GATE仪器仪表工程大纲

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课程结构

课程大纲

A节：工程数学

单元1：线性代数

• 矩阵代数
• 线性方程组
• 特征值和特征
• 向量

单元2：微积分

• 中值定理
• 积分学定理
• 偏导数
• 最大值和最小值
• 重积分
• 傅里叶级数
• 向量恒等式
• 线、面和体
• 积分，斯托克斯、高斯和格林定理

单元3：微分方程

• 一阶方程（线性与非线性）
• 常系数高阶线性微分方程
• 参数变化法
• 柯西和欧拉方程
• 初始值和边界值问题
• 偏微分方程的解
• 分离变量法

单元4：复变函数分析

• 解析函数
• 柯西积分定理和积分公式
• 泰勒和洛朗级数
• 留数定理
• 积分的解

单元5：概率与统计

• 采样定理
• 条件概率
• 均值、中位数、众数和标准差
• 随机变量
• 离散和连续分布
• 正态、泊松和二项分布

单元6：数值方法

• 矩阵求逆
• 非线性代数方程的解
• 求解微分方程的迭代方法
• 数值积分
• 回归与相关分析

B节：电路

单元1：电压和电流源

• 独立、相关、理想和实际
• 电阻、电感、互感和电容的V-i关系
• 直流激励下RLC电路的瞬态分析

单元2：基尔霍夫定律

• 网孔和节点分析
• 叠加定理
• 戴维南定理
• 诺顿定理
• 最大功率
• 传递
• 互易定理

单元3：交流量的峰值、平均值和有效值

• 视在功率、有功功率和无功功率
• 相量分析、阻抗和导纳
• 串联和并联谐振
• 轨迹图、利用r、l和c元件实现基本滤波器
• 单端口和双端口网络
• 输入阻抗和导纳
• 开路和短路参数

C节：信号与系统

• 信号与系统 -

  • 周期、非周期和脉冲信号

  • 拉普拉斯变换、傅里叶变换和Z变换

  • 传递函数、一阶和二阶线性时不变系统的频率响应

  • 系统的脉冲响应

  • 卷积、相关

• 离散时间系统 -

  • 脉冲响应

  • 频率响应

  • 脉冲传递函数

  • DFT和FFT

  • IIR和FIR滤波器的基础知识

D节：控制系统

• 反馈原理 -
  • 信号流图
  • 瞬态响应
  • 稳态误差
  • 伯德图
  • 相位裕度和增益裕度
  • 劳斯和奈奎斯特判据
  • 根轨迹
  • 前馈补偿器的设计
  • 滞后和滞后-前馈补偿器
  • 系统的状态空间表示
• 时滞系统 -
  • 机械、液压和气动系统组件
  • 同步器对
  • 伺服电机和步进电机
  • 伺服阀
• 开关、P、PI、PID、级联、前馈和比例控制器。

E节：模拟电子技术

• 以下器件的特性和应用 -

  • 二极管

  • 齐纳二极管

  • 双极结型晶体管

  • MOSFET

• 晶体管电路的小信号分析，反馈放大器

• 运算放大器的特性

• 运算放大器的应用 -

  • 差分放大器

  • 加法器

  • 减法器

  • 积分器

  • 微分器

  • 仪表放大器

  • 精密整流器

  • 有源滤波器和其他电路

• 振荡器、信号发生器、压控振荡器和锁相环

F节：数字电子技术

• 组合逻辑电路，布尔函数的最小化

• IC系列：TTL和CMOS

• 算术电路、比较器、施密特触发器、多谐振荡器、时序电路、触发器、移位寄存器、定时器和计数器

• 采样保持电路、多路复用器、模数转换器（逐次逼近、积分、闪存和Σ-Δ）和数模转换器（加权电阻、R-2R梯形和电流导向逻辑）

• ADC和DAC的特性（分辨率、量化、有效位数、转换/建立时间）

• 数制基础、8位微处理器和微控制器：应用、存储器和输入/输出接口

• 数据采集系统的基础知识

G节：测量

• SI单位，测量中的系统误差和随机误差，不确定度的表达 - 精度和准确度指标，误差的传播

• PMMC、MI和电动力式仪表 -

  • 直流电位器

  • 测量R、L和C的桥路，Q表

• 单相和三相电路中电压、电流和功率的测量 -

  • 交流和直流电流探头

  • 真有效值仪表

  • 电压和电流缩放

  • 仪用变压器

  • 定时器/计数器

  • 时间

  • 相位和频率测量

  • 数字电压表

  • 数字万用表

  • 示波器，屏蔽和接地

H节：传感器与工业仪表

• 电阻式、电容式、电感式、压电式、霍尔效应传感器及相关信号调理电路

• 工业仪表的传感器 -

  • 位移（线性与角位移）

  • 速度

  • 加速度

  • 力

  • 扭矩

  • 振动

  • 冲击

  • 压力（包括低压）

  • 流量（差压、可变面积、电磁、超声波、涡轮和明渠流量计）

  • 温度（热电偶、辐射热测量计、RTD（3/4线）

  • 热敏电阻

  • 高温计和半导体

  • 液位、pH、电导率和粘度测量

I节：通信与光学仪器

• 调幅和调频以及解调

• 香农采样定理，脉冲编码调制

• 频分复用和时分复用，用于数字调制的幅移键控、相移键控、频移键控和脉冲移位键控

• 光源和探测器 - LED、激光器、光电二极管、光敏电阻及其特性

• 干涉仪 - 在计量学中的应用

• 光纤传感的原理

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