Структура обучающей Интернет–подсистемой для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости представлена на рис.1.19.
Рис. 1.19 Структура Интернет–подсистемы для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости
Как видно из рисунка, обучающая подсистема состоит из 7-ти основных блоков:
1. Блок управления обучающей Интернет–подсистемой для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости.
2. Блок обучения.
3. Блок контроля знаний.
4. Блок лабораторного исследования.
5. Блок базы знаний по частотным характеристикам разомкнутой и замкнутой САУ и частотным показателям качества для оценки устойчивости САУ.
6. Блок управления интерфейсом.
7. Блок помощи по работе с Интернет–подсистемой для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости.
Блок управления обучающей Интернет–подсистемы для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости — первый по значимости блок системы. Он занимает главное положение в структуре. Блок управления обучающей Интернет – подсистемой для лабораторного исследования выполняет все диспетчерские функции в системе, определяет последовательность вызова подпрограмм, передачи промежуточных результатов между модулями и для вывода пользователю.
Блок обучения — представляет собой иллюстрированное изложение теоретических сведений по частотным и логарифмическим частотным характеристикам разомкнутой и замкнутой САУ и частотным показателям качества для оценки их устойчивости. В результате отбора, анализа и систематизации информации были выделены разделы необходимые для выполнения лабораторного практикума.
Амплитудно-фазовая частотная характеристика (АФЧX) 
.
Амплитудная частотная характеристика (ЯЧХ) 
.
Фазовая частотная характеристика (ФЧХ) 
.
Вещественная частотная характеристика (ВЧК) 
.
Мнимая частотная характеристика (МЧХ) 
..
Логарифмическая амплитудная частотная характеристика (ЛАЧХ) 
.
Логарифмическая фазовая частотная характеристика (ЛФЧХ)
Для исследования замкнутой системы с передаточной функцией используются понятия, формулы и характеристики, аналогичные, тем, что рассмотрены выше для разомкнутой системы.
Для создания обучающего раздела подсистемы был использован html-редактор Macromedia Dreaweaver 4.0 и графический редактор Adobe Photoshop 6.0
Блок допуска включает в себя два различных варианта тестирования, позволяющих объективно оценить знания студентов.
“Полный допуск” позволяет определить общий уровень подготовки. Данный режим рассчитан на студентов, уже имеющих достаточный уровень знаний по курсу «Основы теории управления».
Данный вариант контроля позволяет определить степень подготовленности студента по всей теме «Частотные и логарифмические частотные характеристики разомкнутой и замкнутой САУ и частотные показатели качества для оценки их устойчивости». Студенту предлагается ответить на все 14 вопросов.
После каждого ответа студенту сообщается верно или неверно он ответил на вопрос. В конце тестирования выставляется оценка.
“Экспресс-допуск” рекомендуется для защиты лабораторной работы.
“Экспресс-допуск” позволяет определить, насколько студент овладел необходимыми знаниями и умениями в процессе выполнения лабораторной работы по изучению частотных и логарифмических частотных характеристик разомкнутой и замкнутой САУ и частотных показателям качества для оценки их устойчивости.
Предполагается, что основные теоретические сведения студенту уже известны и лабораторная работа выполнена в полном объеме. В данном режиме контроля по желанию преподавателя студенту задается от 5 случайно выбранных вопросов.
Тестирование в режиме “Экспресс-допуск” проводится с учетом времени. На каждый ответ дается по 60 секунд. Если студент не успевает ответить в течение 60 секунд, ответ приравнивается к неверному.
В процессе тестирования студенту не сообщается верно или неверно он отвечает. Только после окончания тестирования сообщаются результаты и оценка.
Блок лабораторного исследования — управляет подсистемой лабораторного исследования.
В ходе лабораторного исследования необходимо провести моделировании на ЭВМ частотных характеристик разомкнутой и замкнутой системы, логарифмических частотных характеристик разомкнутой системы, осуществить расчет частотных показателей (оценок) качества и анализ устойчивости САУ с помощью частотных критериев устойчивости при задании параметров передаточной функции разомкнутой системы W(р). При этом исследуется влияние параметров передаточной функции W(р) на изменение частотных характеристик и оценок качества, на устойчивость САУ для случаев, когда разомкнутая система:
а) является устойчивой;
б) находится на границе устойчивости (имеет Нулевой корень характеристического уравнения);
в) является неустойчивой.
Лабораторная работа выполняется в следующем порядке:
1)Необходимо задать значения параметров передаточной функции W(р), соответствующие устойчивой (находящейся на границе устойчивости;
неустойчивой) разомкнутой системе;
2)провести моделирование частотных и логарифмических частотных
характеристик разомкнутой и замкнутой САУ,
3)провести расчет частотных показателей качества;
4)провести оценку устойчивости замкнутой САУ.
К числу основных частотных оценок качества САУ в лабораторной работе рассматриваются:запас устойчивости по амплитуде (или по модулю) 
(в линейном масштабе) и 
(в логарифмическом масштабе); запас устойчивости по фазе 
; показатель колебательности 
; резонансная частота 
; частота среза 
; частота 
, соответствующая полосе пропускания замкнутой системы.
В основе выбора именно такой структуры обучающей Интернет–подсистемы для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости лежит требование к простоте логики системы.
Таким образом, разработанная структура обучающей Интернет–подсистемы для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости является достаточно мощным инструментом, на базе которого можно разработать многообразные сценарии обучения или тестирования. Кроме того, следует отметить тот факт, что разработчики подсистемы заложили в нее возможность включения в одну тему любого количества разделов.
1.4. Разработка структуры меню Интернет – подсистемы для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости
Меню предназначено для навигации по обучающей Интернет–подсистеме для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости и имеет удобную одноуровневую структуру и представлена на рис.1.20.
Рис. 1.20. Структура меню обучающей Интернет–подсистемы для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости
1. Лекции - выдается страница с содержанием лекционного курса по дисциплине «Основы теории управления», изучаемого студентами 3 курса специальности «Системы автоматизированного проектирования» и «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети». При нажатии на «кнопки» содержания студент может получить иллюстрированный материал той или иной части лекционного курса, который может потребоваться при подготовке к выполнению лабораторной работы и тестированию.
2. Методика проведения ЛР — в этом пункте собраны общие сведения по частотным и логарифмическим частотным характеристикам разомкнутой и замкнутой САУ и частотным показателям качествам, а также порядок выполнения работы:
a. Цель работы
b. Теоретические сведения
c. Частотные характеристики САУ.
d. Частотные показатели (оценки) качества САУ.
e. Оценка устойчивости САУ по ее частотным и логарифмическим частотным характеристикам.
f. Порядок выполнения лабораторной работы
g. Содержание отчета
3. Режим допуска к лабораторному исследованию — включает в себя полный допуск и экспресс-допуск
3.1. Полный допуск
Отвечающему предлагается ответить на 21 вопрос по типовым динамическим звеньям САУ, их временным, частотным и логарифмическим частотным характеристикам. Этот режим рекомендуется для самоподготовки студента к выполнению лабораторного исследования.
3.2. Экспресс-допуск
Отличается от режима 3.1 тем, что обучающийся отвечает на пять вопосов, произвольно выбираемых системой из общей базы вопросов по типовым динамическим звеньям САУ, их временным, частотным и логарифмическим частотным характеристикам. Такой контроль рекомендуется для допуска студента к лабораторной работе. Тестирование в режиме “Экспресс-контроль знаний” проводится с учетом времени. На каждый ответ дается по 60 секунд. Если студент не успевает ответить в течение 60 секунд, ответ приравнивается к неверному.
В процессе тестирования студенту не сообщается верно или неверно он отвечает. Только после окончания тестирования сообщаются результаты и оценка.
4. Лабораторное исследование – состоит из трех частей:
4.1. Моделирование частотных и логарифмических частотных характеристик разомкнутой и замкнутой САУ.
Появляется Интернет – страница, на которой студенту необходимо ввести коэффициенты передаточных функций.
4.2. Расчет частотных показателей (оценок) качества.
Появляется страница, на которой студент последовательно просматривает частотные характеристики и логарифмические частотные характеристики САУ проводит исследования зависимости от параметров передаточной функции.
4.3. Оценка устойчивости САУ с помощью частотных критериев устойчивости Параметры передаточной функции.
Появляется Интернет – страница с основными частотными оценками качества САУ.
:
5. Список литературы - выдается список литературы, которая может потребоваться при подготовке к выполнению лабораторной работы и тестированию.
6. О проекте – выводится страница с информацией об обучающей Интернет–подсистеме для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости.
1.5. Разработка методики обучения в Интернет – подсистеме по исследованию устойчивости САУ
При разработке обучающей Интернет–подсистемы для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости необходимо конкретизировать содержание трех основных вопросов дидактики: "Чему учить?", "Как учить?", "Кого учить?".
Первый из них определяет цели и содержание обучения – это мы рассмотрели в п.1.1, второй - методику обучения, третий - объект обучения: студенты.
Остановимся подробнее на втором вопросе. Разработка методики обучения сводится к выбору:
o вида управления процессом обучения (разомкнутый, замкнутый, смешанный);
o вида информационных процессов (рассеянный, направленный);
o типа и вида обучающей подпрограммы.
Процесс обучения, в ходе которого обучаемый должен приобрести заданную совокупность знаний и умений, заключается в управлении последовательностью действий, которые ведут обучаемого к заданной цели.
Выделяют следующие виды управления процессом обучения:
1. Разомкнутое управление - управление познавательной деятельностью, которое осуществляется по заранее заданному алгоритму без диагностики промежуточных состояний процесса усвоения знаний.
2. Замкнутое управление - предполагает постоянное слежение за процессом познавательной деятельности и его коррекцию в случае выявленных отклонений. Обязательно наличие обратной связи от обучаемого к подсистеме автоматизированного обучения и постоянного текущего контроля хода обучения.
3. Смешанное управление - предполагает использование на различных этапах комбинаций замкнутого и разомкнутого видов управления.
В разработанной системе реализован подход со смешанным управлением. Для этого используются режимы "Обучение" (разомкнутое управление) и "Контроль знаний с обучением" (замкнутое управление).
Все воздействия в ходе обучения осуществляются с помощью информационных процессов (ИП). При этом различают рассеянные и направленные ИП.
В рассеянном ИП информация от источника (в нашем случае подсистемы автоматизированного обучения) направляется сразу ко всем обучаемым без учета того, воспринимают они его или нет.
В направленном ИП информация от источника направляется к конкретному обучаемому с учетом его индивидуальных особенностей.
В разрабатываемой системе применено смешанное управление с рассеянным ИП. Такая структура модели обучения, с нашей точки зрения, наиболее точно соответствовала реализации поставленной перед нами задачей.
Классификация обучающих систем.
Под автоматизированной обучающей системой в настоящей работе понимается такая программно-аппаратная система, которая организует и/или поддерживает процесс формирования (корректировки, закрепления) у пользователя-ученика знаний, опыта и навыков из выбранной для изучения предметной области. В процессе обучения с применением АОС возникает необходимость в решении следующих основных задач:
1. Передача знаний от системы к обучаемому.
2. Репетирование, т.е. закрепление у обучаемого определенных навыков.
3. Контроль знаний и представление дополнительных сведений по запросу обучаемого.
В настоящее время во всем мире ведутся активные работы по исследованию и разработке разнообразных обучающих систем и инструментария для их создания.
В нашей стране интерес к программам, направленным на повышение эффективности процесса обучения, заметно повысился в последние годы в связи с широким распространением в отечественных учебных заведениях вычислительной техники и, в том числе, персональных ЭВМ. В современных учебных заведениях используется широкий спектр программных систем. Большая часть из них посвящена изучению самих ЭВМ и навыков работы с ними (программирование, использование компьютеров для подготовки документов, работа с электронными таблицами, базами данных и прочее). Тем не менее, за последние годы произошло изменение отношения в пользу обучающих программ, применяемых при изучении не связанных с ЭВМ дисциплин.
Типы подсистем.
По назначению можно выделить информационно-обучающие, контролирующие и универсальные системы. Первые предназначены для передачи обучаемым определенного объема знаний и/или умений. Вторые - для проверки знаний обучаемых. Универсальные системы выполняют как обучение, так и контроль.
По режиму работы различают однопользовательские и многопользовательские АОС. Последние базируются на сетевом программном обеспечении и оборудовании.
По особенностям реализации можно выделить аппаратные системы, для которых требуется специальное оборудование, и чисто программные системы, работающие на ЭВМ общего назначения.
По отношению к изучаемой предметной области АОС могут являться инвариантными или ориентированными на один предмет. В инвариантных системах предусматривается отделение учебных материалов от инструментальной системы (оболочки), обычно имеются средства для создания модификации учебных материалов. В отличие от них АОС, ориентированные на один предмет не имеют средств для смены наполнения. В инвариантных АОС имеется подсистема для подготовки учебных материалов (авторская подсистема).
В зависимости от особенности изменять свое поведение АОС может быть разделена на линейные, разветвленные и настраиваемые.
Линейные АОС не предполагают изменения последователь- ности применения учебных воздействий в процессе работы: линейная последовательность определяет действия системы.
Разветвленная АОС при обстоятельствах (например, после выполнения обучаемым контрольного упражнения могут изменять порядок применения учебных воздействий. Все возможные ветвления в PRG изучения материала предусмотрены набором сценариев, составленных автором учебного курса.
Настраиваемые АОС на основании имеющихся у нее педагогических знаний и анализа хода процесса обучения конкретного обучаемого способна изменять свое поведение [5]. Знания представляются в декларативной форме и выражают как специфичные для изучаемой проблемной области приемы преподавания, так и общие педагогические принципы.
По способу реализации пользовательского интерфейса могут быть выделены системы, ориентированные на текстовой и графический способ реализации. В табл. 1.1. показаны выделенные классы обучающих систем.
Анализ приведенных ранее требований к адаптивным АОС показывает, что:
а) наиболее перспективным (для реализации в будущем) являются системы, относящиеся к классам, помеченным в табл. 1.1. символом *.
б) в силу ограничений, накладываемых текущим состоянием вычислительной техники в учебных заведениях, предпочтение для обучающих систем, способных найти широкое применение в современной системе образования, следует отдать классам, выделенным в табл. 1.1 жирным шрифтом.
Табл.1.1. Типы подсистемы
По назначению | Информационно-обучающие Контролирующие Универсальные * |
По режиму работы | Однопользовательские Многопользовательские * |
По особенностям реализации | Программно-аппаратные * Программные |
По отношению к ПО | Инвариантные * Ориентированнные на один предмет |
По способности изменять свое поведение | Линейные Разветвленные Настраиваемые * |
По способу реализации пользовательского интерфейса | Текстовые Графические * |
Основные виды обучающих систем.
Среди используемых обучающих систем можно выделить следующие основные виды [5]:
1. «Электронные учебники», подготавливаемые с использованием специализированных авторских систем. Примером авторских систем являются АДОНИС, УРОК, LINKWAY, TenCore и др. Их основу составляют текстовые и графические редакторы, позволяющие структурировать и представлять учебные материалы, включая тексты, графические. образы, упражнения и т.п. В авторских системах фрагменты сведений о ПО хранятся в специальных структурных единицах, называемых кадрами или фреймами. Набор таких кадров формируется авторами учебного курса. В кадрах могут содержаться текстовые фрагменты, иллюстрационный материал (рисунки, графики), а также контрольные упражнения. Авторами задается последовательность ознакомления пользователя-ученика с кадрами. При этом возможны ветвления в зависимости от результатов выполнения упражнений. Такая последовательность системы называется сценарием. Отдельные системы позволяют ученику самостоятельно выбирать следующий кадр из некоторого набора возможных. Следует отметить, что такие системы могут иметь достаточно сложную организацию, поддерживают различные уровни сложности предлагаемых для изучения материалов и предоставляют пользователю широкий спектр дополнительных услуг (доступ к глоссарию, вставка графических компонент, поддержка разных уровней пользователя и др.).
2. Программы, предназначенные для развития у обучаемых практических навыков при решении задач из некоторой узкой предметной области. Например, решение задач школьного курса геометрии или расчет зубчатых передач в курсе деталей машин инженерного вуза.
3. Системы, основанные на нелинейном представлении информации. В эту группу входят системы типа «гипермедиа». Объекты, входящие в гипер-медиа систему формируют сложную сеть (гиперсеть), отражающую структуру проблемной области. Связи в сети обычно являются типизированными. Для объекта, находящегося в узле, может задаваться специфическая информация, облегчающая его поиск.
4. Адаптированные для обучения версии распространенных программных комплексов. В таких системах реализуется некоторое подмножество функций изучаемой программы, снабженное многочисленными примерами и упражнениями.
Основные роли АОС.
1. Хранилище информации с обеспечением быстрого поиска требуемых сведений, обновление информации в нем может производиться более оперативно по сравнению с печатными пособиями. Информация может быть представлена в различных формах (текст, графика, видеосюжеты и т.д.)
2. Как средство управления процессом обучения
3. Как средство для целенаправленного отбора, дозирования и предоставления необходимых сведений обучаемому с возможностью адаптации к его особенностям и объему имеющихся знаний.
4. Как средство анализа успеваемости
5. Как интеллектуальный партнер обучении практических задач (приобретения практических навыков).
Методика обучения в подсистеме строится на основании разработанной структуры базы знаний предметной области по частотным характеристикам и частотным критериям устойчивости САУ. Под знаниями будем понимать совокупность сведений у индивидуума, общества или искусственной системы о мире (конкретной ПО, совокупности объектов или объекте), включающих в себя информацию о свойствах объектов, закономерностях процессов и явлений, правилах использования этой информации для принятия решений.
В зависимости от последовательности проработки квантов учебной информации различают три вида Обучающих Программ:
1. Линейная ОП - это жестко установленная последовательность кадров, одинаковая для всех обучаемых.
2. Разветвленная ОП - это такая последовательность кадров, при которой обучаемые разной степени подготовленности продвигаются по обучающей программе различными путями:
— при правильном ответе некоторые кадры могут быть пропущены;
— при неточном предусматриваются дополнительные кадры.
