Часы реального времени: установка и чтение времени, установка будильника.
3.18. Операционные системы. Операционная система MS DOS. Драйверы
устройств. Файловая система. Предопределенные файловые устройства. Перенаправление ввода/вывода и конвейеры.
3.19. Управление памятью в MS DOS. Системный загрузчик. Дочерние процессы и резидентные программы. Параметры командной строки и перемен¬ные окружения, код завершения процесса.
3.20. Операционная система Windows. События. Процессы и потоки.
3.21. Процедурное, модульное и объектно-ориентированное программирование. Принципы ООП. Реализация ООП в С++.
3.22. Типовые структуры данных. Контейнеры и их реализация с помощью
шаблонов. STL.
3.23. Реляционные БД. Реляционное исчисление. SQL.
3.24. Проектирование БД. Правила нормализации.
3.25. Распределенные БД и многозвенные приложения.
6
4. Микросхемотехника
4.1. Интегральные ОУ: идеальный ОУ, типовая схема включения, основные
соотношения, параметры, схемы реализации различных операций.
4.2. Основные логические функции: И. ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Базовые
лог. элементы ТТЛ, МОП, ЭСЛ. Характеристики, достоинства и недостатки.
4.3. Комбинационные лог. элементы, мультиплексоры, и демультиплексоры, шифраторы и дешифраторы, сумматоры.
4.4. Понятие последовательных устройств, способы описания их работы, автоматы Мура и Мили.
4.5. Триггеры: типы, структура, описание работы. Регистры.
4.6. Счетчики: асинхронные и синхронные, кольцевые и счетчик Джонсона.
4.7. Аксиомы и законы булевой алгебры.
4.8. Способы представления (описания) логических функции.
4.9. Способы минимизации логических функций. Приведение ЛФ к заданному базису.
4.10. Понятие об архитектуре микропроцессоров. Обобщенная структура
МП.
4.11. Рабочий цикл МП (цикл фон-Неймана).
4.12. Направление совершенствования архитектуры МП.
5. Автоматизация технологических процессов и производств
5.1. Методы и средства измерения: структура и основные характеристики
средств измерения.
5.2. Измерители температуры, давления, расхода, влажности, уровня.
5.3. Микропроцессорные измерительные системы.
5.4. Исполнительные механизмы систем автоматики: пневматические, гидравлические и электрические.
5.5. Электроприводы постоянного тока. Методы регулирования скорости
электродвигателя постоянного тока.
5.6. Системы управления электроприводом постоянного тока.
7
5.7. Методы управления электроприводом переменного тока.
5.8. Системы частотного управления электроприводом переменного тока.
5.9.Шаговый электропривод и его применение в системах автоматики.
6. Аналоговые и цифровые регуляторы технологических процессов
6.1. Классификация автоматических регуляторов.
6.2. Реализация типовых законов регулирования с помощью аналоговых промышленных регуляторов.
6.3. Цифровые промышленные регуляторы.
6.4. Методы идентификации технологических процессов.
6.5. Расчет типовых настроек промышленных регуляторов.
6.6. Управление типовыми технологическими процессами с помощью промышленных регуляторов.
6.7. Управление территориально-распределенными технологическими объектами.
7. Рекомендуемая литература
7.1Теория автоматического управления: Учеб. Для вузов/С.Е.Душин,
Н.С.Зотов, Д.Х.Имаев и др.; под ред.В.Б.Яковлева.– М.: Высш. Шк., 2005
7.2. Автоматизированные системы управления технологическими процессами: Учебное пособие / Байков И.П., Дроздов В.Г. и д.р./ Под общ. Ред. Староверов Б.А.- Кострома: Изд-во КГТУ, 2000 .
7.3. Бессекерский В.А., Попов Е.Г. Теория систем автоматического регулирования. – М.:Наука, 2002.
7.4.Староверов Б.А.Цифровые системы автоматического управления техническими объектами: Учебное пособие.- Кострома: Изд-во КГТУ, 2005.
7.5 Воронова Л.В., Староверов Б.А. Методы исследования нелинейных систем автоматического управления. Учебное пособие.Изд-во КГТУ 2011
7.6 Семенов А.Д. Основы теории управления и индетификации в технических
системах: учеб. пособие. Изд-во ПГУ, 2012
8
7.8 Козлов В.Н. Системный анализ, оптимизация и принятие решений: учебное пособие. – М.: Проспект. 2010
7.9 Качала В.В. Основы теории систем и системного анализа: учебное пособие для вузов. – Горячая линия – Телеком, 2007
7.10.Фарзане Н.Г. и д.р. Технологические измерения и приборы. – М.: Высшая школа, 1989.
7.11. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие/Под ред. Клюева А.С. – М.: Энергоатомиздат,
1989.
7.12. Бородин И.Ф. Технические средства автоматики. – М.: Колос, 1982.
Арменский Е.В., Прокофьев П.А., Фалк Г.Б. Автоматизированный электропривод. – М.: Высшая школа, 1987.
7.13.Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для
вузов. – М.: «Горячая линия – телеком», 2002.
7.14 Олоничев В.В. Объектно-ориентированное программирование: учебное
пособие.- Кострома: Изд-во КГТУ, 2013
7.15 Вихарев С.М., Ломагин В.Н., Федосова Н.М. Технические средства автоматизации и системы автоматического управления: учебное пособие .- Кострома: Изд-во КГТУ, 2010.