К выполнениЮ лабораторных работ
Федоренко В.В.
Методические указания
К выполнениЮ лабораторных работ
по дисциплине
«Информационные системы»
для студентов направления подготовки магистратур 21.04.01.68
«Нефтегазовое дело»
Ставрополь, 2013
УДК 621.317.08
ББК
Ф
Федоренко В.В.
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Информационные системы». – Ставрополь, СКФУ, 2014. - 32 с.
Методические указания содержат лабораторный практикум по исследованию различных методов измерения гармонических и импульсных сигналов, формируемых средствами информационных систем. В лабораторных работах в качестве объектов и средств измерения используются электрические схемы и виртуальные приборы, моделируемые на основе компьютерной программы Electronics Workbench.
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Рекомендации по составлению схем и проведению измерений с использованием компонентов Electronics Workbench . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
Лабораторная работа № 1 «Исследование масштабных измерительных преобразователей» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Лабораторная работа № 2 «Исследование методов временного анализа измерительных сигналов» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 8
Лабораторная работа № 3 «Спектральный синтез измерительных сигналов». . 10
Лабораторная работа № 4 «Исследование методов модуляции измерительных сигналов» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Лабораторная работа № 5 «Статистическая обработка результатов измерений» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Лабораторная работа № 6 «Первичная обработка сигналов измерительной информации» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Лабораторная работа № 7 «Расчет параметров моделей вибрации роторных машин» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Лабораторная работа № 8 «Исследование методов автоматизации систем управления в нефтегазовой отрасли» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Список рекомендуемой литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Введение
Проектирование, изготовление и эксплуатация технических средств информационных систем неизбежно связаны с выполнением большого числа измерений. При этом получаемая измерительная информация используется как для собственно измерения, так и для выработки соответствующих управляющих сигналов, логических заключений и суждений в таких процедурах как управление, контроль, диагностика, идентификация и т.п.
Выбор методов и средств измерения в каждом конкретном случае должен обеспечивать получение требуемых показателей качества конечного результата с минимально возможными погрешностями. Таким образом, перед специалистом в области информационных систем и технологий встает задача правильного выбора метода и средства измерения, должной организации измерительного эксперимента, обработки и представления результатов измерений в соответствии с принципами метрологии и действующими в этой области нормативными документами.
Закрепление практических навыков в освоении различных методов и средств измерений параметров радиоэлектронной и электронно - вычислительной техники осуществляется в процессе лабораторных занятий по дисциплине «Информационные системы». Работа в реальной лаборатории требует больших временных затрат на подготовку эксперимента. Кроме того, все реальные электронные устройства, в том числе, измерительные приборы имеют большой разброс значений параметров, что приводит к погрешностям в ходе проведения эксперимента.
Предлагаемые методические указания ориентируются на использование измерительной лаборатории, реализуемой программой Electronics Workbench. Радиоэлектронные схемы и средства измерений, моделируемые на базе данной программы, описываются строго установленными параметрами, поэтому каждый раз в ходе эксперимента будет повторяться результат, определяемый только параметрами элементов и алгоритмом расчета, что повышает достоверность измерений. Низкая цена программного продукта позволяет использовать «виртуальную» измерительную лабораторию в домашних условиях при подготовке к занятиям и закреплении изученного материала.
Рекомендации по составлению схем и проведению
Измерений с использованием компонентов
Electronics Workbench
Открыть папку Ewb512. Щелчком мыши по элементу Wewb32 открывается поле компонентов.
На данном занятии используются следующие группы компонентов: источники (Sources); базовые компоненты (Basic); индикаторы (Indicators); приборы (Instruments). Щелчком мыши по обозначению указанной группы открывается библиотека элементов. Для составления электрической схемы необходимо мышью перетащить (при нажатой левой кнопке) изображение соответствующего элемента на поле. Двойным щелчком мыши по изображению элемента открывается диалоговое окно для установления необходимых параметров.
К числу источников, являющимися в Electronics Workbench идеальными, относятся: источник постоянного напряжения (Battery); источник постоянного тока (DC Current Source); источник переменного напряжения (AC Voltage Source); источник переменного тока (AC Current Source).
Из линейных элементов в данных работах используется резистор и конденсатор, с изменяющимися значениями сопротивления и емкости, Из группы индикаторов используются вольтметр (Voltmeter) и амперметр (Аmmeter), в диалоговом окне которого устанавливается вид измеряемого напряжения (тока): постоянный (DC) либо переменный (АС), а также величина внутреннего сопротивления. К числу используемых приборов относятся: генератор (Function Generator), мультиметр (Multimeter) и осциллограф (Oscilloscope).
Для индикации результата измерения необходимо перевести переключатель «0-1», находящийся в правом верхнем углу, в положение «1».
Лабораторная работа № 1
Тема: «Исследование масштабных измерительных преобразователей»
Цель занятия: научиться составлять электронные измерительные схемы с помощью компьютерной программы Electronics Workbench, проводить измерения напряжения (силы тока) в цепях делителей напряжения (шунтов) и рассчитывать коэффициенты деления (шунтирования).
Содержание занятия:
1. Исследование делителей напряжения в схемах измерения напряжения.
2. Исследование шунтов в схемах измерения силы тока.
Аппаратура и материалы: персональные компьютеры и программа «Electronics Workbench». При выполнении работы выполнять требования по технике безопасности эксплуатации аппаратуры, подключенной к сети 220 В.
Методика выполнения работы
1. Исследование делителей напряжения в схемах измерения
напряжения
Собрать схему, представленную на рисунке 1.1. Напряжение источника Еист=100 kV. Делитель напряжения состоит из резисторов: верхний 
и нижний 
, где N – номер рабочего места. Входное сопротивление вольтметра 
. Экспериментально полученное показание вольтметра Uv сравнить с теоретическим значением напряжения U2 на резисторе R2, рассчитанным по формуле: 
. Оценить погрешность измерения 
.
Рисунок 1.1 Рисунок 1.2
Рисунок 2.1
Таблица 2.1
| f, Гц - на источнике | |||||
| Тизм, с – по осциллографу | |||||
| Трасч , с – рассчитано | |||||
| d - погрешность |
Таблица 2.2
| fЭ, кГц | 0,25 | 0,5 | |||||
| Фигуры Лиссажу | |||||||
 |
Содержание отчета: Отчеты о лабораторных работах выполняются в тетради. По каждому пункту задания: указать название пункта работы; нарисовать схему измерения; подготовить таблицы по каждому пункту, а при необходимости – графики; привести расчеты по результатам измерений и исходным данным; сделать выводы по каждому пункту задания.
Контрольные вопросы:
1. Назначение, состав канала горизонтального отклонения луча в составе осциллографа. Виды осциллографических разверток.
2. Состав и принцип работы генератора линейной развертки.
3. Назначение и состав схемы синхронизации канала Х осциллографа.
4. Назначение линии задержки в канале У.
5.Физическая сущность коэффициента развертки.
Лабораторная работа № 3
Тема: «Спектральный синтез измерительных сигналов»
Методика выполнения работы
Теоретическая часть
Периодический сигнал 
с периодом T может быть разложен в ряд Фурье:
, (1)
где 
; 
; 
- круговая частота первой (основной) гармоники сигнала; 
и 
- соответственно амплитуда и начальная фаза k-й составляющей (гармоники) сигнала.
Проведем анализ спектра периодической последовательности импульсов. В соответствии с выводом спектрального представления колебаний о соотношении спектров подобных колебаний можно сразу сказать, что они должны обладать одинаковыми по форме спектрами. Непосредственным расчетом спектра получим подтверждение этого вывода. По формуле (1) находим
. (2)
Комплексная амплитуда 
, содержит только вещественную часть, т. е.
, (3)
С учетом этих соотношений ряд Фурье (1) запишется так:
. (4)
При скважности T/tu=2 сигнал и амплитуды гармоник определяются как:
, 
. (5)
Три составляющие спектра периодической последовательности прямоугольных импульсов концентрируют подавляющую часть энергии колебания. Однако форма импульсов, образуемых этими составляющими (см. рис. 3.1), теперь не будет прямоугольной; такую форму обеспечивает лишь, бесконечная совокупность гармоник. Исключение из полной совокупности спектральных составляющих некоторой ее части приводит к сокращению занимаемой полосы частот и к одновременному искажению формы колебания.
Большинство искажений периодического сигнала приводит к изменению его формы, т.е., к изменению параметров гармоник сигналов. Возникает необходимость проведения анализа зависимости формы сигнала (во временной области) от изменения параметров его гармоник. Подобные исследования были проведены на примере импульсного сигнала вида (5) при ограничении его гармонических составляющих числом N=5.
Рисунок 3.1 - Временные эпюры и спектральные составляющие импульсного сигнала со скважностью 
при числе гармоник: N= 
(а); k=1 (б); k =1, 3 (в); k =1, 3, 5 (г)
Для проведения вычислительного эксперимента была задействована электронная лаборатория на базе компьютерной программы Electronics Workbench 5.0 [22]. Диалоговое окно программы с исследуемой схемой представлено на рисунке 2. Рассматривался частный случай скважности импульсов 
, позволяющий ограничиться тремя формирователями синусоидальных сигналов, имитирующих источники 1-й, 3-й и 5-й гармоник.
Рисунок 3.2 – Диалоговое окно программы Electronics Workbench 5.0
при исследовании искажений импульсного сигнала
Экспериментальная часть
Рисунок 4.2
Таблица 4.2
| Modulation index (M) | |||||
| Максимальный период Тmax, дел | |||||
| Минимальный период Тmin, дел | |||||
| Девиация частоты fд=mf·F | |||||
| Индекс ЧМ mf (расчет) | |||||
| d - погрешность |
Содержание отчета: Отчеты о лабораторных работах выполняются в тетради. По каждому пункту задания: указать название пункта работы; нарисовать схему измерения; подготовить таблицы по каждому пункту, а при необходимости – графики; привести расчеты по результатам измерений и исходным данным; сделать выводы по каждому пункту задания.
Контрольные вопросы:
1. Практическое применение амплитудной и частотной модуляций?
2. Сравнить амплитудную и частотную модуляции по ширине необходимого спектра частот.
3. Диапазоны изменений коэффициентов модуляций (Modulation index) для амплитудной и частотной модуляций.
4. Физическая сущность модуляционных характеристик.
Лабораторная работа № 5
Тема: «Статистическая обработка результатов измерений»
Цель занятия: приобрести навыки в получении точечных и интервальных оценок результатов измерений на основе их статистической обработки.
Содержание занятия:
1. Закрепление знаний теоретических положений и методики статистической обработки результатов измерений.
2. Экспериментальное получение результатов измерений физических величин.
3. Статистическая обработка результатов прямых измерений величин (напряжения, силы тока и сопротивления).
Аппаратура и материалы: персональные компьютеры и программа «Electronics Workbench». При выполнении работы выполнять требования по технике безопасности эксплуатации аппаратуры, подключенной к сети 220 В.
Закрепление знаний теоретических положений и методики
статистической обработки результатов измерений
По способу числового выражения различают погрешности:
абсолютную погрешность ΔА=А-Ад, где А –показание средства измерения (СИ); Ад - истинное (действительное) значение измеряемой величины;
относительную погрешность δ= (ΔА /Ад)100%;
приведенную погрешность δпр= (ΔА /АN)100%, где АN – некоторое нормирующее значение измеряемой величины.
Предельно допустимые погрешности, характеризующие класс точности приборов, указываются либо на шкалах приборов (рис. 5.1 и 5.2), либо в техническом описании СИ. Условное обозначение классов точности соответствует погрешности в процентах:
- 
относительно измеренного значения;
2,5 - нормированной к предельному значению шкалы (в единицах
измеряемой величины);
1,5
- 
нормированной к длине шкалы (в единицах длины, в т. ч. и отсчет положения стрелки прибора).
Шкала и предел измерения выбираются из условия нахождения стрелки прибора как можно ближе к предельному значению.
Методика статистической обработки результатов измерений с многократными наблюдениями, подчиняющимися нормальному закону распределения:
1) вычисление среднего арифметического а* результатов наблюдений {ai};
2) вычисление оценки среднеквадратического отклонения величины а*, т.е
; (5.1)
3) вычисление доверительной границы случайной погрешности результата измерения
, (5.2)
где tα,n – коэффициент Стьюдента;
4) определение границ Θ неисключенной систематической погрешности;
5) вычисление суммарной погрешности измерения: ΔΣ = Θ +Δсп ;
6) оформление результата измерения:
а=а*± ΔΣ , при α= , n= . (5.3)
Правила оформления результата измерения:
а) погрешность ΔΣ не должна содержать более двух значащих цифр;
б) оценка результата измерения a* и погрешность ΔΣ должны заканчиваться цифрами одинаковых разрядов.
Методика выполнения работы
Величин
Вариант задания «XY» определяется номером студента по списку в журнале, где X - первая цифра, а Y - вторая цифра номера. Значение первой цифры Х определяет непосредственно измеряемые величины, а также число проводимых измерений указанных величин (в соответствии с таблицей 5.1). Число Y – амплитуду сигнала, формируемого генератором, а также значение доверительной вероятности a для интервальной оценки (см. таблицу 5.2).
