Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Кафедра «__________________________________________________»
АННОТАЦИЯ К РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ
по дисциплине
«______СД.Ф.02.01 Аналитические методы в приборостроении_______»
направления подготовки
«__________________190100 Приборостроение____________________»
форма обучения – очная
курс – 4
семестр – 7
часов в неделю –
всего часов – 100,
в том числе:
лекции – 51
практические занятия – 17
самостоятельная работа – 32
экзамен – 7 семестр
Рабочая программа обсуждена на заседании
кафедры
«___»____________ 2010года, протокол №_____
Зав. кафедрой ___________ (Мельников ЛА.)
Рабочая программа утверждена на заседании
УМКС/УМКН
«___»____________ 2010года, протокол №_____
Председатель УМКС/УМКН ________(Мельников ЛА.)
Саратов 2013
1. Цели и задачи дисциплины
Цель преподавания курса "Аналитические методы в приборостроении":
Научить студентов применять современные достижения науки при
описании
математических
моделей
и
изучении
свойств
электромеханических приборов и устройств по этим моделям.
Основными задачами дисциплины являются:
 Изложение методов представления измерительной информации,
измерительных сигналов, анализ обобщенной функциональной схемы
прибора, виды информации человека. Изложение теории конечных
поворотов в векторной, кватернионной форме, а также в углах Эйлера,
Крылова-Эйлера,
матрицах
направляющих
косинусов
и
кватернионных. Применение в приборах.
 Ознакомление со способами идентификации в приборах, с
наблюдающими
устройствами
идентификации
Льюинбергера,
Калмана, Винера -Хопфа.
 Приложение к задачам электромеханических приборов.
2. Требования к знаниям и умениям студентов по дисциплине
Студент должен знать материалы следующих дисциплин:
1 Высшая математика.
2 Электротехника.
3 Теория автоматического управления.
4 Теоретическая механика.
3 Распределение времени по темам и видам занятий
1
1
Понятие приборостроения. Классификация. 2
Примеры электромеханических приборов:
инерциальная навигационная система на
основе трехосного гиро-стабилизатора для
летательного
ап-парата,
тепловизор,
офтальмокоагулятор.
Принципы томографии и их электро- 2
механические
устройства,
гиромельница
Граммеля и ее модернизированный вариант.
2
2
Сам. работа
Лабораторные
занятия
Практические
занятия
Лекции
Наименование темы
Всего часов
№ темы
№ недели
№ модуля
Часы
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6
1
7
Обобщенная функциональная схема электромеханического прибора. Выде-ление в нем
узлов
и
приборов
коорди-нирования
(навигации) и ориентации, измерительных,
усилительных,
вычис-лительных
и
исполнительных устройств.
Измерения и измерительная информация.
Статические и динамические погрешности
измерительных
приборов.
Понятие
погрешности и точности, диапазона измерения,
количества информации. Виды информации.
Количественное
описание
информации.
Свойства энтропии. Меры информации
Шеннона и Хартли. Пример.
Схема взаимодействия человека с внеш-ним
миром. Анализ измерительных и двигательных
свойств органов человека.
Измерительные сигналы. Классифи-кация их.
Представление
сигналов
во
временной
области. Квантование и дис-кретизация
сигналов. Модуляция и дете-ктирование
сигналов. Аналитическое описание задач
позиционирования и ориентирования.
О числе независимых координат, определяющих положение свободного твер-дого
тела.
Теорема
Шаля.
Кинемати-ческие
параметры, используемые для за-дания
углового движения. Углы Эйлера и Эйлера Крылова.
Кинематические
параметры,
направляющие косинусы углов между осями.
Вектор конечного поворота. параметры
Родрига - Гамильтона, параметры КейлиКлейна.
Матричные
и
кватер-нионные
объекты, используемые при описании углового
движения: матрица направляющих косинусов.
Кватернионы и их свойства, геометрическая
интерпритация.
Матрицы параметров Кейли- Клейна, матрицы
параметров Родрига - Гамильтона и их
свойства.
Ортогональные преобразования коор-динат,
преобразования базисов. Пре-образования
координат вектора при его повороте.
Взаимосвязь
матрицы
направ-ляющих
косинусов с элементами векто-ра конечного
поворота. Определение па-раметров Родрига Гамильтона
через
элементы
матрицы
направляющих косинусов.
Преобразование координат при помощи
кватернионов и кватернионных матриц.
Систематизация
формул
преобразования
координат.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
1
8
1
9
1
10
1
11
1
12
2
13
2
14
2
15
Формулы сложения конечных поворо-тов с 2
помощью матриц направляющих косинусов, с
помощью
кватернионов,
с
помощью
кватернионных матриц, с по-мощью векторов
конечных поворотов.
Формализм решения задач ориентации: 2
решение прямых и обратных задач, применение формул сферической тригоно-метрии.


Пример пересчета g и T к объектовому 2
базису с помощью МНК и кватернионных
матриц.
Две формы кинематических уравнений Эйлера
в связанном и опорном базисах. Уравнения
Пуассона. Кватернионные кинематические
дифференциальные уравнения. Матричные
кватернионные кинематические уравнения.
Уравнения в координатной форме (все для
связанного и опорного базисов).
Дискретные
кинематические
уравнения
Пуассона, Эйлера, кватернионные. Алгоритмы
численного интегрирования.
Корректируемые кинематические урав-нения
на основ уравнений Эйлера, ква-тернионных ,
Пуассона.
Применение
некорректируемых
и
корректируемых кинематических уравне-ний к
решению задач ориентации и на-вигации.
Кинематические
уравнения
на
основе
кватернионных матриц и их применение в
задачах
ориентации,
навигации
и
позиционирования.
Элементы теории управления, основанной на
принципах пространства состояний. Понятие
об идентификации параметров вектора
пространства состояния систем. Наблюдающие
устройства идентификации. Постановка задачи
и структурные схемы.
Математическая
модель
наблюдающего
устройства идентификации Льюинбер-гера.
Переход к дискретной модели. Свойство
разделимости корней. Мо-дальное управление
в приборах и сис-темах. Стандартные формы,
анализ их свойств. Применение наблюдателей
в гироскопических, медицинских прибо-рах.
Анализ их свойств и погрешностей.
Оптимальная фильтрация. Матмодель Винера Хопфа. Переход к опти-мальному фильтру
Калмана - Бьюси. Непрерывная и дискретная
модели. Применение в приборах ориентации,
навигации и медицинского потребления.
Скалярное оценивание и его применение.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
16
Применение теории НУИ к компенса- 2
ционному измерителю давления. Электромеханическая схема и принцип дей-ствия
компенсационного
измерителя
давления.
Уравнения
движения
компен-сационного
измерителя давления.
Применение метода модального управ-ления 2
для синтеза электрической пру-жины. Расчеты
параметров НУИ Льюинбергера электрической
пружины. Расчет статических характеристик
изме-рителя с НУИ Льюинбергера.
Оценивание
внешних
воздействий
в 2
измерителе
давления.
Применение
оптимального фильтра Калмана в цепи
обратной связи ИД. Уравнения ИД с
отрицательной об-ратной связью с учетом
численных зна-чений коэффициентов.
Итого
2
2
2
1
2