ПРОГРАММА-МИНИМУМ

кандидатского экзамена по специальности

05.11.16 «Информационно-измерительные
и управляющие системы»

по физико-математическим и техническим наукам

 

Введение

 

В основу данной программы положены следующие разделы вузовских дисциплин: теория случайных процессов с элементами теории вероятностей и математической статистики; теория функций и функциональный анализ, численные методы и математическое программирование; методы оптимизации; статистическая теория измерений и передачи измерительной информации; информационно-измерительные системы и их метрологическое обеспечение; основы теории контроля технических объектов; основы теории автоматического управления.

Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии Министерства образования Российской Федерации по электронике, измерительной технике, радиотехнике и связи при участии НПО «Спектр», МИЭМ и Госстандарта.

1. Общие вопросы теории измерительной техники

Основные термины и определения в измерительной технике. Физическая величина. Истинное и действительное значения физической величины. Классификация видов и методов измерения. Средства измерения и их основные метрологические характеристики. Классы точности.

Передача измерительной информации. Количество информации в дискретных и непрерывных сообщениях. Кодирование сообщений и цели кодирования. Декодирование. Помехоустойчивое кодирование. Общие принципы использования избыточности. Корректирующие и циклические коды. Дискретизация непрерывных величин. Модуляция. Скорость передачи информации и пропускная способность канала связи.

Измерение информации. Количество информации и избыточность. Содержание информации. Меры полезности информации. Обобщенное представление процесса обмена информацией. Энтропия, шум.

Основные понятия теории массового обслуживания и теории статистических решений. Классификация систем массового обслуживания и их основные характеристики. Критерии, основанные на известных вероятностных условиях ( критерии Вальда, Гурвица, Сэдвиджа).

Элементы теории погрешностей. Случайные погрешности, законы распределения. Систематические погрешности. Обработка результатов прямых измерений. Погрешности косвенных измерений. Способ наименьших квадратов.

Восприятие и передача информации. Первичное восприятие. Анализ информации. Корреляторы. Обнаружение и распознание. Понятие канала обмена информации. Виды каналов. Повышение помехоустойчивости передачи и приема.

Обработка информации. Основные виды систем обработки информации. Комплексное и обобщенное отображение информации.

Техническая диагностика. Методы и процедуры построения алгоритмов для проверки исправности, работоспособности и правильности функционирования систем и их компонентов. Диагностические тесты.

Сжатие данных. Методы и алгоритмы сжатия данных. Адаптивные устройства.

2. Основы теории построения информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС)

Основные определения. Области применения ИИУС. Обобщенная структурная схема. Описание функционирования ИИУС. Содержательные логические схемы алгоритмов. Разновидность входных величин. Разделение ИИУС по виду выходной информации. Классификация ИИУС по принципам построения. Роль ЭВМ.

Агрегатный комплекс средств электроизмерительной техники государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации. Устройства отображения и хранения информации.

Основные разновидности структур ИИУС и их интерфейсов. Виды интерфейсов. Классификация интерфейсов. Протоколы и типовые алгоритмы обмена информацией. Интерфейс с последовательным выполнением операций обмена информацией. Приборный стандартный интерфейс. Интерфейс КАМАК. Интерфейсы периферийной части ЭВМ. Сопоставление алгоритмов стандартных интерфейсов. Аналоговые интерфейсы измерительной части ИИУС.

ЭВМ и средства микропроцессорной техники ИИУС. Микропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Табличные методы преобразования информации.

Аналого-цифровая часть ИИУС. Измерительно-вычислительные комплексы. Виды модуляции сигналов. Унифицированные преобразователи. Измерительные коммутаторы амплитудно-модулированных сигналов. Защита входных измерительных цепей ИИУС от помех. Структуры и алгоритмы аналого-цифровой части ИИУС.

Программное обеспечение ИИУС. Системное программное обеспечение. Прикладное программное обеспечение. Информационное и лингвистическое обеспечение ИИУС.

Оценка качества управления ИИУС. Линейные, нелинейные, динамические и стохастические методы оптимизации ИИУС.

3. Структура и алгоритмы ИИУС

Измерительные системы (ИС) независимых входных величин. Многоточечные и мультиплицированные ИС. Сканирующие системы для расшифровки графиков. Голографические ИС. Многомерные и аппроксимирующие ИС. Статистические измерительные системы. Измерения статистических характеристик случайных процессов. Системы для измерения законов распределения вероятностей. Корреляционные и спектральные ИИУС.

