Прикладные информационные (компьютерные) технологии. Обработка и создание документов. Компьютерная графика. Компьютерное моделирование. Компьютерные игры.

Учебно-методическое пособие посвящено программно-инструментальному комплексу «Магнитная левитация» по дисциплине «Теория автоматического управления» и может применяться в рамках лабораторного практикума, курсового проектирования, подготовки выпускной квалификационной работы студента. Основное внимание уделено идентификации и синтезу регуляторов неустойчивого нелинейного объекта с использованием пакета MATLAB.

Изложены основные сведения по планированию эксперимента методом «псевдокомпонентов». Представлены контрольные примеры по построению симплекс-решетчатых планов, обеспечивающих исследование свойств смесей при наличии ограничивающих условий на отдельные компоненты.

Представлены основы работы с системой имитационного моделирования GPSS, предназначенной для построения моделей дискретных случайных процессов на ПЭВМ. Рассмотрена работа с редактором текстов, представлен необходимый пользователю справочный материал, включающий в себя список основных блоков, стандартных числовых и логических атрибутов, а также стандартный отчет модели.

В методическом указании изложено содержание 7 лабораторных работ, выполняемых по дисциплине «Основы математического моделирования».

Изложен материал по подготовке и проведению лабораторных работ по теме «Методы спектрального анализа». Методические указания предназначены для студентов очной формы обучения специальности 220200, изучающих дисциплину «Цифровые методы анализа».

Приведены теоретические предпосылки и исходные положения аппарата вейвлет-преобразования, признаки вейвлет-функций, свойства вейвлет-преобразования, методы вычисления и области применения вейвлет-преобразований с примерами их практической реализации. Предлагаемое пособие может быть использовано при изучении дисциплин «Компьютерные технологии обработки и анализа медико-биологической информации», «Методы обработки медицинской информации» и «Электроника и микропроцессорная техника», в курсовом и дипломном проектировании.

Методические указания содержат задание для выполнения лабораторной работы «Управление портфелем ценных бумаг с помощью Интернет-системы «Аlor-Trade», инструкцию по пользованию Интернет-системой «Аlor-Trade», методические рекомендации для преподавателей по проведению лабораторной работы.

Рассмотрена общая процедура расчета балок и рам методом сил, описана работа в комплексе Mathcad. Дано решение ряда статически неопределимых задач курса «Сопротивление материалов» с использованием метода сил в классической постановке и привлечением современных вычислительных средств. В приложениях приведены листинги расчетов в комплексе Mathcad для рассмотренных примеров.

В пособии приведены программы и основные этапы расчета курсового проекта в системе Mathcad по курсам «Основы проектирования машин» и «Теория механизмов и машин» в МГТУ им. Н.Э. Баумана. В комментариях к ним в краткой форме изложены основные положения расчетов динамики машин и проектирования кулачкового механизма. Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, читаемому в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Дано описание лабораторного комплекса ТМл-05М, предназначенного для исследования с применением ПЭВМ закона сохранения кинетического момента механической системы. Приведены результаты теоретического анализа и экспериментального исследования работы лабораторной установки, дано описание методики и порядка выполнения лабораторной работы.

Дано описание лабораторного комплекса, предназначенного для демонстрации и исследования с применением ПЭВМ колебательного движения механической системы с двумя степенями свободы – двойного маятника. Проведены теоретический анализ и экспериментальное исследование функционирования лабораторной установки, рассмотрены методика и порядок выполнения лабораторной работы.

Приведено описание лабораторного комплекса, предназначенного для исследования с применением ПЭВМ колебаний механической системы с инерционным возмущением. Проведен теоретический анализ и экспериментальное исследование работы лабораторной установки, дано описание методики и порядка выполнения лабораторной работы.

Приведено описание лабораторного комплекса,предназначенного для демонстрации и исследования с применением ПЭВМ реакций подшипников в динамически несбалансированной механической системе. Даны теоретический анализ и экспериментальное исследование работы лабораторной установки, описана методика и порядок выполнения лабораторной работы.

