Меню
  
Смотрите также:



 Главная   »  
страница 1
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования

«Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»


«Утверждаю»

И.о. декана факультета


компьютерного проектирования
_______________ Дик С.К.
"____" ________________ 2007 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине



«Управление в биологических и технических системах»

для специальности 39.02.03 «Медицинская электроника»


факультет компьютерного проектирования
кафедра электронной техники и технологии
курс 3
семестр 6
лекции 51 (часов) зачет 6 семестр
практические занятия 17 (часов)
лабораторные занятия 17 (часов)
всего часов 85

Минск, 2007

Рабочая программа составлена на основании образовательного стандарта РДРБ 02100.5.104-98 "Высшее образование. Специальность Т 07.03.00 "Медицинская электроника" и в соответствии с рабочим учебным планом специальности 39 02 03 "Медицинская электроника", утвержденного ученым советом УО БГУИР от "___" ________ 200__ г. (протокол № ___).

Составители:
С.В. Грушецкий, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования "Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники".

С.М. Завадский, кандидат технических наук, доцент кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования "Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники".

Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры электронной техники и технологии (протокол № __ от «__» ________ 200__ г.).

Заведующий кафедрой А.П. Достанко _______________

Одобрена и рекомендована к утверждению методической комиссией факультета компьютерного проектирования (протокол №_ от «_» _____ 200_г.)

Председатель С.М. Боровиков _______________________



  1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ


1.1. Цель преподавания дисциплины

Дисциплина «Управление в биологических и технических системах» является одной из дисциплин, завершающих подготовку радиоинженера в области разработки и исследования САУ для управления инструментами и приборами, поддерживающими или улучшающими жизнедеятельность организма. Целью преподавания дисциплины является изучение структуры и принципа действия биологических и технических систем регулирования



1.2. Задачи изучения дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны:

- знать методы расчета отдельных элементов систем автоматического регулирования и всей системы в целом;

- уметь определять структуру устройств управления биологическими и техническими объектами и оценивать их характеристики;

- иметь представление о методах автоматического управления отдельных вегетативных функций в организме человека.


1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения
данной дисциплины


п/п


Название дисциплины

Раздел, тема

1.

Основы анатомии и физиологии человека

Функции системы кровообращения. Регуляция сердечной деятельности.

2.

Медицинская и биологическая физика

Электрические и магнитные явления в организме. Физические основы гемодинамики



2. Структура содержания дисциплины.
Программа дисциплины рассчитана на 85 часов учебных занятий, включая 51 часов лекций, 17 часов лабораторных занятий и 17 часов практических занятий. Планы - графики дисциплины на семестр и неделю представлены в таб.2.1., таб.2.2. Объем и структура курса приведены в табл.2.3.

Таблица 2.1.


План – график дисциплины на семестр

Семестр

Число недель

Число часов

ЛК

ЛБ

ПЗ

КР

Самостоятельная работа

6

17

51

17

17



28

Таблица 2.2


План – график дисциплины на неделю

Семестр

Число часов в неделю

Число часов

ЛК

ЛБ

ПЗ

Самостоятельная работа

6

5

3

1

1

2

Таблица 2.3


Распределение часов по разделам и видам занятий

п/п


Наименование раздела

Объем в часах

ЛК

ЛБ

ПЗ

Самост.

раб.


всего

1.

Введение. Живые организмы как кибернетическая система

2

-

-

4

2

2.

Управление в биокибернетических системах как целесообразное саморегулирование

4

-

-

4

4

3.

Сущность проблемы автоматического управления в биологических и технических системах

8

17

17

6

42

4.

Саморегуляция вегетативных функций организма

4

-

-

3

4

5.

Автоматическое управление кровообращением

10

-

-

5

10

6.

Регуляция в системах органов дыхания

4

-

-

2

4

7.

Терморегуляция

4

-

-

2

4

8.

Регуляция движения

8

-

-

4

8

9.

Гуморальное управление

4

-

-

2

4

10.

Система управления восприятия зрительного изображения

3

-

-

4

3




ИТОГО

51

17

17

34

85



2.1 Наименование тем, их содержание, объем в часах
2.1. Ведение. Живые организмы как кибернетическая система - 2 часа. Живая система. Система человек - машина. Структурные и функциональные особенности организации биологических систем. Самоорганизация и ее структурные основания. Обратные связи в живых системах. Р.л.[3.3]с.41-48
2.2. Управление в биокибернетических системах как целесообразное саморегулирование - 4 часа.

2.2.1. Структура биосистемы. Принцип биологического эпиморфизма. Устойчивое термодинамическое неравновесие. Активность живых систем. Р.л. [3.3] с.15-23, [3.4]

2.2.2. Механизмы эволюции и саморегуляции жизни - 2 часа. Классификация механизмов саморегуляции. Биокибернетическое определение
эволюции. Регулирование процесса онтогенеза. Проблема старения и смерти. Основные виды автоматического управления. Р.л. [3.3]с.54-66,[3.5]
2.3. Сущность проблемы автоматического управления вбиологических и технических системах 8 часов.