Теоретические основы систем автоматического контроля (САК). Функции и основные виды САК. Выбор контролируемых величин и областей их состояния. Ошибки контроля. Объем выборки при контроле системы автоматического допускового контроля. Формирование норм и сравнение уставок с контролируемыми величинами. САК параллельного и последовательного действия и алгоритмы их работы. Системы технической диагностики. Распознающие системы. Системы технической диагностики и их показатели. Методы оптимизации проверочных программ. Выбор контролируемых параметров для локализации неисправности ИИУС. Принципы построения систем диагностирования. Методы диагностирования.

Телеизмерительные системы (ТИС). Особенности и основные характеристики ТИС. Линии связи. Разделение сигналов в ТИС. Аналоговые, цифровые и адаптивные ТИС.

Системы автоматического управления. Основные принципы управления. Структура процессов управления. Объект управления. Линейные и нелинейные системы управления. Непрерывные и дискретные системы управления. Самонастраивающиеся системы управления.

4. Методы оценки технических характеристик ИИУС

Стадии проектирования ИИУС. Программное обеспечение. Метрологическая экспертиза и метрологическое обеспечение. Методы испытаний.

Точностные характеристики ИИУС. Критерии и методы оценки погрешностей измерения входной величины. Метод оценки полной погрешности. Погрешности звеньев ИИС. Погрешности квантования. Информационные оценки.

Временные характеристики ИИУС. Определение интервалов равномерной дискретизации. Аддитивная дискретизация. Метод оценки времени измерительных преобразований аналоговой части. Метод оценки времени работы цифровой части ИИУС.

Нормируемые метрологические характеристики ИС. Технические средства поверок. Автоматическая коррекция погрешности ИИУС. Оценка эффективности ИИУС. Планирование испытаний ИИУС.

Характеристики систем автоматического управления. Виды совместимости: техническая, программная, информационная, организационная лингвистическая, метрологическая. Надежность, живучесть и помехоустойчивость систем автоматического управления.

5. Основы метрологического обеспечения

Особенности метрологического обеспечения при разработке, производстве и эксплуатации ИИУС. Средства измерений как основа метрологического обеспечения. Влияние средств измерений на точность и надежность ИИУС. Выбор средств измерений по точности. Информационно-измерительные и управляющие системы как средства контроля, диагностики и поверки. Сигнатурные и логические анализаторы.

Закон Российской Федерации “Об обеспечении единства измерений”. Общие положения, единицы величин. Средства и методики выражения измерений. Метрологические службы. Государственный метрологический контроль и надзор. Поверка и калибровка средств измерений.

Сущность методологии проведения метрологического сопровождения и экспертизы ИИУС. Основные направления их совершенствования.

Основная литература

  1. Цапенко М.П. Измерительно-информационные системы. М.: Энергоатомиздат, 1985.

  2. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. - М.: Машиностроение, 1991.

  3. Новопашенный Г.Н. Информационно-измерительные системы. М.: Высш. шк., 1977.

  4. Финогенов К.Г. Программирование измерительных систем реального времени. М.: Энергоатомиздат, 1990.

  5. Метрологическое обеспечение информационно-измерительных систем: Сборник руководящих документов. М.: Изд-во стандартов, 1984.

  6. Ланге Ф.Г. Статистические аспекты построения измерительных систем. М.: Радио и связь, 1981.

  7. Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Общая метрология. М.: Изд-во стандартов, 2001.

  8. Основы метрологии / Ю.А. Богомолов и др. М.: Изд-во МИСИС, 2000.

  9. Метрологическое обеспечение информационно-измерительных систем (теория, методология, организация) / Под ред. Е.Т. Удовиченко. М.: Изд-во стандартов, 1991.

  10. Шаракшанэ А.С., Халецкий А.К., Морозов И.А. Оценка характеристик сложных автоматизированных систем. М.: Машиностроение, 1993.

  11. Новицкий П.В., Зограф И.А., Лабунец В.С. Динамика погрешностей средств измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1990.

  12. Липаев В.В. Выбор и оценивание характеристик качества программных средств // Методы и стандарты. Сер. Информационные технологии. М.: СИНТЕГ, 2001.

  13. Земельман М.А. Метрологические основы технических измерений. М.: Изд-во стандартов, 1991.

  14. Метрологическое обеспечение и эксплуатация средств измерений / В.А. Кузнецов и др. М.: Радио и связь, 1990.

  15. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1991.

  16. Сычев А.П. Метрологическое обеспечение радиоэлектронной аппаратуры. М.: РИЦ “Татьянин день”, 1993.

  17. Бессонов А.А. Мороз А.В. Надежность систем автоматического регулирования. Л.: Энергоатомиздат, 1984.

  18. Щепетов А.Г. Основы проектирования приборов и систем. -М.: Издательство Юрайт, 2016. - 458 с.
  19. Щепетов А.Г. Основы проектирования приборов и систем. Задачи и упражнения. Mathcad для приборостроения. - М.: Издательство Юрайт, 2016. - 270 с.
  20. Щепетов А.Г., Дьяченко Ю.Н. Преобразование измерительных сигналов. Под ред. А.Г. Щепетова. - -М.: Издательство Юрайт, 2016. - 270 с.

Дополнительная литература

1.      Садовский Г.А. Теоретические основы информационно-измерительной техники. М., Высшая школа, 2008.

2.      Сергеев А.Г. Метрология и метрологическое обеспечение. М. Высшее образование, 2008.

3.      Хохлов Г.И. Основы теории информации. М., Академия, 2008.

4.      Джиган В. И. Адаптивная фильтрация сигналов. Теория и алгоритмы. М. Техносфера, 2013 г.

5.       Галушкин А. И. Нейронные сети. Основы теории. М. Горячая Линия - Телеком , 2012 г.

6.      Магда Ю. С. Современные микроконтроллеры. Архитектура, программирование, разработка устройств, ДМК Пресс, 2012 г.

7.      Прахов В. И. Спектры сигналов с цифровым кодированием. М., Компания Спутник,  2011 г.

8.      Проектирование систем цифровой и смешанной обработки сигналов. М., Техносфера, Серия Мир электроники, 2010.

9.      Волоконно-оптическая техника. Современное состояние и новые перспективы. /под ред. С. А. Дмитриевой, Н. Н. Слепова. М., Техносфера, 2010.

10.  Новиков Ю. В., Скоробогатов П. К. Основы микропроцессорной техники. Издательство: Интернет-университет информационных технологий, Бином. Лаборатория знаний. Серия: Основы информационных технологий, 2009.

11.   Сидельников В. М.. Теория кодирования. М.ФИЗМАТЛИТ, 2008.

12.   Морелос-Сарагоса Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. М. Техносфера, Серия Мир связи. 2006.

13.  Деев В. В.  Методы модуляции и кодирования в современных системах связи. М., Наука, 2007.

14.  Рубичев Н. А.  Измерительные информационные системы. М., Дрофа, серия Высшее образование, 2010.

15.  Методы классической и современной теории управления. Пупиков К.А. и др., М., из-во МГТУ им.Баумана, 2004.

16.  Исаев Г.Н. Проектирование информационных систем, М., Омега, 2013.

 

 

Дополнительная программа

 

1. Информационно- измерительные системы и вычислительные комплексы в нефтяной и газовой промышленности.

Классификация систем, структуры систем, методы коррекции и диагностики, методы отображения информации, методы обработки данных в режиме реального времени.

2. Каналы связи для передачи данных на объектах нефтяной и газовой промышленности.

Наземные каналы связи, каналы связи для глубинных исследований проводные, беспроводные - электрические, гидравлические, акустические.

Методы модуляции и приема сигналов, выделения сигналов на фоне помех, методы уплотнения линии связи, применяемые в нефтяной и газовой промышленности.

3. Методы и алгоритмы обработки данных на микропроцессорах и ЭВМ на объектах нефтяной и газовой промышленности.

Обработка данных при геофизических исследованиях, при бурении скважин, при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, при транспортировке и хранении нефти и газа, при переработке нефти и газа на нефтехимических предприятиях.

4. Методы контроля технологических процессов на объектах нефтяной

и газовой промышленности.

Контроль параметров при геофизических исследованиях, при бурении и эксплуатации скважин и др.

5. Специфические вопросы, связанной с темой диссертации. Основные теоретические положения, методика эксперимента, применение микропроцессорной техники и ЭВМ для обработки информации и др.

Литература к дополнительной программе.

  1.  Скобло В. З., Ропяной А. Ю.  Реальные телесистемы. М., Новые технологии, 2008.

  2. Алиев Т.М., Meлик-Шахназаров A.M. и др. Измерительные информационные системы в нефтяной промышленности. "Недра", 1984.

  3. Моисеенко А.С. и др. Измерительно-вычислительные комплексы для геофизических исследований,   "Энергоатомиздат",  1984.

  4. Мелик-Шахназаров A.M., Дмитриев В.А. Измерительные приборы со встроенными микропроцессорами.   "Знергоатомиздат", 1985.

  5. Мелик-Шахназаров A.M. и др. Цифровые измерительные системы корреляционного типа. "Энергоатомиздат", 1986.

  6. Материалы по теме диссертации в журналах «Нефть и газ», «Газовая промышленность», «Приборы и системы управления», «Измерительная   техника», «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности» и др.