12. Обеспечение эксперимента

Наименование модуля:

Модуль 12: Обеспечение эксперимента

Элементы модуля:

Элективные дисциплины

Теория моделирования и научного эксперимента

Теория вейвлетов

Применение микропроцессоров в электроэнергетических системах

Микропроцессорные системы автоматического управления

Цифровые системы автоматизации и управления в электроэнергетике

Информационные технологии в электроэнергетике

Сетевые технологии

Элементы искусственного интеллекта в технических системах

Системное моделирование

Интеллектуальные измерительные приборы

Системы компьютерной математики

Системы визуального моделирования

Автоматизированные системы сбора данных

Семестр обучения:

2

Ответственный за модуль:

Савостин А.А. 

Преподаватели:

Теория моделирования и научного эксперимента – Полещук А.И.

Теория вейвлетов – Савостин А.А. 

Применение микропроцессоров в электроэнергетических системах – Риттер Д.В.

Микропроцессорные системы автоматического управления – Риттер Д.В.

Цифровые системы автоматизации и управления в электроэнергетике – Риттер Д.В.

Информационные технологии в электроэнергетике – Полещук А.И.

Сетевые технологии – Риттер Д.В.

Элементы искусственного интеллекта в технических системах – Савостин А.А. 

Системное моделирование – Савостин А.А. 

Интеллектуальные измерительные приборы – Полещук А.И.

Системы компьютерной математики – Савостин А.А. 

Системы визуального моделирования – Савостин А.А. 

Автоматизированные системы сбора данных – Савостин А.А. 

Язык:

Русский, казахский

Связь с куррикулумом:

Электроэнергетика (Ма)

Форма обучения/число часов в неделю и в семестр:

2 семестр: часов в неделю – 30;

в семестр – 300.

Рабочая нагрузка:

Аудиторная нагрузка: 180 часов

Внеаудиторная нагрузка: 270 часов

Итого: 450 часов

Кредитные пункты:

15 ECTS

Условия для проведения экзаменов:

Для допуска к экзамену магистрант должен набрать не менее 50 баллов из 100 отводимых на каждую дисциплину модуля

Рекомендуемые условия:

Модуль: Организация научных исследований

Предполагаемые результаты обучения:

Знать: методы экспериментальных и вычислительно-теоретических исследований; принципы моделирования, методы представления моделей систем управления промышленного назначения; принципы решения технических задач измерений с использованием современного аппаратного и программного обеспечения, архитектура и алгоритмы функционирования универсальных измерительных интерфейсов, универсальные языки; специальные языки; моделирование среды; теоретические и практические аспекты получения, формализации и структурирования проблемных знаний; технологии и средства обработки информации и оценки результатов применительно к решению профессиональных задач; общие вопросы построения измерительных систем с использованием современных компьютерных технологий; принципы решения технических задач измерений с применением современной аппаратно-программной архитектуры и алгоритмов универсальных измерительных интерфейсов; методы подготовки экспериментальных исследований и обработка полученных результатов; такие инструменты, как MathCAD, MATLAB, LabVEIW для обработки экспериментальных данных; универсальные языки; специализированные языки; среда моделирования; методы и средства компьютерного моделирования систем; классификация систем искусственного интеллекта (АИС), модели представления знаний, выходные решения и коммуникационные модели в АИС; теоретические и практические аспекты получения, формализации и структурирования знаний о задачах; технологии и средства обработки информации и оценки результатов применительно к к решению профессиональных проблем; базовая теоретическая информация по проблемам искусственного интеллекта, прикладным моделям и методам их анализа и формирования навыков и умений.

