МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТС
. Николаев
Основы САПР измерительных системТекст лекцийТаганрог 2002УДК 681.518.3(075)
Николаев С.В. Основы САПР измерительных систем: Текст лекций. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2002. с.
Изложены основные разделы лекционного курса по дисциплине "Основы САПР измерительных систем".
Для студентов специальностей 190900 "Информационно-измерительная техника и технологии", 190304 "Приборы и комплексы экологического мониторинга" и других родственных специальностей, изучающих дисциплину "Основы САПР измерительных систем".
Ил. __. Библиогр.:__ назв.
Печатается по решению редакционно издательского совета Таганрогского радиотехнического университета
Рецензенты:
© Николаев С.В., 2002
© Таганрогский государственный радиотехнический университет, 2002
Предисловие 5
Тема 1. СТРУКТУРА АСНИ И СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 6
1.1. Системный подход к изучению и проектированию сложных систем 6
1.1.1. Основные понятия системного анализа 6
1.1.2. Краткий исторический экскурс системных представлений в науке 9
1.1.3. Современные направления и школы системных исследований 17
1.2. Системные вопросы проектирования и эксплуатации АСНИ 19
1.2.1. Жизненный цикл АСНИ 19
1.2.2. Функции АСНИ как следствие общей стратегии эксперимента 22
1.2.3. Информационно логическая структура АСНИ 28
1.2.4. Организация работ по созданию и эксплуатации АСНИ 30
1.2.5. Стадии создания АСНИ 31
Тема 2. Общая оценка эффективности проектных решений и частные характеристики АСНИ 36
2.1. Общие и частные критерии эффективности 36
2.2. Точностные характеристики 42
2.2.1. Критерии оценки погрешностей измерения 42
2.2.2. Погрешность от квантования по уровню 56
2.2.3. Распространение погрешностей при вычислениях 56
2.2.4. Оценка полной погрешности системы
(прямая задача суммирования погрешностей) 60
2.2.5. Распределение погрешностей по звеньям системы (обратная задача оценки погрешностей) 66
2.3. Временные характеристики 68
2.3.1. Дискретизация по времени: постановка задачи 68
2.3.2. Оценка погрешности при равномерной дискретизации- восстановлении 76
2.3.3. Методы дискретизации полосовых (узкополосных) сигналов 83
2.3.4. Особенности многоканальных измерительных систем 97
Тема 3. Инженерная методика системотехнического проектирования измерительных систем 106
3.1. Методология проектирования 106
3.2. Типы задач проектирования 107
3.3. Этапы решения технических проблем 107
3.4. Управление процессом проектирования (деятельность руководства) 108
3.5. Стадия предпроектных исследований 109
3.6. Стадия технического задания (ТЗ) 109
3.6.1. Структура ТЗ 109
3.6.2. Согласование ТЗ 109
3.6.3. Порядок проведения работ на стадии ТЗ 110
3.7. Стадия технического предложения 110
Тема 4. ОСНОВНЫ ИМИТАЦИОННОГО (компьютерного) МОДЕЛИРОВАНИЯ 111
4.1. Основные понятия 111
4.2. Модели и их классификация 112
4.3. Имитационное моделирование и его этапы 115
4.4. Моделирование системного времени 118
4.5. Организация прогона многомодульных моделей 120
4.6. Построение моделей элементов сложных систем 123
4.7. Метод статистических испытаний 130
4.8. Общая структура модели для анализа погрешности измерительной системы 130
4.9. Общие сведения о моделирующих программах VisSim, MathConnex, Genie 130
ПредисловиеСоздание информационно-измерительных систем (ИИС) и автоматизированных систем научных исследований и комплексных испытаний (АСНИКИ) предусматривает выполнение системотехнического проектирования, включающего разработку технического задания и технического предложения на компоненты аппаратного и программного обеспечения ИИС и АСНИКИ. Цель настоящей дисциплины – изучение основных приемов системотехнического проектирования, базирующихся на методах математического и компьютерного моделирования.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- ориентироваться в методологических вопросах проектирования ИИС и АСНИКИ;
- знать основные стадии и принципы их проектирования;
- уметь определять (с использованием ЭВМ) основные характеристики ИИС и АСНИКИ и критерии оценки эффективности проектных решений;
- владеть инженерной методикой выполнения проектных работ на этапах разработки технического задания и технического предложения с использованием методов имитационного моделирования на ЭВМ и систем автоматизированного проектирования (САПР).
При изучении лекционного курса следует обратить внимание на следующие моменты.
Цель АСНИ - получение модели объекта, его информационного образа, является типично системной функцией и ее достижение должно в значительной степени базироваться на методах проектирования, вытекающих из системного подхода, стержень которого составляет принцип целостности.
При анализе (описании) сложных систем место теории, в определенном смысле, занимает модель. В связи с этим требуется четкое формулирование исходных допущений и закономерностей (как чисто умозрительных, так и эмпирических), лежащих в основе критериев и оценок, и указание степени и границ адекватности моделей и полученных на их основе оценок.
Важнейшей характеристикой АСНИ является точность получаемых результатов (модели и ее параметров), поэтому в первом приближении проектирование АСНИ на системном уровне может рассматриваться как решение обратной задачи распределения погрешности. Она заключается в нахождении такого распределения погрешностей по блокам и узлам системы, при котором суммарная погрешность не превышает заданной (ограничение) и оптимизируется некоторый частный или обобщенный критерий эффективности (целевая функция). При этом одновременно осуществляется обоснованный выбор управляемых (доступных разработчику) параметров системы.
Рассмотрение характеристик АСНИ (метрологических, временных, информационных и т.п.) опирается на знания студентов, полученные при изучении таких общеинженерных и специальных дисциплин, как теоретические основы ИИТ, электроника, методы и средства измерения, информационно-измерительные системы, микропроцессорная техника и системное оборудование.
С. Николаев 
