МИНОБРНАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В Г. ТАГАНРОГЕ (ТТИ Южного федерального университета) Факультет автоматики и вычислительной техники УТВЕРЖДАЮ Декан ФАВТ ______________ Ю.М.Вишняков "_____"__________________2011 г. Рабочая программа дисциплины Цифровая обработка сигналов (Наименование дисциплины) Направление подготовки 220400.62 «Управление в технических системах» Профиль подготовки Управление и информатика в технических системах Квалификация (степень) выпускника Бакалавр Форма обучения Очная (очная, очно-заочная и др.) г. Таганрог 2011 1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Цифровая обработка сигналов» являются: Изучение современных методов цифровой обработки сигналов (моделирование временных последовательностей, теория дискретных линейных систем, основы адаптивного подавления помех и спектрального анализа). Приобретение навыков разработки вычислительных алгоритмов и программ, реализация которых основана на использовании универсальных микропроцессоров и современных инструментальных систем программирования. Изучение и приобретение практических навыков алгоритмизации законов управления, как в аналоговом, так и цифровом виде. Развитие навыков технической реализации оптимальных и адаптивных цифровых устройств обработки информации. Изучение дисциплины «Цифровая обработка сигналов» будет способствовать достижению целей основной образовательной программы по направлению подготовки 220400.62 «Управление в технических системах»: Цель направления 3. Удовлетворение потребностей общества в квалифицированных кадрах путем подготовки специалистов по проектированию, разработке и эксплуатации автоматизированных систем и средств контроля и управления. 2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата В соответствии с учебным планом по направлению подготовки 220400.62 «Управление в технических системах» профиль подготовки «Управление и информатика в технических системах» дисциплина «Цифровая обработка сигналов» (Б3.ДВ4.1) относится к блоку дисциплин по выбору блока Б3 «Математический и естественнонаучный цикл» и реализуется в шестом семестре. Данная дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла основной образовательной программы бакалавриата. Для успешного обучения студенту понадобятся знания в области таких дисциплин, как «Высшая математика", «Физика», «Электротехника и электроника», «Системы передачи и преобразования информации», «Дискретная математика». Студент должен Знать технологию работы на ПК в современных операционных средах, теоретические основы механики, физические законы электроники, методы анализа цепей постоянного и переменного тока, основные положения теории управления, методы расчета и оптимизации непрерывных и дискретных систем управления при детерминированных и случайных воздействиях, устройство типовых технических средств автоматизации и управления, аппаратные и программные средства на базе типовых ПТК. Уметь использовать программные пакеты типовых программ для решения технических задач, использовать принципы и методы математического моделирования при разработке и исследовании систем управления. Владеть способностью формулировать цели, задачи научных исследований, выбирать методы и средства решения задач. 3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины: В результате освоения дисциплины выпускник должен обладать следующими общекультурными компетенциями: ОК-12 владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения 2 и переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией. В результате освоения дисциплины выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями: ПК-5 владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных; ПК-19 выполнять эксперименты на действующих объектах по заданным методикам и обрабатывать результаты с применением современных инфрмационных технологий и технических средств; ПК-20 проводить вычислительные эксперименты с использованием стандартных программных средств с целью получения математических моделей процессов и объектов автоматизации и управления. 4. Структура и содержание дисциплины «Цифровая обработка сигналов» Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы 108 часов: Вид учебной работы Всего часов Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия - лекции - практические занятия - лабораторные работы - другие виды аудиторных занятий Самостоятельная работа Курсовой проект (работа) Контроль самостоятельной работы Аттестация 108/3 ЗЕТ 57 16 34 19 7 32 Экзамен Семестр 6 № п/п 1 Раздел дисциплины «Цифровая обработка сигналов» Общие принципы цифровой обработки. Обобщенная структура систем ЦОС. Особенности цифровой обработки сигналов в режиме реального времени. Понятие квантования сигналов по времени. Кодирование и декодирование сигналов в системах Неделя семестра 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) лек лр с/р кс/р Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам) Собеседование по теме лекции 1 2 2 3 ЦОС. 2 3 4 5 6 7 8 9 Исследование алгоритмов вводавывода аналоговых сигналов в микроконтроллерах Математические модели дискретных сигналов и систем. Спектральное представление сигналов. Теорема Котельникова. Цифровая фильтрация. Исследование алгоритмов сглаживания аналоговых сигналов в микроконтроллерах Передаточные функции, импульсные характеристики, частотный отклик, устойчивость цифровых фильтров (ЦФ) Исследование импульсной системы стабилизации с цифровым регулятором ЦОС в задачах фильтрации сигналов Теория и расчет ЦФ с импульсной характеристикой конечной длины Теория и расчет ЦФ с бесконечной импульсной характеристикой Исследование влияния помех в системе стабилизации с цифровым регулятором ЦОС в системах управления динамическими объектами Особенности динамики систем управления динамическими объектами с аналоговыми (АР) и Отчет по лабораторной работе 2 4 1 Собеседование по теме лекции 3 2 2 Отчет по лабораторной работе 4 4 1 Собеседование по теме лекции 5 2 6 2 Отчет по лабораторной работе 4 Собеседование по теме лекции 7 2 8 2 4 1 Отчет по лабораторной работе Собеседование по теме лекции 9 2 2 4 цифровыми регуляторами 10 11 12 13 14 15 16 17 Исследование частотных характеристик цифрового адаптивного трансверсального фильтра Цифровой адаптивный трансверсальный фильтр АТФ. Алгоритм адаптации, устойчивость, точность и скорость адаптации АТФ. Задача распознавания сигналов на фоне помех высокого уровня. Одночастотный адаптивный полосовой фильтр Исследование процессов адаптации цифрового адаптивного трансверсального фильтра Алгоритмы адаптивного предсказания и их применение в цифровых системах управления и связи. Исследование интерфейсных средств отображения и управления Адаптивный следящий фильтр. Адаптивный анализатор спектра сигналов Зачет по лабораторным работам Подготовка к экзамену Экзамен Отчет по лабораторной работе 10 4 1 Собеседование по теме лекции 11 2 2 Отчет по лабораторной работе 12 4 1 Собеседование по теме лекции 13 2 14 15 2 4 1 2 16 Собеседование по теме лекции 2 4 3 Отчет по лабораторной работе 1 Окончательный рейтинг как результат тестирования по контрольным вопросам Итоговая оценка 17 32 Сокращения в приведенной выше таблице: лек – лекции, лр – лабораторные работы, с/р – самостоятельная работа студентов, кс/р – самостоятельная работа студентов под контролем преподавателя. 5. Образовательные технологии 5 В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки «Управление в технических системах» с целью реализации компетентностного подхода предусматривается использование в учебном процессе следующих технологий: 1. Чтение лекций с использованием проекторов, интерактивных досок, ноутбуков и презентаций. 2. Компьютерное моделирование для визуальной демонстрации процессов цифровой обработки сигналов в лекционном курсе. 3. Лабораторный практикум по дисциплине с использованием специализированных программных модулей «АЧХ ЦАФ» и «Модель ЦАФ» в среде Microsoft Excel. 4. Подготовка студентами докладов на научно-технических конференциях. 5. Использование лабораторного стенда AVR для исследования и настройки систем цифровой обработки сигналов. 6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов 1. 2. 3. 4. Тестовый контроль по темам лекционного курса. Защита лабораторных работ. Индивидуальные собеседования. Экзамен. 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) 7.1. Основная литература: 1. Солонина А.И., Улахович Д.А. Основы цифровой обработки сигналов. СанктПетербург, "БХВ-Петербург", 2005. 2. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. М.: Радио и связь. 1989. 3. Гудкова Н.В. Адаптивные цифровые фильтры в системах промышленной электроники. Межотраслевой научно-технический журнал «Автоматизация и современные технологии» №7, М.: Изд-во «Машиностроение», 2005. 4. Гудкова Н.В. Моделирование на ПК цифрового адаптивного фильтра. Лабораторный практикум по курсу «Цифровая обработка сигналов». Таганрог, ТРТУ. 2011. №4692. 5. Ю.И. Иванов, В.Я. Югай. Технические средства автоматизации и управления. Методическое руководство к лабораторным работам. Таганрог. Изд-во ТРТУ, 2006. №3885. 7.2. Дополнительная литература: 1. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.; Мир, 1978. 2. Гудкова Н.В. Адаптивное подавление помех в системах управления электроэнергетическими установками. Известия ТРТУ. Тематический выпуск «Актуальные проблемы производства и потребления электроэнергии» №15, Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. 7.3. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы: 1. Специализированные программные модули «АЧХ ЦАФ» и «Модель ЦАФ» в среде Microsoft Excel 2. Пакет MatLab 3. Инструментальный пакет AVR Studio 4. http://www.edu.ru – Федеральный портал «Российское образование» 6 5. http://www.openet.ru – Российский портал открытого образования 6. http://www.exponenta.ru – Российский портал образования 7. http://noc-isu.tti.sfedu.ru/publications/74-adaptivesignaloperations.html – НОЦ ИСУ 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины 1. Мультимедийное оборудование 2. ПК 3. Лабораторный стенд AVR в составе: Микроконтроллер АТ90S8535 Программатор Приемопередатчики стандартных последовательных портов CAN-контроллер и приемопередатчик CAN-сети Аналоговый усилитель мощности Умножающий цифроаналоговый преобразователь Индикаторы и контроллер LED индикатора. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки 220400.62 «Управление и информатика в технических системах». ФГОС утвержден приказом Минобрнауки РФ № 813 от 22.12.2009 г. Автор доцент кафедры САУ Гудкова Н.В.. Рецензент (ы) _________________________ Программа одобрена на заседании Ученого совета факультета автоматики и вычислительной техники Программа одобрена на заседании УМК ФАВТ от 20.01.2011 года, протокол № 1. 7