Уметь: использовать методы цифровой обработки сигналов; организовывать научно-исследовательские и производственные работы; определять оптимальный уровень потерь мощности в электрических сетях по критерию минимальной стоимости передачи электроэнергии, а также применять методологию пошаговой оптимизации электрических сетей по топологическим и режимным свойствам; использовать знания полученные за оригинальную разработку и применение идей в контексте научных исследований; выбирать численные методы моделирования электроэнергетических систем или разработать новый алгоритм решения задачи; рассчитывать и анализировать схемы в различных системах компьютерной математики; видеть пути оптимизации на различных этапах проектирования; моделировать в имитационных средах; строить математические модели для анализа и оптимизации объектов, выбирать численные методы для их моделирования или разрабатывать новый алгоритм решения задачи; проводить расчеты и анализ схем в различных системах компьютерной математики; моделирование в имитационных средах, формализация и структурирование проблемы познания.

Владеть навыками: расширение и углубление знаний, необходимых для повседневной профессиональной деятельности и дальнейшего обучения в докторантуре; использование современных систем обработки и сбора данных при проведении технического эксперимента; проектирование средств управления электротехнологическими процессами и оборудованием; использование микропроцессорных систем автоматического управления; применение современных систем обработки и сбора данных в рамках технического эксперимента. эксперимент; математическое моделирование при изучении энергетических систем.

Демонстрировать способность: в анализе состояния энергосистемы и методах регулирования ее режимов; в проектировании систем управления электроприводом; в применении математического аппарата вейвлет-преобразования; в области синтеза цифровых систем управления с использованием современного программного обеспечения инженерного проектирования, цифровой автоматики и систем управления в области электроэнергетика; при проектировании устройств и систем путем моделирования с использованием специализированных программных продуктов; при создании баз знаний экспертных систем.

Содержание:

Теория моделирования и научного эксперимента

Классификация, типы и задачи эксперимента, однофакторный и многофакторный эксперимент, методика эксперимента. Методы измерения, абсолютные и относительные погрешности, однократные и многократные измерения. Математическая статистика, задачи и основные разделы математической статистики, генеральная и выборочная совокупности, выборка, репрезентативность выборки, параметризация выборки, применение встроенных инструментов Excel для статистической обработки данных. Исследование  экспериментальных данных на достоверность и воспроизводимость результатов эксперимента.

Теория вейвлетов

Задачи оптимизации, линейное программирование, целевая функция, ограничения в виде равенств и неравенств, метод наименьших квадратов. Линия тренда, аппроксимирующие функции, достоверность аппроксимации, коэффициенты детерминации. Применение теории вейвлетов.

Применение микропроцессоров в электроэнергетических системах

Философия микропроцессорной техники. Шины микропроцессорной системы и циклы обмена. Функции устройств магистрали. Адресация операндов. Система команд процессора. Процессорное ядро и память микроконтроллеров. Организация связи микроконтроллера с внешней средой и временем. Вспомогательные аппаратные средства микроконтроллера.  

Микропроцессорные системы автоматического управления

Микроконтроллеры семейства AVR. Введение в Arduino. Загрузка и запуск примера cкетча в IDE Arduino. Arduino. Создание собственного скетча. Использование математических операторов. Последовательные интерфейсы. Arduino. Цифровой и аналоговый вход.  Получение входных данных от датчиков. Arduino. Физический и визуальный вывод данных. Arduino. Использование ШИМ-сигналов, генерируемых Arduino. Arduino. Дистанционное управление внешними устройствами. Arduino. Использование часов реального времени. Arduino. Использование дисплея. Arduino. I2C и SPI интерфейсы передачи данных. Arduino. Связь через беспроводные интерфейсы. Автоматизированная технология ZigBee. Система команд, применяемых в технологии ZigBee. 

Цифровые системы автоматизации и управления в электроэнергетике

Аппаратные средства МК серии PIC. Специальные функции и система команд микроконтроллеров серии PIC. Особенности разработки цифровых устройств на основе МК. Разработка программного обеспечения для PIC-микроконтроллеров. Архитектура и процессоры персональных компьютеров. Разработка простых цифровых устройств. Устройства, входящие в состав персонального компьютера. 

Информационные технологии в электроэнергетике

Структура и содержание курса. Системы согласования сигналов. Асинхронный ввод/вывод цифровых сигналов: линия, порт. Синхронный ввод/вывод цифровых массивов. Организация связи систем анализа данных с внешней средой и временем. Погрешности измерений. Нормирование погрешностей и внесение поправок в результаты измерений. Моделирование интеллектуальных систем. Равноточные и неравноточные измерения. Однократные измерения. Косвенные измерения. Логико-лингвистическое описание систем. Нормирование метрологических характеристик СИ. Аддитивная и мультипликативная составляющая погрешности СИ. Схемы включения измерительных преобразователей. Расчет погрешности измерительной системы.  

Сетевые технологии

Локальные сети и их топология. Место и роль локальных сетей.  Среды передачи информации. Бескабельные каналы связи. Оптоволоконные кабели. Уровни сетевой архитектуры. Эталонная модель OSI. Аппарату локальных сетей. Защита информации в локальных сетях. Стандартные локальные сети. Сети Ethernet и Fast Ethernet Алгоритмы сети ethernet/fast ethernet. Стандартные сегменты ethernet и fast Ethernet. Логическая структуризация сети с помощью мостов и коммутаторов. Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня. Основные характеристики маршрутизаторов и концентраторов. Домены. Глобальные сети. Мониторинг и анализ локальных сетей. Основные стадии профессионального становления личности и их характеристика.

Элементы искусственного интеллекта в технических системах

Философские аспекты проблемы АИС. История развития АИС. Аналоговый ввод-вывод. Проблемы моделирования АИС. Экспертная система как разновидность АИС. Координация сигналов. Методология разработки экспертных систем. Модели представления знаний. Модели вывода решений и коммуникации в АИС. Нечеткие множества. Нечеткие отношения. Нечеткие и лингвистические переменные. Нечеткие утверждения и модели нечетких систем. Логико-лингвистическое описание систем. Искусственная нейронная сеть.
Системное моделирование

Классификация системных моделей. Методы моделирования электроэнергетических систем. Методы описания электроэнергетического оборудования как объекта управления. Структурные и математические модели. Имитационное моделирование.

Интеллектуальные измерительные приборы

Структура и содержание курса "Интеллектуальные измерительные приборы". Исходные положения и обзор состояния исследований в области интеллектуализации измерений и измерительных приборов. Применение наноструктур в измерительных приборах. Искусственная нейронная сеть. Современные направления развития нейросетевых технологий. Применение нейронных сетей для решения практических задач. Методы формализации знаний. Модель представления измеряемых знаний. Особенности аппаратного обеспечения интеллектуальных измерительных приборов. Особенности программного обеспечения интеллектуальных систем.

Системы компьютерной математики

Вступление. Эволюция систем компьютерной математики. Система компьютерной математики MathCAD. Организация расчетов. Типы данных. Система компьютерной математики MATLAB.

Системы визуального моделирования

Программирование в MATLAB. Функции прикладной и численной математики. Классы вычислительных объектов. Цифровая обработка сигналов. Набор инструментов для обработки сигналов. Процедуры спектрального (частотного) и статистического анализа процессов.

Автоматизированные системы сбора данных

Дизайн фильтров. Исследование линейных стационарных систем. Моделирование нелинейных систем (пакет Simulink). Пакеты расширения Matlab. Дизайн интерфейса. Система моделирования и сбора данных LabVIEW.

Форма экзамена:

Теория моделирования и научного эксперимента - письменный экзамен

Теория вейвлетов — компьютерное тестирование

Применение микропроцессоров в электроэнергетических системах - Компьютерное тестирование

Микропроцессорные системы автоматического управления - Компьютерное тестирование

Цифровые системы автоматизации и управления в электроэнергетике - письменный контрольный экзамен

Информационные технологии в электроэнергетике - Компьютерное тестирование

Сетевые технологии - письменный контрольный экзамен

Элементы искусственного интеллекта в технических системах - Компьютерное тестирование

Системное моделирование — компьютерное тестирование

Интеллектуальные измерительные приборы - письменный экзамен

Системы компьютерной математики - Компьютерное тестирование

Системы визуального моделирования - Компьютерное тестирование

Автоматизированные системы сбора данных - Компьютерное тестирование

Оценка модуля: письменный экзамен по элективным дисциплинам

Технические / мультимедийные средства:

Мультимедийный комплекс.

Лаборатории компьютерной математики и электронного моделирования, моделирования силовых устройств и систем, цифровых устройств и микропроцессоров и электроэнергетики.

Литература:

1. А. Ю.Гришенцев. Теория и практика технического и технологического эксперимента. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010. 102 с.

2. В. Н. Вапник. Восстановление зависимостей по эмпирическим данным, 2001 год.

3. T-FLEX CAD. 3D-моделирование. Руководство пользователя (электронный документ), М.: АО "Топ Систем", 2007.

4. А. С. Уваров, P-CAD. Проектирование и конструирование электронных устройств., М.: Горячая линия-Телеком, 2004.

5. О. И. Шелухин, Моделирование информационных систем, М.: Радиотехника, 2005.

6. Ю. Б. Колесов, Ю. Б. Сениченков, Системное моделирование. Объектно-ориентированный подход, СПб.: БХВ-Петербург, 2006

7. Катцен, Сид. PIC-микроконтроллеры. Полное руководство:  пер. с англ. Евстифеева А. В. - Москва : Додэка-XXI, 2010 .- 656 с.

8. Брей Б. Применение микроконтроллеров PIC18. Архитектура, программирование и построение интерфейсов с применением С и ассемблера: Пер. с англ.- К.: «МК-Пресс», СПб «Корона-Век», 2008.-576 с.

9. Якубовский С. В., «Аналоговые и цифровые Интегральные микросхемы. Справочник», М.:, Радио и связь, 2009 г.

10. Бойко В.И. Микропроцессоры и микроконтроллеры. С.-П.: «БХВ-Петербург», 2005.

11. Бродин В.Б., Калинин А.В. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики. М.: Издательство ЭКОМ, 2007.

12. Хант. Искуственный интеллект, Москва, 2000.. – № 3 – С. 69–71.

13. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. - Л.: Энергия. 2012. - 248 с.

14. Руководство по выражению неопределенности измерения/ Под ред. Проф Слаева В.А.; Перевод и публикация ГП "ВНИИМ им. Д.II. Менделеева". -СПб.: ООСГТипография ЛИТАС+", 2010,- 126 с.

15. Ж.-Л. Лорье, Системы искусственного интеллекта, М. Мир, 2014.

16. Новицкий П. В. Основы информационной теории измерительных приборов. - Л.: Энергия. 2012. - 248 с.

17. Руководство по выражению неопределенности в измерениях, под ред. проф. В. А. Слаева; Переводческое и издательское предприятие ВНИИМ им. Д. И. Менделеева. -СПб.: ООСГ Типография ЛИТАС+, 2010,- 126 с.

18. Д. Кирьянов MathCAD 11. СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2013.

19. Ю. Л. Кетков, А.Ю. Кетков, М.М. Шульц. MATLAB 7: Программирование ,численные методы. СПб.: БХВ-Петербург, 2014. — 752 с.: с картинками.

20. В. П. Дьяконов MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6* в математике и моделировании. Серия: Библиотека профессионалов. - М.: СОЛОН-Пресс, 2014. 576 с.: с картинками.

21. Д. Тревис. LabVIEW для всех. М.: Горячая линия-Телеком, 2015.

22. А. М. Половко, П.Н. Бутусов. MATLAB для студента. СПб.; БХВ-Петербург. – 2005. – 320 с.

23. Е. Р. Алексеев, О. В. Чеснокова. Решение задач в пакетах вычислительной математики, таких как MathCad 12, MATLAB 7 и Maple 9. М.: НТ Пресс, 2006. – 469 с.

24. В.Очков. MathCAD 12. СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2005