Изложены приемы использования пакета программ Mathcad в операционной системе Microsoft Windows применительно к расчетам на прочность и жесткость стержневых систем постоянной и переменной жесткости при изгибе для произвольной нагрузки. В приложении приведен текст рабочих страниц Mathcad для рассмотренных примеров.

Представлены наиболее часто встречающиеся в инженерной практике геометрические построения на плоскости. Дана классификация плоских кривых линий, описаны способы их построения.

В учебном пособии рассмотрены основные принципы трехмерного твердотельного моделирования в области автомобилестроения на примере пакета SolidWorks. Подробно описаны приемы работы в SolidWorks с твердотельными моделями в режимах Part и Assembly. Приведена последовательность создания моделей типовых деталей автомобилей: валов, шестерен, штампованных деталей и др. Даны примеры создания трехмерных моделей сборочных единиц различного уровня сложности - от модели редуктора до модели всего автомобиля.

Приведены сведения о применении современных технологий, в первую очередь географических информационных систем (ГИС) и систем виртуального окружения, для пространственно-временного моделирования объекта. Рассмотрены вопросы, связанные с анализом данных дистанционного зондирования, а также стереовидеосъемки.

Приведены краткие теоретические сведения о методах повышения разборчивости речи с использованием пакетов специального программного обеспечения для обработки речевых и звуковых сигналов и их графических спектрограмм.

Приведены основные сведения о характеристиках, устройстве и принципах работы комплекса средств автоматизации ряда «Фундамент». Пособие предназначено для подготовки специалистов радиотехнических войск Военно-воздушных сил Российской Федерации, изучающих курс «Военно-техническая подготовка».

Приведено описание электронных лабораторных работ по курсу «Теория тепломассообмена», даны указания к их выполнению. В большом объеме рассмотрены основные теоретические положения.

В пособии рассматриваются алгебраические алгоритмы на примере системы компьютерной алгебры Sage. Обсуждаются манипуляции с символьными выражениями, вычисления в различных алгебраических структурах, преобразования систем алгебраических уравнений. Пособие снабжено упражнениями и задачами.

Приведены краткие теоретические сведения по анализу данных. Рассмотрены примеры обработки результатов компьютерного моделирования электронных схем в среде Multisim 10 и MATLAB.

Рассмотрены основы проектирования микрополосковых устройств СВЧ с помощью пакета программ Microwave Office 2009 производства компании Applied Wave Research. На примере балансных смесителей описаны основные операции, которые необходимо выполнить при проектировании электрической принципиальной схемы устройства, создании его топологии, расчете и оптимизации рабочих параметров.

Приведены варианты задания по проектированию синхронного счетчика mod7 с произвольным порядком счета для использования в автомате управления технологическим процессом и пример поэтапного выполнения расчета и последующего моделирования его функционирования в программной среде NI Multisim 10.1. Дана последовательность сборки схем и проведения моделирования в виртуальной лаборатории. Практические занятия выполняются с целью закрепления теоретических знаний и приобретения навыков работы в программной среде моделирования цифровых устройств Multisim 10.1 по дисциплине «Электротехника и электроника».

В пособии приведены общие сведения о русскоязычной версии графической системы AutoCAD 2007. Рассмотрены средства создания рабочей среды чертежей, формирования изображений и их редактирования. Материал адаптирован к восприятию учащимися с ограниченными возможностями по слуху.

Пособие содержит учебный материал, раскрывающий методы формирования многослойных графических документов на базе компьютерной технологии. На основе практических примеров и контрольных заданий показана технология обработки растровых изображений с помощью программного пакета Adobe Photoshop, позволяющая овладеть приемами подготовки графических рекламных материалов для их использования в информационной деятельности менеджера.