Таблица 5.1 – Вид и количество непосредственно измеряемых величин
| X | |||
| Измеряемая величина | Сила тока I и сопротивление R | Переменное напряжение U и сопротивление R | Сила тока I и перемен. напряжение U |
| Число измерений п | 20 | 18 | 15 |
Таблица 5.2 – Варианты установки амплитуды сигнала, формируемого генератором, и требуемой доверительной вероятности
| Y | ||||||||||
| Amplitude [V] на генераторе, | ||||||||||
| Доверительная вероятность a | 0,9 | 0,95 | 0,98 | 0,99 | 0,999 |
Собрать схему (рис. 5.1 или рис. 5.2) для измерения соответствующего табл. 5.1 параметра сигнала. Установить следующий режим работы генератора: гармонический сигнал; Frequency – 5 Hz; Duty cycle – 50%; Amplitude – в соответствии с таблицей 8.2; Offset – 0. Режимы работы мультиметра: при измерении напряжения и силы тока – «~»; при измерении сопротивления – «–».
Рисунок 5.1 – Схема измерений значений силы тока I
Рисунок 5.2 – Схема измерений значений напряжения U и сопротивления R
Варианты заданий максимальной частоты измеренного процесса представлены в таблице 6.1.
Таблица 6.1
| Y | ||||||||||
 , Гц | 0,1 | 0,25 | 0,5 | 1,0 | 5 |
Значения уровней отсчетов после дискретизации информации определяются по выражению: 
, где значения дробной части для каждого i-го из 20 отсчетов представлены в табл. 6.2.
Таблица 6.2
| i | ||||||||||
| Di | - 0,26 | - 0,08 | +0,54 | +0,43 | - 0,19 | +0,21 | - 0,49 | - 0,13 | +0,30 | - 0,72 |
| i | ||||||||||
| Di | +1,23 | - 0,05 | - 0,22 | - 0,24 | - 0,22 | - 0,11 | +0,54 | +0,11 | - 0,17 | +0,33 |
Шаг квантования определен на уровне одной измеренной величины (округление до десятой).
Перед кодированием результаты квантования необходимо увеличить в 10 раз.
Требуется:
1. Найти погрешность квантования δ= I*– I*кв при расчете среднего значения 
.
2. Обеспечить двоичное кодирование величин Ii.кв×10. где i=1, …, 20.
3. Рассчитать длительность элемента кодирования (с учетом разрядности кода и ).
Пример расчета
Пусть номер студента в списке N=36. Тогда уровни отсчетов, определяемые по формуле Ii=(38+Di) и таблице 2 имеют значения, которые представлены в столбце 2 таблицы 6.3.
Таблица 6.3.
| Номер отсчета i | Значения уровней отсчетов Ii | Результаты квантования Ii.кв | Десятичное число Ii.кв×10 | Двоичный код | ||||||||
| 28= =256 | 27= =128 | 26= =64 | 25= =32 | 24= =16 | 23= =8 | 22= =4 | 21= =2 | 20= =1 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 37,74 | 37,7 | |||||||||||
| 37,92 | 37,9 | |||||||||||
| 38,54 | 38,5 | |||||||||||
| 38,43 | 38,4 | |||||||||||
| 37,81 | 37,8 | |||||||||||
| 38,21 | 38,2 | |||||||||||
| 37,51 | 37,5 | |||||||||||
| 37,87 | 37,9 | |||||||||||
| 38,30 | 38,3 | |||||||||||
| 37,28 | 37,3 | |||||||||||
| 39,23 | 39,2 | |||||||||||
| 37,95 | 38,0 | |||||||||||
| 37,78 | 37,8 | |||||||||||
| 37,76 | 37,8 | |||||||||||
| 37,78 | 37,8 | |||||||||||
| 37,89 | 37,9 | |||||||||||
| 38,54 | 38,5 | |||||||||||
| 38,11 | 38,1 | |||||||||||
| 37,83 | 37,8 | |||||||||||
| 38,33 | 38,3 | |||||||||||
| Среднее значение | I*=38,036 | I*кв=38,033 | Погрешность квантования: δ= I*– I*кв=0,003 |
Пример расчета длительности элемента кодирования:
С учетом последней цифры Y =6 в номере N=36 из табл.1 берем =1,0 Гц. Следовательно, шаг дискретизации 
=0,5 с.
Для варианта N=36 при кодировании использован 9-разрядный код (столбцы 5-13 таблицы 6.3). Тогда длительность элемента кодирования определяется выражением: 
Контрольные вопросы:
1. Кто такой эксперт.
2. Назначение экспертных систем.
3. три этапа обработки измерительной информации в системах телеметрии нефтегазовых объектов
4. Что такое дискретизация процесса по времени
5. Что такое квантование отсчетов по уровню
6. Что такое кодирование информации
Лабораторная работа № 7
Тема: «Расчет параметров моделей вибрации роторных машин»
Цель занятия: закрепить теоретические знания по методам определения параметров вибрации, исследовать зависимость уровня спектральных гармоник от формы вибрационных сигналов.
Вопросы занятия:
1. Расчет амплитудных значений параметров вибрации.
2. Исследование спектра сигналов вибрации.
Рекомендуемая литература: Богданов Е.А. Основы технической диагностики нефтегазового оборудования. – М.: Высш шк., 2006. – С. 27-52.
Лабораторная работа № 8
Тема: «Исследование методов автоматизации систем управления в нефтегазовой отрасли»
Цель занятия: исследовать основные методы автоматизации систем управления в нефтегазовой отрасли.
Содержание занятия:
1. Общая характеристика объектов нефтегазовой отрасли.
2. Обобщенная схема системы управления нефтегазовыми объектами.
3. Распределенные системы управления (DCS-системы).
1. Общая характеристика объектов нефтегазовой отрасли
Технология добычи и подготовки нефти включает ряд разнородных производственных процессов. Основные объекты промысловой технологии и их взаимодействие представлены на рис. 9.1.
|
Рисунок 8.1 – Упрощенная структура объектов нефтегазодобычи
Поднятая на поверхность различными способами (фонтанный, газлифтный, насосный) нефть от скважин по скважинным коллекторам направляется на групповую замерную установку (ГЗУ). Скважины поочередно подключаются к замерной установке для определения их дебита по жидкой и газовой фазам.
После замера нефть попадает в промысловый коллектор. Чтобы ее «протолкнуть» до центрального пункта сбора(ЦПС) или установки подготовки нефти(УПН), используют дожимные насосные станции (ДНС). Здесь из нефти частично отделяют газ и воду (в сепараторах и отстойниках), а затем с помощью насосов транспортируют до ЦПС или УПН.
Установки предварительного сброса пластовых вод (УПСВ) могут включать в свой состав отстойники и технологические резервуары, где нефть отстаивается, и из нее частично выделяются вода и газ.
Частично обезвоженная нефть попадает на УПН, в состав которых включены сепарационные установки (СУ), предназначенные для дегазации нефти, установки обезвоживания и обессоливания (УОО), установки стабилизации (УС) для выделения из нефти легких углеводородных фракций. Метан/этан/пропан/бутановые фракции имеют достаточно низкую температуру кипения и могут быть потеряны в процессе транспорта нефти по магистральным нефтепроводам.
Подготовленная (товарная) нефть направляется в товарный парк (резервуары), откуда ее насосами через узлы коммерческого учета готовой продукции (УУ) подают в магистральный нефтепровод.
Пластовая вода, выделенная из нефтяной эмульсии на установках предварительного сброса вод, установках подготовки нефти, поступает на установку очистки пластовых вод (УОПВ), после чего ее снова закачивают в пласт через водораспределительные блоки (ВРБ) и нагнетательные скважины с помощью кустовой насосной станции (КНС) для улучшения притока нефти к забоям эксплуатационных скважин.
Газ, выделенный на технологических аппаратах УПСВ и УПН, направляется на газобензиновый завод (ГБЗ). Часть этого газа подается компрессорной станцией (КС) на газораспределительную установку (ГРУ), а затем - в затрубное пространство нефтяных скважин, эксплуатируемых газлифтным методом.
Упрощенная схема добычи и подготовки газа представлена на рис. 8.2.
 |
Рисунок 8.2 - Упрощенная схема добычи и подготовки газа
Объем автоматизации кустов газовых скважин:
измерение давления газа на скважине;
измерение перепада давления газа на сужающем устройстве;
измерение температуры газа на скважине;
измерение напряжения, тока СКЗ (система катодной защиты) и уровня защитного потенциала куста;
измерение потребляемой электроэнергии СКЗ;
сигнализация температуры в блок-боксе ТМ (телемеханики);
сигнализация открытия двери блок-бокса;
сигнализация отсутствия напряжения питания 220 вольт;
сигнализация разряда аккумуляторных батарей устройства бесперебойного питания.
К основным объектам автоматизации процесса транспорта газа относятся (рис. 8.3): компрессорная станция/цех; газоперекачивающие агрегаты; удаленные технологические объекты КС; газораспределительные станции; подземные хранилища газа; узлы учета газа; линейные крановые площадки.
 |
Рисунок 8.3 - Объекты магистрального газопровода
Таким образом, каждый объект нефтегазовой отрасли обладает своими особенностями с точки зрения его автоматизации. Исходя из этих особенностей, выдвигаются и соответствующие требования к архитектуре, а также аппаратным и программным средствам АСУТП.
Список рекомендуемой литературы
Основная учебная литература:
1. Чипига, А. Ф. (СевКавГТУ). Многоканальные измерительные системы для мониторинга безопасности объектов : учеб. пособие / А. Ф. Чипига, В. В. Федоренко, И. В. Федоренко ; ФБГОУ Сев.-Кав. гос. техн. ун-т. - Ставрополь : Издательство СевКавГТУ, 2012. - 126 с.
2. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа : учеб. пособие для вузов / Е. Б. Андреев [и др.] ; под ред. В. Е. Попадько ; [РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина]. - М. : Недра, 2008. - 400 с.
Дополнительная литература:
3. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: Учебник для вузов / Под ред. В.И. Нефедова. – М.: Высшая школа, 2001.
4. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и MATLAB. - М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 800 с.
Федоренко В.В.
Методические указания
К выполнениЮ лабораторных работ
по дисциплине
«Информационные системы»
для студентов направления подготовки магистратур 21.04.01.68
«Нефтегазовое дело»
Ставрополь, 2013
УДК 621.317.08
ББК
Ф
Федоренко В.В.
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Информационные системы». – Ставрополь, СКФУ, 2014. - 32 с.
Методические указания содержат лабораторный практикум по исследованию различных методов измерения гармонических и импульсных сигналов, формируемых средствами информационных систем. В лабораторных работах в качестве объектов и средств измерения используются электрические схемы и виртуальные приборы, моделируемые на основе компьютерной программы Electronics Workbench.
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Рекомендации по составлению схем и проведению измерений с использованием компонентов Electronics Workbench . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
Лабораторная работа № 1 «Исследование масштабных измерительных преобразователей» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Лабораторная работа № 2 «Исследование методов временного анализа измерительных сигналов» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 8
Лабораторная работа № 3 «Спектральный синтез измерительных сигналов». . 10
Лабораторная работа № 4 «Исследование методов модуляции измерительных сигналов» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Лабораторная работа № 5 «Статистическая обработка результатов измерений» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Лабораторная работа № 6 «Первичная обработка сигналов измерительной информации» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Лабораторная работа № 7 «Расчет параметров моделей вибрации роторных машин» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Лабораторная работа № 8 «Исследование методов автоматизации систем управления в нефтегазовой отрасли» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Список рекомендуемой литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Введение
Проектирование, изготовление и эксплуатация технических средств информационных систем неизбежно связаны с выполнением большого числа измерений. При этом получаемая измерительная информация используется как для собственно измерения, так и для выработки соответствующих управляющих сигналов, логических заключений и суждений в таких процедурах как управление, контроль, диагностика, идентификация и т.п.
Выбор методов и средств измерения в каждом конкретном случае должен обеспечивать получение требуемых показателей качества конечного результата с минимально возможными погрешностями. Таким образом, перед специалистом в области информационных систем и технологий встает задача правильного выбора метода и средства измерения, должной организации измерительного эксперимента, обработки и представления результатов измерений в соответствии с принципами метрологии и действующими в этой области нормативными документами.
Закрепление практических навыков в освоении различных методов и средств измерений параметров радиоэлектронной и электронно - вычислительной техники осуществляется в процессе лабораторных занятий по дисциплине «Информационные системы». Работа в реальной лаборатории требует больших временных затрат на подготовку эксперимента. Кроме того, все реальные электронные устройства, в том числе, измерительные приборы имеют большой разброс значений параметров, что приводит к погрешностям в ходе проведения эксперимента.
Предлагаемые методические указания ориентируются на использование измерительной лаборатории, реализуемой програм