3. Многоуровневая ОП - включает в себя несколько уровней изложения одного и того же материала, предназначенных для обучаемых разной степени подготовленности.
Итак, при тщательном анализе ряда факторов нами в обучающей Интернет–подсистеме для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости была выбрана методика обучения, характеризующаяся следующими параметрами:
· вид управления процессом обучения - смешанный;
· вид информационных процессов - рассеянный;
· тип ОП - в соответствии с поставленной задачей в одной подсистеме реализовано два типа ОП - КП и ИП;
· вид ОП - линейный.
1.6. Разработка методики допуска к лабораторному исследованию устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости
Важным моментом развития компьютерного обучения является создание автоматизированных обучающих модулей – диалоговых программ, реализующих функции тренажера – экзаменатора.
Известно несколько типов автоматизированных обучающих систем, используемых в различных условиях.
Одна из наиболее эффективных систем реализуется при самостоятельном изучении операционных систем и языков программирования. В этом случае главным элементом подсистемы автоматизированного обучения является развернутый комментарий к типовым ошибкам оператора при отладке программ или при прямом обращении к операционной системе. Вторым по важности элементом является задание на правильное написание четко заданной программы. Такие системы практически лишены контрольных функций, главное внимание в них сосредоточено на обучении очень заинтересованного в достижении результата человека.
Вторая широко распространенная группа автоматизированных обучающих подсистем отталкивается от контрольных функций. Обучающийся изучает поставленный перед ним вопрос и выбирает из нескольких предложенных ему ответов один единственно правильный.
Разновидности этой системы в сочетании с поясняющими комментариями к неправильным ответам применяются для контроля знаний и попутного обучения студентов и школьников. В отличие от первой группы подсистем автоматизированного обучения, вторая несет в себе элементы принудительного диалога с обучающимися. Эффективность второй группы существенно ниже, так как в нее сложно включить творческое отношение обучающегося к работе.
Обучающая подсистема по оценке устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости имеет иную структуру. Она ориентирована на студентов, поэтому она сохраняет необходимые элементы контроля знаний и принудительного обучения, однако обучающие возможности существенно богаче и дают студенту скомпенсировать исходный недостаток знаний за счет творческого осмысления представляемых к обучению материалов, а следовательно, приобрести не только недостающие знания, но и научиться главному - преодолевать незнание интеллектуальным усилием.
Человек и ЭВМ вместе образуют систему взаимодействия, в которой осуществляется обмен информацией в знаковой форме. Взаимодействие должно быть таким, чтобы эффективно разрешалась проблема пользователя. Организация взаимодействия между пользователем - человеком и обучающей системой в данной разработке осуществляется в форме человеко - машинного диалога. Все режимы работы системы являются диалоговыми, что позволяет пользователю самообучаться во время работы.
Как отмечалось ранее, главная цель разработанной обучающей Интернет – для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости состоит в том, чтобы максимально включить творческий потенциал студента в процессе обучения. Принудительность подсистемы состоит в том, что в режиме контроля знаний студент обязан дать ответ на каждый из поставленных вопросов, только так программа будет продвигаться вперед (к анализу результатов тестирования). Студент не может оставить какие-то вопросы без ответа, чтобы потом вернуться к ним. Хотя в системе предусмотрена возможность выхода из программы в любой момент.
Исходя из этого, режим допуска к лабораторному исследованию включает в себя два раздела:
1. "Полный допуск", позволяющий студенту в целях самоподготовки определить свой уровень знаний по частотным критериям устойчивости САУ.
2. “Экспресс допуск”, рекомендуется для допуска к лабораторной работе.
Режим “Полный допуск” рассчитан на студентов, уже имеющих достаточный уровень знаний по частотным характеристикам разомкнутой и замкнутой САУ и оценки их устойчивости с помощью частотных показателей устойчивости. Данный вариант контроля позволяет определить степень подготовленности студента по всей теме.
Студенту предлагается ответить на 22 вопроса. После каждого ответа студенту сообщается верно или неверно он ответил. В конце тестирования выставляется оценка.
Оценка считается по принципу:
" Пять " - верных ответов 90%
" Четыре " - верных ответов 75%
" Три " - верных ответов 60%
" Два " - верных ответов менее 60%
Режим “Экспресс допуск” рекомендуется для допуска к лабораторной работе. Предполагается, что основные теоретические сведения студенту уже известны и оформлен конспект для выполнения лабораторной работы. В данном режиме контроля, по желанию преподавателя, студенту задается до 5 вопросов.
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 13 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |