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 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
|
108/3 ЗЕТ
|
Аудиторные занятия
|
57
|
- лекции
|
16
|
- практические занятия
|
-
|
- лабораторные работы
|
34
|
- другие виды аудиторных занятий
|
-
|
Самостоятельная работа
|
19
|
Курсовой проект (работа)
|
-
|
Контроль самостоятельной работы
|
7
|
Аттестация
|
32
Экзамен
|
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
|
Семестр 6
Раздел
дисциплины
«Цифровая обработка сигналов»
|
Неделя семестра
|
Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)
|
Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)
Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
|
лек
|
лр
|
с/р
|
кс/р
|
|
1
|
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 ЦОС.
|
1
|
2
|
|
2
|
|
Собеседование по теме лекции
|
2
|
Исследование алгоритмов ввода-вывода аналоговых сигналов в микроконтроллерах
|
2
|
|
4
|
|
1
|
Отчет по лабораторной работе
|
3
|
Математические модели дискретных сигналов и систем. Спектральное представление сигналов. Теорема Котельникова. Цифровая фильтрация.
|
3
|
2
|
|
2
|
|
Собеседование по теме лекции
|
4
|
Исследование алгоритмов сглаживания аналоговых сигналов в микроконтроллерах
|
4
|
|
4
|
|
1
|
Отчет по лабораторной работе
|
5
|
Передаточные функции, импульсные характеристики, частотный отклик, устойчивость цифровых фильтров (ЦФ)
|
5
|
2
|
|
2
|
|
Собеседование по теме лекции
|
6
|
Исследование импульсной системы стабилизации с цифровым регулятором
|
6
|
|
4
|
|
|
Отчет по лабораторной работе
|
7
|
ЦОС в задачах фильтрации сигналов Теория и расчет ЦФ с импульсной характеристикой конечной длины Теория и расчет ЦФ с бесконечной импульсной характеристикой
|
7
|
2
|
|
2
|
|
Собеседование по теме лекции
|
8
|
Исследование влияния помех в системе стабилизации с цифровым регулятором
|
8
|
|
4
|
|
1
|
Отчет по лабораторной работе
|
9
|
ЦОС в системах управления динамическими объектами Особенности динамики систем управления динамическими объектами с аналоговыми (АР) и цифровыми регуляторами
|
9
|
2
|
|
2
|
|
Собеседование по теме лекции
|
10
|
Исследование частотных характеристик цифрового адаптивного трансверсального фильтра
|
10
|
|
4
|
|
1
|
Отчет по лабораторной работе
|
11
|
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
|
11
|
2
|
|
2
|
|
Собеседование по теме лекции
|
12
|
Исследование процессов адаптации цифрового адаптивного трансверсального фильтра
|
12
|
|
4
|
|
1
|
Отчет по лабораторной работе
|
13
|
Алгоритмы адаптивного предсказания и их применение в цифровых системах управления и связи.
|
13
|
2
|
|
2
|
|
Собеседование по теме лекции
|
14
|
Исследование интерфейсных средств отображения и управления
|
14
|
|
4
|
|
1
|
Отчет по лабораторной работе
|
15
|
Адаптивный следящий фильтр. Адаптивный анализатор спектра сигналов
|
15
|
2
|
|
2
|
|
Собеседование по теме лекции
|
16
|
Зачет по лабораторным работам
|
16
|
|
4
|
3
|
1
|
Окончательный рейтинг как результат тестирования по контрольным вопросам
|
17
|
Подготовка к экзамену
Экзамен
|
17
|
32
|
Итоговая оценка
|
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
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:
Чтение лекций с использованием проекторов, интерактивных досок, ноутбуков и презентаций.
Компьютерное моделирование для визуальной демонстрации процессов цифровой обработки сигналов в лекционном курсе.
Лабораторный практикум по дисциплине с использованием специализированных программных модулей «АЧХ ЦАФ» и «Модель ЦАФ» в среде Microsoft Excel.
Подготовка студентами докладов на научно-технических конференциях.
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
Тестовый контроль по темам лекционного курса.
Защита лабораторных работ.
Индивидуальные собеседования.
Экзамен.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля)
7.1. Основная литература:
Солонина А.И., Улахович Д.А. Основы цифровой обработки сигналов. Санкт- Петербург, "БХВ-Петербург", 2005.
Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. М.: Радио и связь. 1989.
Гудкова Н.В. Адаптивные цифровые фильтры в системах промышленной электроники. Межотраслевой научно-технический журнал «Автоматизация и современные технологии» №7, М.: Изд-во «Машиностроение», 2005.
Гудкова Н.В. Моделирование на ПК цифрового адаптивного фильтра. Лабораторный практикум по курсу «Цифровая обработка сигналов». Таганрог, ТРТУ. 2011. №4692.
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:
Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.; Мир, 1978.
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:
Специализированные программные модули «АЧХ ЦАФ» и «Модель ЦАФ» в среде Microsoft Excel
Пакет MatLab
Инструментальный пакет AVR Studio
http://www.edu.ru – Федеральный портал «Российское образование»
http://www.openet.ru – Российский портал открытого образования
http://www.exponenta.ru – Российский портал образования
http://noc-isu.tti.sfedu.ru/publications/74-adaptivesignaloperations.html – НОЦ ИСУ
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Мультимедийное оборудование
ПК
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.
|