Рассмотрено практическое применение программы OSS на примерах синтеза оптических систем различного назначения. Представлены примеры синтеза пятигруппового панкратического объектива и панкратического объектива типа PIN HOLE, светосильного объектива для ИК-области спектра и светосильного объектива типа объектива Петцваля, а также пример синтеза миниатюрного широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком. Показаны примеры задания характеристик объективов в программе OSS, формирования оптимизационной модели. Рассмотрены вопросы параметрического синтеза тонких компонентов и создания рабочего каталога стекол для синтеза.

Приведены сведения о применении современных технологий, в первую очередь географических информационных систем (ГИС) и систем виртуального окружения, для пространственно-временного моделирования объекта. Рассмотрены вопросы, связанные с анализом данных дистанционного зондирования, а также стереовидеосъемки.

Проиллюстрированы методы теории автоматического управления на примерах и показаны методы использования математических программных систем для решения практических задач в рамках дисциплин «Теория автоматического управления», «Управление в технических системах». Практические занятия выполняются на персональных компьютерах в операционной среде Windows с установленной системой MatLab 6.Х и пакетом прикладных программ Contгol System Toolbox и Simulink.

Изложены теоретические основы синтеза оптических систем. Даны описание основных блоков программы OSS и порядок работы с программой.

Рассмотрено численное моделирование течения воздуха в лабиринте в плоской двумерной постановке с применением программного комплекса Star-CD.

Методические указания посвящены вопросам моделирования и анализа радиотехнических устройств на примере усилителя низких частот с использованием программно-аппаратной платформы Advanced Design System (ADS) фирмы Agilent Technologies. Рассмотрены основные вопросы создания и редактирования проектов, моделирования и отображения результатов в ADS.

Приведены подробные сведения по использованию программных средств обработки результатов инженерных расчетов. Рассмотрены возможности и описания функций интерфейса программных средств Ansys CFX и Abaqus. Описаны методы визуализации результатов расчетов на примерах высокоуровневых библиотек Avango и Open Inventor. Приведены подробные примеры использования указанных средств разработки.

В работе приведено описание трех лабораторных работ по курсу «Статистическая динамика систем автоматического управления» с использованием ПЭВМ и пакета MATLAB 7, посвященных формированию случайных процессов с заданными характеристиками, анализу линейной непрерывной автоматической системы при воздействии на нее случайного процесса и исследованию автоматической системы при воздействии на нее случайного сигнала и помехи. Методические указания содержат необходимые математические формулы, сведения о пакете MATLAB 7, необходимые при проведении лабораторных работ, а также примеры проведения исследований.

Рассмотрены графические возможности среды программирования Delphi. Даны справочные материалы по методам и свойствам классов, используемых при работе в графике, и основные теоретические сведения,необходимые для построения плоских изображений, графиков, организации движущегося изображения. Приведены примеры программ на языке ObjectPascal. Даны варианты заданий для выполнения лабораторных работ.

Рассмотрены методы построения разностных схем для дифференциальных уравнений в частных производных и средства их компьютерной реализации применительно к различным задачам инженерного и научного содержания. Изложение методов дано с учетом их применения при разработке компьютерных программ на языках высокого уровня и доведено до конкретных рекомендаций по повышению эффективности создаваемых алгоритмов. Важное место в пособии отводится обсуждению использования в расчетной практике современных математических пакетов типа Matlab, приведены примеры использования данного пакета для реализации моделей, описываемых дифференциальными уравнениями в частных производных различных типов.

Рассмотрены основные теоретические сведения и расчетные формулы, используемые при построении аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, основные их параметры. Приведено описание интерфейса программы моделирования NI MULTISIM 10.1.

Рассмотрены основные понятия и приемы построения амплитудно- и фазочастотных характеристик операционного усилителя и различных типов фильтров. Приведен алгоритм анализа активного фильтра с использованием метода логарифмических амплитудно-частотных и логарифмических фазочастотных характеристик. Изложена методика моделирования электронной схемы с помощью компьютерной программы Multisim 10.1.

В работе рассмотрены основные этапы проектирования цифрового комбинационного устройства для трех входных переменных, алгоритм работы которого задан таблицей истинности в соответствии с технологическим процессом. Проектирование проводится с помощью логического преобразователя программой среды Multisim 10.1, который сразу по таблице истинности выдает модель требуемого устройства в разных базисах. Приведены описание интерфейса, технологии сборки схем цифровых устройств, устройств визуализации и инструментарии данной среды. На полученных моделях студенты проверяют работу данного устройства в программной среде моделирования цифровых устройств Multisim 10.1, которая установлена на персональных компьютерах в компьютерном классе кафедры ФН-7. Такое моделирование позволяет студентам наглядно проверить правильность проведенных расчетов и получить навыки работы с данной программой.

Представлены математический пакет МАTLAВ и его приложения для визуального моделирования силовых электрических устройств. На примере однофазной однополупериодной схемы выпрямления рассмотрены принципы построения моделей тиристорных преобразователей. Показаны особенности работы многофазных преобразователей в выпрямительном и инверторном режимах с нагрузкой в виде якорной цепи двигателей постоянного тока, а также построенных на их основе непосредственных преобразователей частоты для управления асинхронными двигателями. Приведены основные теоретические сведения по указанным разделам курсов и задание для выполнения работы.

Даны методические указания к выполнению лабораторных работ по твердотельному моделированию камеры ракетного двигателя с применением системы автоматизированного проектирования CATIA V5, которые могут быть полезными при использовании системы CATIA V5 в курсовом и дипломном проектировании.

На примере проектирования шарикового замка, применяемого в системах разделения конструкций космических аппаратов, рассмотрены приемы построения электронных геометрических моделей и электронных расчетных схем для инженерного анализа элементов конструкций аэрокосмических систем. Приведены указания для самостоятельной работы студентов в пакетах SoildWorks, SolidWorks Motion и SolidWorks Simulation.

Рассмотрены основные приемы создания и исследования моделей динамических систем в программном комплексе «Универсальный механизм». Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих курс «Моделирование и исследование робототехнических систем».

Приведено описание электронных лабораторных работ по курсу «Теория тепломассообмена», даны указания к их выполнению. В большом объеме рассмотрены основные теоретические положения.

Дано теоретическое обоснование и рассмотрены основные принципы решения реальных задач двигателестроения с помощью трехмерного СFD-пакета AVL FIRE. Приведены методы разбиения расчетной области на контрольные объемы для случаев с одной и несколькими подвижными границами, проанализированы особенности задания исходных данных расчета для двигателя с воспламенением от электрической искры и дизеля, результаты расчетов в двух- и трехмерном представлении, создание анимированных результатов.

Рассмотрено численное моделирование термопрочностного состояния диска газовой турбины в двумерной осесимметричной постановке с применением программного комплекса ANSYS.

Рассмотрены необходимые для решения задач механики сплошной среды приемы работы с программным комплексом ANSYS. Даны указания к выполнению четырех лабораторных работ по различным направлениям механики сплошной среды.

Даны рекомендации по выбору матричных методов расчета частот и форм свободных колебаний консервативных и неконсервативных динамических моделей силовых передач колесных машин с конечным числом степеней свободы в зависимости от типа матриц и их размерности, объема решаемой задачи (расчета всех или части частот и, возможно, форм свободных колебаний) и т. д. Показано, что решение задачи нахождения частот и форм свободных колебаний математически эквивалентно решению задачи на собственные значения. Рассмотрены особенности расчета собственных значений и собственных векторов. Приведены сведения о программных средствах для решения спектральных задач. Включены примеры расчета частот и форм свободных колебаний динамических систем в среде MathCAD.

Приведены сведения о построении элементарных твердотельных объемных форм, из которых комбинируются сложные твердотельные объекты; рассмотрена последовательность создания и редактирования сложного твердотельного трехмерного объекта.

Разработаны для изучения системы автоматизированного проектирования «AutoCAD». Предназначены для студентов механических и технологических специальностей всех форм обучения. Подготовлены на кафедре инженерной графики.