2.3.1. Основные принципы управления.

Основные виды управления. Математическая модель САУ. 2 часа. Р.л. [3.1]с13-36, [3.2]с.37-74

2.3.2. Математическое описание САУ.

Уравнения динамики и статики. Передаточные функции. Структурная схема. САУ и их преобразование. 2 часа. Р.л. [3.1]с.61-68,[3.2]

2.3.3. Элементарные звенья САУ и их характеристики.

Частотные характеристики звеньев. Типы звеньев и их передаточные функции. Обратная связь в системах управления. 2 часа Р.л. [3.1] с.52-64

2.3.4. Устойчивость линейных САУ.

Понятие устойчивости. Концевые критерии устойчивости. Частотные критерии устойчивости. Анализ устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам. Построение переходной характеристики. Метод трапеций. 2 часа. Р.л. [3.1] с.127 – 157, с.180- 185, с.214-230.
2.4. Саморегуляция вегетативных функций организма - 4 часа.

2.4.1. Внутренняя среда организма - кибернетическая система. Особенности управления вегетативными функциями. Гормональная регуляция внутренней среды. 2 часа

Р.л. [3.3] с.108- 112, [3.5]

2.4.2. Уровни системы управления вегетативными функциями. Гомеостаз. Проблемы искусственного гомеостаза. 2 часа

Р.л. [3.3] с. 112 - 119, [3.5]
2.5. Автоматическое управление кровообращением - 10 часов.

2.5.1. Обобщенная схема сердечно-сосудистой хемостаты. Региональные хемостаты. Регуляция частоты сердечных сокращений. Кардиостимуляция. 2 часа.

Р.л. [3.3] сЛ19- 125, [3.5]2.5.7.

2.5.2. Управление аппаратом вспомогательного кровообращения. Баллонный метод. Мышечный насос. Биоэлектрическое управление инъектором при введении лекарственных веществ. 2 часа

Р.л. [3.5] с. 104 - 109, [3.5] с. 146 - 148

2.5.3. Регуляция артериального давления.

Дефибриляторы. Аппараты для измерения артериального давления. Управление системной гемодинамикой. Автоматизация управления артериального давления. Реакция организма на введение лекарственных препаратов. Структурная схема объекта регулирования и его передаточная функция. 2 часа.

Р.л. [3.3] с.125, [3.4], [3.5] с. 148 - 150

2.5.4. Моделирование деятельности сердечно - сосудистой системы. Управление аппаратом искусственного сердца. Водители сердечного ритма. Биоэлектрическое управление электростимулятором при атриовентикулярной блокаде. Использование кардиосинхронизатора для управления устройствами, обеспечивающими разгрузку сердца. 2 часа.

Р.л. [3.3] с.126 - 134 , [3.5] с. 144 - 146

2.5.5. Управление выведением из терминальных состояний.

Острая кровопотеря. Пептонный шок. Передозировка эфира. Структурная схема автоматического стимулятора и регулятора физиологических функций. 2 часа.

Р.л. [3.4] с.135 – 146
2.6. Регуляция в системах органов дыхания. 4 часа.
2.6.1. Дыхательные хемостаты. Модели дыхательного хемостата. Нервная регуляция дыхательных движений. 2 часа.

Р.л. [3.3] С.134- 143 , [3.4]

2.6.2. Управление аппаратом для искусственной вентиляции легких. Математические модели регуляции движения. Проблема управления искусственным дыханием. 2 часа.

Р.л. [3.3] с.134 - 143 , [3.4] с.123 - 127 , [3.5] с. 97 - 100


2.16. Терморегуляция - 4 часа.

2.7.1. Баланс тепла в организме. Общая структурная схема терморегуляции. Зоны теплового баланса и математические модели их взаимодействия. 2 часа.

Р.л. [3.3] с.153 - 159 , [3.5] 2 часа

2.7.2. Управление тепловым обменом. Биотермия. Тело как объект управления и исполнительные устройства Гипотермия. Схема работы автомата. Алгоритмы управления. Показатели управления. Реакция организма на охлаждение. 2 часа.

Р.л. [3.3] с.153 - 159, [3.5] с.126- 132
2.8. Регуляция движения - 8 часов.

2.8.1. Регуляция двигательных функций в мире живых существ. Регуляция амебоидной и мерцательной модели движения. Мышечное движения. Биоэнергетика мышечного сокращения. Некоторые общие принципы локомоций. 2 часа.

Р.л. [3.3] с.160 - 166, [3.5] с.88 - 96

2.8.2. Основные механизмы управления движением - 2 часа.

