Прогрессивные технологии в обучении и производстве (стр. 16 )

2.  Уровень деканата. Здесь основной целью анализа является ранжирование кафедр факультета по показателю места преподаваемых дисциплин среди других ВУЗов России и взаимосвязи этого места с уровнем организаторской работы кафедры по разъяснению целей и технологии ФЭПО, проведении репетиционного тестирования, как студентами, так и самими преподавателями. Опыт показал, что эта работа была слабее поставлена кафедрой гуманитарных наук, что является еще одной причиной более низких результатов по этому блоку.

3.  Уровень кафедры. Здесь анализируется освоение отдельных дидактических единиц и разделов дисциплины, успешность освоения отдельных тем. Кафедры использовали при этом предложенную авторами ФЭПО технологию оценки знаний студентов по проценту выполнения заданий и коэффициенту их решаемости. Опыт показал обоснованность и эффективность такого подхода. В результате проделанной работы был уточнен перечень тем, продумана система дополнительных учебных заданий, позволяющая ликвидировать в знаниях студентов обнаруженные пробелы.

Более глубокое изучение предложенных авторами Интернет-экзамена принципов разработки тестовых заданий показал, что указанную методологию целесообразно использовать и при разработке рабочих учебных программ. При этом можно выделить следующие этапы такой работы:

-  Исследовательский этап. На этом этапе, на основании квалификационных требований к специалисту, требований государственного образовательного стандарта определяются основные понятия учебной дисциплины и подлежащие освоению умения и навыки, проектируется система знания, включающая в себя набор дидактических единиц, структурно-логические связи между ними.

-  Дидактический этап. Здесь раскрывается содержание дидактических единиц, выбираются формы и методы обучения, определяются темы занятий, и порядок их изучения.

-  Рефлексивный этап. На этом этапе, на основании принципов проведения Интернет-экзмена, разрабатывается система оценки степени освоения студентами дидактических единиц, и эта система включается в рабочую программу как инструмент рубежного и итогового контроля знаний, умений и навыков студентов.

Таким образом, проведенный анализ принципов разработки, проведения и анализа результатов Интернет-экзмена в сфере профессионального образования и опыт его проведения показывает, что эти принципы могут быть с успехом применены для организации внутри вузовской системы качества подготовки специалистов, при разработке учебных рабочих программ, создании систем промежуточного и итогового контроля знаний студентов.

УДК 681.2.002

КОНЕЧНЫЙ АВТОМАТ РАЗБОРА ТЕКСТА
ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА РАЗДЕЛЫ

Волгоградский государственный технический университет

E-mail: yulia. *****@***com

В настоящий момент актуальной является задача автоматизированного анализа текста технического задания. Анализ технического задания состоит из двух блоков: лексического анализатора и синтаксический анализатора. Лексический анализатор предназначен для того, чтобы разделить исходный текст на естественном языке на отдельные лексемы. Эта операция выполняется в три этапа: разделение на разделы, предложения и отдельные лексемы. Синтаксический блок получает список лексем и обрабатывает его согласно грамматике технического задания.

В данной работе описан конечный автомат для разделения текста технического задания на разделы, схема которого представлена на рисунке 1.

Рис.1 Автомат разбора текста технического задания на разделы

Входной символ конечного автомата: c1 - пустое пространство, c2 - пробел, c3 - новая строка, c4 - конец текста, c5 - ‘1’..’9’, c6 -‘П’, c0 – любой другой символ.

Промежуточные состояния автомата: a1 - начало разбора номера раздела, a2 - последовательность символов – текст, a3 - нумерация, a4 - начало разбора названия раздела, a5 - название раздела, a6 - начало разбора текста раздела или приложения, a7 - продолжение текста раздела или приложения, a8 - начало разбора названия приложения, a9 - название приложения, a0 - конец ТЗ.

Разделом называется фрагмент текста между двумя заголовками любого уровня, от первого до третьего (это связано с тем, что заголовки четвертого и дальнейших уровней по российским стандартам на текстовые документы не нумеруются). Таблица разделов содержит поля: код раздела - уникальный числовой идентификатор; код родительского раздела - число, равное коду раздела, в который непосредственно входит данный раздел. У родительского раздела это поле содержит «-1»; номер раздела - число, равное номеру раздела для сохранения порядка разделов в структуре документа; название - имя раздела; текст - содержимое раздела.

Разбор текста ТЗ начинается с разбора разделов первого уровня и разбора приложений. После формирования таблицы первого уровня начинается анализ текста каждого из разделов первого уровня.

Так как в тексте раздела первого уровня не может быть приложений, разбор приложений не производится. После формирования таблицы разделов второго уровня анализируется текст каждого раздела второго уровня и формируется таблица разделов третьего уровня. В конце работы все таблицы объединяются.

При попадании автомата в состояние, в котором происходит изменение таблицы разделов, в таблицу разделов вносятся изменения соответственно предыдущему промежуточному состоянию. Например, если последовательность символов – название раздела, то в таблице разделов заполняется поле «Название раздела».

Разбор технического задания начинается с разбора номера раздела. Если оно начинается не с нумерации, а с текста, то выводится сообщение о несоответствии технического задания госту. По этой причине в автомате дважды используется блок разбора номера раздела. Затем создается раздел и добавляется номер в соответствующее поле таблицы разделов.

После сохранения номера производится разбор названия раздела до начала новой строки и текста раздела. Мы переходим в конечное состояние, если встречаем конец текста. Если встретили новую строку, то переходим в состояния пропуска пустого пространства. Если же в тексте имеются цифры, то проверяем не является ли это номером нового раздела.

Так как в соответствии с гостом приложение начинается с “Приложение А”, то переходим к разбору приложения при встречи символа “П”. Разбор текста приложения проводится аналогично разбору текста раздела.

Список литературы

1.  Заболеева-Зотова язык в автоматизированных системах. Семантический анализ текстов [Текст] / -Зотова - Волгоград: ВолгГТУ, 2002

2.  Заболеева-Зотова  системы: модели, методы, приложения [Текст] / -Зотова - Волгоград: ВолгГТУ, 2004. с.220.

УДК 004.942

КОНСТРУИРОВАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ
ПО ОБУЧЕНИЮ ПРОЕКТИРОВАНИЮ АСУТП

Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ

(84457) (рабочий), *****@***ru

В последнее время из-за подъема промышленности России
, разработка автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) приобретает все больший размах, все чаще внедряется на предприятиях и в организациях. При внедрении АСУТП используются как готовые решения, требующие только настройки и адаптации на конкретный технологический процесс (ТП), так и новые разработанные автоматизированные системы, учитывающие специфику данного ТП.

Для обоих вариантов создания АСУТП необходимо иметь грамотных специалистов. Это задача для ВУЗов и СУЗов. При обучении в ВУЗе инженеров-системотехников по специальности 220200 («Автоматизированные системы обработки информации и управления»), которые в дальнейшем должны заниматься разработкой и поддержкой АСУТП, довольно часто наблюдается такая ситуация:

- прослушав лекции и получив необходимые теоретические знания, студент затрудняется в применении полученных знаний к решению поставленной перед ним проблемы;

- без помощи старших специалистов студент часто не в состоянии сформулировать цели, критерии и принципы управления «незнакомым» объектом;

- ограничение доступа на предприятия с внедренной АСУТП, невозможность настройки их параметров и структуры.

Данная работа нацелена на преодоление этих трудностей за счет использования креативного подхода к обучению.

Для решения вышеназванных трудностей предлагается использовать в рамках учебной дисциплины «Основы проектирования АСОИУ» имитацию процесса выработки проектных решений в виртуальной среде, воспроизводящей сложные производственные комплексы. В ходе обучения делается попытка поставить студентов в условия, при которых формируются навыки структуризации изначально размытой концепции построения АСУ.

Для качественного обучения проектированию АСУТП необходимо иметь «хорошие» модели ТП. У инженеров на производстве есть реальный научно-практический опыт и поэтому желательно (даже необходимо) использовать его в обучении. Для этого необходимо формализовать этот опыт в виде моделей объектов ТП и зафиксировать удачные решения по его автоматизации. Из полученных таким образом моделей, можно в дальнейшем конструировать виртуальные ТП с заданными признаками (стохастичность, линейность, запаздывание и т. п.). Работая с такими виртуальными ТП, студенты смогут закрепить полученные знания и получить практические представления о реальных ТП.

При выборе виртуального производственного комплекса он должен обладать рядом признаков, а также позволять решать задач типичных при проектировании АСУТП. Для этого предлагается выделить пространство признаков характеризующих ТП и пространство задач. Наиболее важные признаки ТП учитываемые при разработке АСУТП являются:

- дискретность / непрерывность процесса;

- детерминированность / стохастичность процесса;

- наблюдаемость всех интересующих факторов;

- стационарность параметров процесса;

- сосредоточенность / рассредоточенность параметров ТП;

- линейность / нелинейность законов функционирования элементов ТП;

- наличие времени запаздывания между измерениями и управлением;

- наличие инерционности ТП;

- наличие внутренней устойчивости ТП и пр.

Пространство задач для виртуального комплекса содержит такие типовые задачи, как:

- определение типа ТП (его характеристик);

- идентификация структуры и параметров ТП и его отдельных элементов;

- выделение полезного сигнала в измерениях;

- проверка на устойчивость и управляемость;

- выявление целей и критериев возможной автоматизации;

- определение структуры и параметров системы управления ТП;

- проведение ситуационного моделирования для отработки функционирования ТП в различных технологических режимах работы.

При выборе реального прототипа для виртуального комплекса желательно сделать так, чтобы он максимально возможно перекрывал пространство признаков и задач. Это обеспечит изучение элементов и приемов проектирования на одном комплексе, сократить время знакомства студента с предполагаемым ТП. Не менее важным требованием к виртуальному комплексу является то, чтобы задача его автоматизации была содержательна (не «оторвана» от реальности) и имела игровую интригу, способную заинтересовать студента.

В рамках данной идей на базе кафедры «АСОИУ» Камышинского технологического института разработан и внедрен в учебный процесс виртуальный комплекс, состоящий к настоящему времени из четырех моделей технологических процессов:

1. Процесс помола цемента в шаровой мельнице.

2. Управление технологическими процессами водозабора и водораспределения в гидромелиоративной системе.

3.Управление водозаборным узлом в гидромелиоративной системе

4. Задача экологического мониторинга работы нефтебазы
.

Базой для моделей ТП послужил собственный (как позитивный, так и негативный) опыт работы сотрудников кафедры АСОИУ КТИ на реальных производствах в составе проектных и исследовательских групп. Выбор данных технологических объектов определяется тем, что они охватывают большинство разновидностей технологических процессов: распределенные - сосредоточенные, дискретные - непрерывные, стохастические – детерминированные, линейные - нелинейные.

Практика использования виртуального комплекса показывает, что при работе с виртуальными объектами студенты получают представление о процессе проектирования (в особенности о его творческих аспектах) гораздо глубже по сравнению с традиционным подходом, когда проектирование ведется только на основе теоретического материала. Результаты использования комплекса виртуальных ТП проявляются в повышении качества выполнения дипломных проектов студентами-системотехниками.

УДК 621.395:004.3

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ГОРОДА КАМЫШИНА
ДЛЯ МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

,

Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ

Тел.: [phone], e-mail: *****@***ru

Широкое распространение мобильных телефонов, карманных и портативных компьютеров, имеющих беспроводное соединение с глобальной сетью или сетью связи, позволяет ставить и решать новые задачи в различных сферах человеческой деятельности. Цель данной работы заключается в наделении мобильного устройства собственной информационной системой. При наличии информационной системы пользователь мобильного устройства имеет возможность получить справочную информацию, а так же воспользоваться картой города. При наличии связи с сервером предоставляются новые возможности: новостная лента, реклама новой продукции, доступ к информационным базам данных. В отличие от использования мобильных JPRS браузеров для получения удаленной информации, система выдает информацию быстрее и с наименьшими затратами. Это достигается за счет того, что пользователь сначала выбирает ту часть информации, которая нужна, а затем она загружается с сервера и отображается на экране мобильного устройства. Также при этом экономнее расходуется трафик.

Создание в городской администрации единой вычислительной сети, объединяющей различные отделы, с обеспечением общего доступа к открытой информации, а также появлением различных баз данных и сайтов по городу подтверждает актуальность работы. К примеру, официальный сайт администрации города Камышина предоставляет следующий информационный ресурс http://www. admkamyshin. info. Здесь можно найти последние новости города о политике, культуре и спорту. Так же не проходят стороной здравоохранение и образование. Предприниматели могут получить исчерпывающую информацию о программах развития предпринимательства на текущий год. Для людей, интересующихся историей города Камышина, может быть полезна статья о почетных гражданах города и памятных событий.

Всем службам города предоставляется возможность получить оперативную информацию в нужный момент времени. К примеру, пожарный расчет при выезде на задание может быстрее получить план этажей здания или определить расположение объектов в застройке.

В работе разрабатывается программное средство, позволяющее оперативно в любой момент времени получить разного рода справочную информацию при помощи мобильного устройства, в частности сотового телефона [1]. К справочной информации относятся адреса и телефоны предприятий различных форм собственности, картографическая информация, маршруты движения городского транспорта с обозначенными остановками, а так же расписание движения маршрутов междугородних автобусов и поездов. Сюда же можно отнести новостную ленту, и рекламу.

Информационная система города Камышина состоит из клиентской и серверной частей. В клиентскую часть входит картографическая и информационная составляющие. Картографическая часть содержит приближенную векторную карту города и систему расширенного поиска объектов на карте (дома, улицы, маршруты городского транспорта). Информационная часть содержит данные о предприятиях и организациях города Камышина. А именно, наименование, телефон и адрес.

Серверная часть содержит информацию, оперативно изменяющуюся во времени. Это может быть реклама, погода, новости города, планирующиеся акции и т. д. Вся эта информация хранится в базе данных на сервере, и по запросу пользователя с мобильного устройства пересылается получателю. Объем трафика при этом минимален.

Требования к мобильному устройству следующие:

-  наличие Java платформы MIDP 1.0;

-  свободное пространство 150 килобайт;

-  возможность закачивать и устанавливать приложения;

-  цветной дисплей;

-  русскоязычная клавиатура с функцией Т9.

Так же устройство должно быть сертифицировано меткой «российский стандарт». При соблюдении всех требований, приложение будет правильно работать в мобильном устройстве.

В программе применены ряд новаций, специфичных для устройств с небольшим размером экрана, малым объемом памяти и низкой производительностью. Так, в частности, проведена работа по минимизации объема данных и выводимой графической информации, а также применен алгоритм ускоренного набора для поиска.

На рис. 1 отображена диаграмма классов приложения. Как видно, главный класс имеет название «Mapper» он запускается сразу после запуска приложения. Класс «drawing» отвечает за картографическую часть. Это отображение векторной карты, поиск, режимы отображения карты на дисплее. Этот класс использует «IStream», который отвечает за работу с файлами. Остальные классы, которые относятся к главному классу «Mapper» отвечают за свои функции в отдельности, которые можно найти в главном меню приложения – это настройки программы, удаленная работа, справочник.

Приложение использует девять файлов. Для устранения ошибок чтения у телефонов марки Nokia имена файлов имеют цифровые обозначения, и не имеют расширения. В первых двух файлах содержится справочная информация по предприятиям города. В одном наименование предприятия, во втором – информация о нем. Третий файл содержит картографическую информацию. Карта города содержится в векторном виде. В одном файле содержатся точки геометрических объектов, в другом – их геометрические центры. Поскольку производительность мобильных устройств невелика, для использования алгоритмов оптимизированного чтения объекты в файлах отсортированы. Так же предусмотрен файл, содержащий количество вершин в объектах. Отдельно в файл отнесены контур реки Камышинки, маршруты движения автобусов и расположение улиц. И, наконец, в последнем файле содержится справочная информация о движениях поездов и междугородних автобусов.

Рис. 1 – Диаграмма классов приложения

При запуске программы на телефоне, отображается список основных функций, отображенных на рис. 2а. При выборе из этого списка первой позиции «Карта города» отображается экранная заставка, которая представлена на рис. 2б. Для визуального определения объекта на карте необходимо воспользоваться навигатором (рис. 2в).

При помощи управляющих клавиш и клавиш «+» или «-» можно уточнить позицию отображения карты. Затем, при выборе из пункта меню варианта «Показать увеличение», на экране мобильного телефона отобразится подробная карта с обозначенными номерами домов и улиц (рис. 3). Есть несколько уровней масштабирования. При необходимости, можно убрать отображение улиц или номеров объектов. Если пользователь поставил слишком большой масштаб, то отображение улиц и номеров домов убирается автоматически.

Приложение имеет функцию поиска. Искать можно улицы, перекрестки, остановки и даже районы. Для удобства предусмотрен поиск с мягкими условиями. К примеру, чтобы найти объект «Аптека №5» в окне поиска нет необходимости вводить все слово целиком. Достаточно только ввести «апте» и результатом поиске будет список всех аптек. Далее можно получить информацию о каждой из них.

Приложение так же может выдавать по запросу пользователя справочную информацию. Что бы воспользоваться ей, необходимо выйти в главное меню (рис. 2а) и выбрать пункт «Справочник предприятий». На дисплее появится новый список, представленный на рис. 4. Список содержит основные сферы деятельности организаций. Далее, при выборе одной из сфер, появится список наименований предприятий и организаций. К примеру, на рис. 5 отображены все транспортные предприятия города. При выборе организации появится справочная информация о данной организации, такая как, адрес и телефон, или, при наличии, электронный адрес и информация о структурных подразделениях.

а) б) в)

Рис. 2 – Навигация по карте города

В заключение стоит отметить, что информационная система будет хорошей альтернативой службе «09», которая в конце сентября 2006 года прекращает свою работу.

Список литературы

1. Буткевич программы и игры для сотовых телефонов. – СПб.: Питер, 2006. – 204 с.

УДК 681.2.002

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА АНАЛИЗА
КОМПЬЮТЕРНЫХ ТОМОГРАММ

, ,

Волгоградский государственный технический университет,

Волгоградский научный центр РАМН и Администрации Волгоградской области

тел.:(84, e-mail: *****@***ru

Проблема точного и своевременного определения различных заболеваний, обусловила необходимость создания и разработки разнообразных диагностических методов. Одним из современных методов является лучевая диагностика. С расширением парка высокотехнологичных медицинских диагностических устройств лучевой диагностики, называемых также устройствами медицинской визуализации (цифровые рентгеновские системы, компьютерные, магнитно-резонансные, позитронно-эмиссионные томографы, системы ультразвуковой диагностики и т. д.), проблема автоматизации процесса анализа медицинских цифровых изображений становится все более актуальной. Наличие изображения в электронной форме позволяет выполнять достаточно сложную компьютерную обработку, к примеру, наложение изображений компьютерного томографа и магнитно-резонансного томографа и т. д., значительно улучшающую возможность постановки диагноза и принятия решений о лечении пациента. Компьютерный анализ позволяет обеспечить более качественный результат, за счет существенного расширения возможностей специалистов. Обычная томография не всегда позволяет добиться этого, главным образом потому, что "информационная емкость" изображения во много раз превосходит возможности "извлечения" ее с помощью визуального анализа врачом. Например, глаз специалиста может воспринять разницу в оптической плотности двух смежных в обычных условиях в пределах 0.1D, а в благоприятных до 0.02D. Цифровая же обработка томограммы позволяет расширить возможности зрительного анализа, что в значительной мере способствует улучшению диагностики. Так применение компьютера позволяет проводить масштабирование цифровых изображений, сглаживание, контрастирование, фильтрацию, выделение зон интереса, построение гистограмм среза. Для практической медицины это означает значительное расширение возможностей распознавания патологических состояний на ранних стадиях поражения.

Результатом томографии является набор снимков, представляющих собой сечения части тела человека, записанных в растровом формате. Диагностирование производится на основе матричной модели тела. Построение объекта происходит методом последовательного наложения сечений. Конечная модель является матрицей, хранящей значения каждой точки тела. Выделение зон интереса, построение новых сечений и гистограмм среза производится с использованием этой модели. Если учесть, что модель создана на основе растрового изображения, и соответственно имеет все недостатки этого формата, то и результаты произведенных анализов содержат недочеты, и могут искажать истинную картину. Проведение анализа полученных данных специалистом, а не системой, не позволяет использовать все преимущества цифрового формата изображений. Целью данной работы является разработка методов автоматизации анализа компьютерных томограмм.

Современный анализ компьютерных томограмм должен содержать следующие этапы: получение 3-х мерной модели на основе снимков, первоначальная обработка и получение готовой модели, диагностирование на основе полученной модели. В связи с тем что получаемые снимки отображают состояние не только данного слоя тела, но и соседних с ним, необходимо учесть существование расстояния между соседними слоями, а так же возможности изменения состояния точки, в зависимости от номера слоя. Учитывая специфику исходных данных, в основу модели была положена воксельная (voxel) модель данных, элементарным объектом которой является параллелепипед с единичными ребрами. Воксельное представление 3-х мерных данных является аналогом пиксельного формата 2-х мерных данных. Использование воксельного представления повышает наглядность созданной модели. Анализ связей между соседними слоями позволяет производить удаление шума, на основе анализа гистограмм вертикальных срезов, как одного из наиболее простых методов. Таким образом, происходит формирование рабочей модели объекта. Дальнейшая диагностика производится с использованием этой модели. Как известно, в основе лучевой диагностики лежит различие в плотности сканируемых тканей, поэтому и диагностика производиться с использованием этой же методики. Используя подготовленную модель, можно осуществлять автоматический поиск участков, значения плотности которых отличаются от идеальных для данной области. Таким образом, можно учесть не только различие плотности и расположения тканей у пациентов, но и обнаружить довольно маленькие участки, с неярко выраженным отклонением. Так же существует проблема дифференциации плотности тканей в области сканирования. Используя полученную модели можно производить не только диагностику, но так же и регистрацию состояния пациента в динамики, сравнивая созданные в разные периоды модели. Использование автоматизированного анализа томограмм позволит более качественно диагностировать заболевания, а так же обеспечит возможность упрощения постоянного наблюдения за состоянием пациента, за счет применения компьютерных технологий.

Проведенный анализ методов обработки компьютерных томограмм существующими системами, выявил необходимость разработки новой методики автоматизированной обработки компьютерных томограмм в цифровом формате. Предлагаемая концепция позволяет существенно упростить работу специалистов с полученными данными. Применение компьютерного анализа позволяет улучшить качество диагностирования пациентов, за счет частичного снижения влияния человеческого фактора, а так же внедрения технологии анализа динамики состояния пациента.

Список литературы

1.  «Компьютерная томография в клинической диагностике», М: 1995., с.134 – 153

2.  , «Систематизация и анализ данных компьютерных томографических исследований.»

3.  Зонневельд, Ф. В. «Общая характеристика компьютерной томографии» //Журнал «Медицинская визуализация», М: январь – март 1999, с.44 – 52

4.  , , и др. «Интеллектуализация процедур диагностики с использованием рентгеновской компьютерной и магнитно - резонансной томографии на основе синтеза им анализа виртуальных топографо-анатомических сред.» //Вестник Волгоградского Государственного медицинского университета, Волгоград: 2005., с 3-6

УДК 681.5.011

КОМПЬЮТЕРНАЯ ПОДДЕРЖКА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ЦИКЛА ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ НА ТЕМУ
«ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫУПРАВЛЕНИЯ
НЕПРЕРЫВНЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ»

Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ

Тел.: (84457) (рабочий), *****@***ru

Излагаются результаты разработки и методика проведения лабораторных занятий по дисциплине «Основы теории управления (ОТУ)» как базовой учебной дисциплины специальности «Автоматизированные системы обработки информации и управления». Комплекс лабораторных работ предназначен для освоения совокупности инженерных расчетов, необходимых для построения системы автоматического управления объектом с непрерывным характером технологического процесса. Экспериментальная установка реализована как виртуальная. В состав комплекса включены три лабораторные работы, объединенные общей целью и общим сценарием, в ходе которых должен быть освоен типовой состав расчетов, выполняемых инженером при разработке системы автоматизации технологического объекта:

1.  Экспериментальные исследования объекта управления и обработка экспериментальных данных.

2.  Построение математической модели объекта по экспериментальным данным.

3.  Выбор закона управления, разработка алгоритма его цифровой реализации, моделирование системы управления и выбор настроечных параметров алгоритма.

Общая характеристика состава программных средств, необходимых для проведения лабораторных работ. Для возможности проведения экспериментов на виртуальной модели объекта разработано специализированное программное обеспечение, имитирующее процесс нагрева материала в печи. Для выполнения расчетов и моделирования можно использовать любой пакета прикладных программ для научных и инженерных расчетов (MathCAD, Matlab, Maple). Поскольку примеры, содержащиеся в методических указаниях, реализованы в среде MathCAD, студентам легче всего выполнить комплекс лабораторных работ именно в этой среде.

Описание экспериментальной установки. Виртуальная экспериментальная установка, программная поддержка которой реализована на языке MS Visual Basic (рис.1), имитирует работу нагревательной печи и предоставляет возможность управлять режимом нагрева. Технологической целью работы установки является обеспечение заданной температуры в условиях действия возмущающих факторов, источником которых является холодный воздух, подаваемый в печь с помощью вентилятора.

Управление температурным режимом производится путем изменения подачи твердого топлива по транспортеру, наличие которого вносит транспортное запаздывание в цепь передачи входного воздействия на объект. Подача осуществляется из бункера, значение расхода из которого регулируется путем изменения скорости вращения тарелки питателя. Управляющим воздействием является сопротивление, включенное в цепь обмотки возбуждения двигателя постоянного тока (привода питателя). Общее сопротивление секционировано так, чтобы в каждой следующей секции сопротивление удваивалось. В системе управления имеется возможность закоротить любую секцию. Общее сопротивление рассчитывается с помощью двоичного кода, нули в котором соответствуют разомкнутому, а единицы – замкнутому контакту реле. В действующей установке сопротивление в цепи обмотки возбуждения может изменяться в диапазоне 0 … 255 Ом с минимальной дискретностью («квантом») 1 Ом.

Общие замечания о технологии проведения лабораторных работ. Работы организованы как коллективные, с первичным разбиением заданий для выполнения на отдельных рабочих станциях. Благодаря этому удается представить для обработки довольно большой экспериментальный материал, полученный параллельно во времени. Для проверки гипотез о математической модели объекта студент привлекает не только данные, полученные им самим, но также и результаты экспериментов, зафиксированные на других рабочих станциях. Обсуждение результатов и выводы делает группа студентов совместно.

Лабораторная работа №1 «Экспериментальное исследование объекта управления и обработка экспериментальных данных». На своей рабочей станции студент устанавливает значение сопротивления согласно номеру варианта, заданному преподавателем. Результаты моделирования записываются в файл, содержащий значения температуры по тактам времени. Каждый вариант предусматривает снятие четырех кривых разгона: при двух различных значениях сопротивления, при включенном, а затем при выключенном вентиляторе. Результатом работы являются не менее 24-х различных кривых разгона, полученных на всех рабочих станциях из разных начальных условий. Затем требуется выполнить сглаживание экспериментальных кривых разгона.

Лабораторная работа №2 «Решение задач структурной и параметрической идентификации нагревательной установки по кривой разгона». В ходе данной лабораторной работы необходимо произвести структурную и параметрическую идентификацию статической и динамической характеристик объекта. Исходной гипотезой о модели статической характеристики объекта является обратная линейная зависимость. После оценки параметров линейной зависимости студенты должны проверить исходную гипотезу о линейности путем сравнения результатов расчета с результатами, полученными на других рабочих станциях. Должна быть найдена оценка точности линейного приближения статической характеристики.

Лабораторная работа №3 «Исследование системы автоматического управления (САУ) процессом нагрева с цифровым пропорционально-интегральным (ПИ) регулятором». Включает следующие этапы:

1.  Cоставление дискретной модели процесса, соответствующей непрерывной модели.

2.  Разработка среды для моделирования системы управления.

3.  Выбор настроечных параметров цифрового регулятора.

4.  Исследование влияния производственных ограничений на качество управления и на выбор настроечных параметров регулятора.

Методика проведения цикла лабораторных занятий. Каждая лабораторная работа может быть разделена на законченные части, при этом каждая часть рассматривается на отдельном занятии. В начале каждого занятия преподаватель излагает постановку задачи, записывая на доске основные формулы, изображая основные схемы и графики. Преподаватель может также в ходе объяснения демонстрировать студентам на экране компьютера результаты моделирования, сложные схемы и т. п. Целесообразно также перед выполнением лабораторной работы №1 продемонстрировать студентам, как нужно пользоваться программным обеспечением, имитирующим процесс нагрева материала в печи.

На лабораторное занятие преподаватель выдает студентам распечатки методических указаний. В электронном виде все методические указания доступны для студентов (доступ для просмотра и копирования), они хранятся на файловом сервере в папке преподавателя.

В начале каждой части методических указаний приведены необходимые теоретические сведения. Их студент должен изучить вне занятия при подготовке к выполнению лабораторной работы или при подготовке к ее сдаче (в конце методических указаний по каждой работе приведен список контрольных вопросов). На занятии же, уяснив постановку задачи, студент сразу начинает работу на ЭВМ. В каждой части методических указаний после изложения теоретических сведений кратко перечисляются этапы выполнения работы, а затем подробно рассматривается пример, который студентам рекомендуется воспроизвести на занятии в процессе освоения методики (при этом формулы и тексты программ, которые необходимо набрать в среде MathCAD, в методических указаниях выделены цветом). Затем следует осуществить привязку методики к исходным данным, заданным номером варианта (рабочей станции) или (в зависимости от конкретной работы) рассчитанным в результате выполнения предыдущих лабораторных работ. Освоив методику на контрольном примере, остальную часть работы студент сможет выполнить самостоятельно: «привязать» методику к своим исходным данным, выполнить дополнительные задания, изучить теоретические сведения, ответить на контрольные вопросы и подготовить отчет (требования к отчету приводятся в конце методических указаний к каждой из лабораторных работ).