Уровни управления движением. Произвольные движения и их автоматизация. Регуляция позы человека. Структура двигательной регуляции при прослеживании сигналов. Система искусственного управлением движением. Р.л. [3.3] с.166 - 187, [3.5] с.106 - 115

2.8.3. Биопотенциал скелетных мышц - 2 часа.

Протезостроение и робототехника. Бионические принципы управления и модели кисти. Бионический анализ, принципы и модели управления кистью и свободной верхней конечностью. Микропроцессоры в управлении. Р.л. [3.3] с.107 - 115, [3.4]

2.8.4. Управление протезами конечностей - 2 часа.

Пояс верхних конечностей человека. Пояс нижних конечностей. Позвоночник. Комплексная двигательная структура. Следящая биоэлектрическая система управления верхних конечностей. Протез кисти. Очувствление протезов.

Р.л. [3.3] с.115 - 130, [3.4], [3.9]


2.9. Гуморальное управление - 4 часа.

2.9.1. Эволюция гуморального управления и его отношение к нервному управлению. Эндокринные регуляторы и виды регулирования. Способы действия эндокринных регуляторов. 2 часа

Р.л. [3.3] с.188- 192, [3.5]

2.9.2. Системы биоэлектрического управления и использованием электростимуляции. - 2 часа.

Многоконтурное управление на примере гомеостаза. Соотношение нервных и гуморальных контуров управления. Эндокринное регулирование развития и деятельности нервной системы. Управление ростом и некоторые нарушения гуморальной регуляции. Задачи электростимуляции. Многоканальная биоэлектрическая электростимуляция со следящими обратными связями.

Р.л. [3.3] с.193 - 203, [3.5] с.100 - 108


2.10. Система управления восприятия зрительного изображения - 3 часа. Система регуляции величины зрачка. Глазодвигательная система в целом. Следящая система скелетных мышц. Полукружный канал. Характеристики рецепторов. Распознавание объектов. Техника интерпретации. Интерпретация двухмерных трех мерных сцен. Стереоскопическое зрение. Р.л. [3.8]с.35-44
2.2 Практические занятия, их содержание и объем в часах




Название темы

Содержание

Объем в часах

1

2

3

4




Шестой семестр







1.

Передаточные характеристики линейных непрерывных САУ.

Получение передаточных характеристик и систем.

2

2.

Типовые динамические звенья. Их частотные характеристики.

Расчет и построение АЧХ, ФЧХ, АФЧХ, ЛАЧХ.

2

3.

Структурные схемы САУ.

Соединение звеньев.




Перестройка структурных схем. Получение

передаточных функций систем управления.



2

4.

Критерии устойчивости САУ.

Определение устой-чивости САУ. Расчет запасов устойчивости.

2

5.

Качественные показатели САУ.

Метод трапеций.



Построение вещественной частотной характерис-тики.

2

6.

Переходная характеристика САУ.

Построение переходной характеристики. Опреде-ление перерегулирования, времени регулирования.

2

7.

Дискретные САУ. Передаточные функции дискретных САУ и типовых динамических звеньев.

Получение передаточных характеристик звеньев и систем.

2

8.

Моделирование дискретных САУ. Программная реализация типовых динамических звеньев.

Составление программ для звеньев САУ.


2







Итого

17



2.4 -Лабораторные занятия, их наименования и объем в часах




Наименование лабораторной работы

Объем в часах

1.

Типовые звенья системы автоматического управления их соединения.

5

2.

Преобразование структурных схем системы автоматического управления и исследования устойчивости.

4

3.

Функционирование управляющих систем измерительной РЭА.

4

4.

Исследование динамических свойств линейных систем автоматического управления.

4

ИТОГО:

17


3. Учебно – методические материалы по дисциплине
3.1 Основная литература




Название

Год издания

1.

«Теория автоматического управления» под ред. А. А. Воронова, ч.1, Высшая школа.

1986

2.

Иващенко Н.Н. « Автоматическое регулирование» Машиностроение.

1978

3.

«Биологическая кибернетика», под ред. А.Б. Когана, Высшая школа.

1977

4.

«Инженерная физиология и моделирование систем организма», под ред. Новосельцева В. А., Наука.

1987

5.

Майстрах Е.В., Вайль Ю.С. «Автоматическое управление Физиологическими функциями организма в условиях потологии», Медицина, Л.О.

1978


3.2 Дополнительная литература




Название

Год издания

6.

Гурфенкель В.С, Моякин «Биоэлектрическое управление», Наука.

1972

7.

Кочан А.Б., Наумов Н.А., Ретабек Б.Г. и др. «Биологическая кибернетика», Наука.

1976

8.

Милсум Дж. «Анализ биологических систем управления», Мир.

1981

9.

«Биотехнические системы», под ред. Ахутина В.М., ЛГУ.

1981

10.

Алиев Л.С. и др. «Миотон» в управлении движения», Навуковая думка, Киев

1980


3.3 Технические средства обучения и контроля, учебные диа- и кинофильмы. Наглядные пособия.



Наименование

Тип

Аудит.

Кол-во

1. Учебная телевизионная система

АТК

139-1

1

2. МикроЭВМ и микроконтроллеры

Электроника - 60 МПК-40

139-1

1

3.Персональные ЭВМ




139-1

2

4. Макеты к лабораторным работам




139-1

4

5. Плакаты, заставки




139-1

6 плакатов 64 заставки

6. Обучающий тренажер

Микролаб

139-1

2

3.4. Перечень учебных теле- и кинофильмов.

1. Автоматизация процессов сборки, монтажа и контроля ЭВМ на печатных платах (цветной кинофильм) -1 часть.

2. Автоматизация! Автоматизация! (цветной телефильм) - 3 части.



4. УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИНЫ



Номер недели

Номер темы (п.2.1)

Названия вопросов, которые изучаются на лекциях (п. 2.1)

Практические занятия

Лабораторные занятия (по п.2.2)

Литература

(по п. 3.1,3.2)



Наглядные и методические пособия (п. 3.3)

Самостоятельная работа студентов (часы)

Форма контроля знаний студентов

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2.1

Введение. Живые организмы как кибернетические системы.






3




1




2

2.2.1

Структура биосистемы.







3,4




1

1,7

3

2.2.2

Механизмы эволюции и саморегуляции жизни







3,5










4

2.3.1

Основные принципы управления.

1

4

1,2




1

1,7

5

2.3.2

Математическое описание САУ.


2,3

1

1,2




2

1,3,7

6

2.3.3

Элементарные звенья САУ и их характеристики.


4

2

1




2

1,3,7

7

2.3.4

Устойчивость линейных САУ. Качественные методы оценки качества регулирования


5,6

3

1




2

1,5,7

1

2

3

4

5

6

7

8

9

8

2.4.1

Внутренняя среда организма - кибернетическая система.







3,5




1

1,5,7

9

2.4.2

Уровни системы управления вегетативными функциями.







3,5










10

2.5.1

Обобщенная схема сердечно-сосудистой хемостаты. Региональные хемостаты.






3,5




1

2,3,6

11

2.5.2

Управление аппаратом вспомогательного кровообращения.







3,5




1

2,3, 4,7

12

2.5.3

Регуляция артериального давления. Дефибриляторы. Аппараты для измерения артериального давления.







3,5



2

2,3,4

13

2.5.4

Моделирование деятельности сердечно-сосудистой системы. Управление аппаратом искусственного сердца. Водители сердечного ритма.







3,5




1

4,5,7

14

2.5.5

Управление выведением из терминальных состояний.







4




1

4,5,7

15

2.6.1

Дыхательные хемостаты. Модели дыхательного хемостата.






3,4




7

6,7

16

2.6.2

Управление аппаратом для искусственной вентиляции легких. Проблема управления искусственным дыханием.







3,4,5




1

1,6,7

17

2.7.1

Баланс тепла в организме. Общая структурная схема терморегуляции. Зоны теплового баланса и математические модели их взаимодействия.







3,5




1







2.7.2

Управление тепловым обменом. Биотермия. Тело как объект управления и исполнительные устройства.







3,5




1







2.8.1

Регуляция двигательных функций в мире живых существ. Регуляция амебоидной и мерцательной модели движения.







3,5




1







2.8.2

Основные механизмы управления движением. Уровни управления движением.

Произвольные движения и их автоматизация. Регуляция позы человека









3,5




1







2.8.3

Биопотенциал скелетных мышц. Протезостроение и робототехника. Бионические принципы Управления и модели кисти.







3,4




1







2.8.4

Управление протезами конечностей человека. Пояс нижних конечностей. Позвоночник. Комплексная двигательная структура.







3,4,9




1







2.9.1

Эволюция гуморального управления и его отношение к нервному управлению. Эндокринные регуляторы и виды регулирования.







3,5




1







2.9.2

Системы биоэлектрического управления с использованием электростимуляции.







3,5




1







2.10.1

Система управления восприятия зрительного изображения. Система регуляции величины зрачка.







8




1






  1. Формы контроля (ФК)




  1. Выборочный опрос на лекциях (ТО).

  2. Проверка конспектов лекций (КЛ).

  3. Опрос перед проведением лабораторных работ (К).

  4. Собеседование при защите отчетов по лабораторным работам (ЭР).

  5. Аттестация по индивидуальной работе (А).

  6. Собеседование во время консультаций (С).

  7. Проведение экзамена по курсу.


страница 1
скачать файл

Смотрите также: