Разработка методики допуска к лабораторному исследованию устойчивости 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 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 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 21 вопрос. 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.

Установить «Количество вопросов» студент или преподаватель в разделе Настойки системы.

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, то ответ приравнивается к неверному. В процессе тестирования студенту не сообщается верно или неверно он отвечает. Только после окончания тестирования сообщаются результаты и оценка.

В режиме тестирования для допуска к лабораторному исследованию в качестве основной формы диалога «вопрос-ответ» выбран вопрос типа multiple choice (выбор одного из нескольких). Ниже приведены вопросы и варианты ответов, примененные для допуска студентов к лабораторному исследованию устойчивости замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости.

Вопросы.

• 1) Классификация объектов управления в зависимости от реакции на входное воздействие:
  • А) устойчивые и не устойчивые,
  • Б) устойчивые и нейтральные,
  • В) устойчивые, нейтральные и неустойчивые.
• 2) Сколько основных принципов управления используется в системах автоматического управления?
• А) 3,
• Б) 4,
• В) 5.
• 3) Сколько законов управления используется в системах автоматического регулирования?
• А) 3,
• Б) 4,
• В) 5.
• 4) Что представляют собой замкнутые системы управления?
• А) системы управления с обратной связью,
• Б) системы управления без обратной связи.
• 5) Как можно рассматривать оператор дифференцирования P=d/dtв символической форме записи дифференциальных уравнений?
• А) как сомножитель,
• Б) как сомножитель, при котором произведение p*y не обладает свойством коммутативности, т. е. y*p?p*y,
• В) как сомножитель, при котором произведение p*yобладает свойством коммутативности т. е. p*y=y*p.
• 6) Что подразумевается под понятием «звено» в математической модели?
• А) математическая модель части системы,
• Б) математическая модель системы или ее части, определяемой некоторым оператором.
• 7) В каком случае можно использовать стандартную форму записи уравнения звена?
• А) если звено описывается дифференциальным уравнением не выше 3-его порядка,
• Б) если звено описывается дифференциальным уравнением не выше 2-ого порядка,
• В) если звено описывается дифференциальным уравнением не выше 1-ого порядка.
• 8) Какую размерность имеют коэффициенты в уравнении, записанном в стандартной форме (T02p2+2сT0p+1) y=K1(T2p+1) u+K2V?
• А) все коэффициенты безразмерные,
• Б) T0, T1,T2 — имеют размерность времени, остальные коэффициенты безразмерные.
• 9) Что называется собственным оператором?
• А) дифференциальный оператор при выходной переменной.
• Б) дифференциальный оператор при входной переменной.
• 10) Что называется оператором воздействия?
• А) дифференциальный оператор при выходной переменной,
• Б) дифференциальный оператор при входной переменной.
• 11) Чем определяется порядок передаточной функции и ее системы?
• А) степенью полинома знаменателя,
• Б) степенью полинома числителя.
• 12) Может ли передаточная функция в операторной (символической) форме иметь равные между собой нули и полюса?
• А) может,
• Б) не может.
• 13) Может ли передаточная функция в изображениях Лапласа иметь равные между собой нули и полюса?
• А) может,
• Б) не может,
• 14) Справедливо ли равенство: W (S) =W (p) |P=S?
• А) справедливо,
• Б) не справедливо,
• В) справедливо при некоторых условиях,
• 15) справедливо ли обратное равенство: W (p) =W (s) |P=S?
• А) справедливо,
• Б) не справедливо,
• В) справедливо, если передаточная функция W (p) не имеет одинаковых нулей и полюсов.
• 16) Что называют переходной функцией (или переходной характеристикой) h (t)?
• А) реакция звена на входное воздействие, представленное единичной функцией 1(t),
• Б) реакция звена на единичный импульсд (t) при нулевых начальных условиях.
• 17) Что называют весовой функцией (функцией веса, импульсной переходной функцией)?
• А) реакция звена на входное воздействие, представленное единичной функцией 1(t),
• Б) реакция звена на единичный импульс д (t) при нулевых начальных условиях.
• 18) Соотношение между переходной функцией h (t) и весовой функцией:
  • А) весовая функция w (t) равна производной от переходной функции h (t),
  • Б) переходная функция h (t) равна производной от весовой функции w (t).
• 19) Что представляет собой частотная передаточная функция (ЧПФ) звена W (jщ)?
• А) частотная передаточная функция W (jщ) представляет собой отношение амплитуд выходной и входной величин при изменении частоты от -? до +? или от 0,
• Б) частотная передаточная функция W (jщ) представляет собой комплексное число, модуль которого равен отношению амплитуд выходной и входной величин, а аргумент ц (щ) сдвигу фаз между этими величинами для каждой частоты щ=const при -??щ?+? или 0? щ??.
• 20) Что такое амплитудно-частотная характеристика А (щ) ?
• А) это график действительной части амплитудно-фазовой частотной функции,
• Б) это график линейной части амплитудно-фазовой частотной функции,
• В) это кривая изменения отношения амплитуд выходной и входной величин в зависимости от частоты щ.
• 21) Что такое логарифмическая частотная характеристика (ЛАЧХ)?
• А) это кривая функции L (щ) =20lgA (щ) =20lg|W (jщ) | от частоты щ,
• Б) это кривая функции L (щ) =20lgA (щ) =20lg|W (jщ) | от логарифма частоты lgщ.
• 22) Критерий устойчивости Гурвица:
  • А) для того чтобы система была устойчива, необходимо и достаточно, что бы определители Гурвица, составленные из коэффициентов ее характеристического уравнения при, а 0>0 были больше нуля,
  • Б) при выполнении необходимого условия устойчивости для устойчивости систем управления необходимо и достаточно, что бы все ее определители Гурвица с четными индексами или все ее определители с нечетными индексами были положительны,
• 23) Критерий устойчивости Михайлова:
  • А) Для того, что бы система была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы при кривая Михайлова, начиналась на положительной вещественной полуоси, последовательно обходила n-квадратов в положительном направлении (против часовой стрелки), гдеnстепень полинома знаменателя,
  • Б) для того, чтобы система была устойчива, необходимо и достаточно, что бы при а>0 кривая Михайлова, начиналась на положительной полуоси, последовательно проходила n-квадратов по часовой стрелке.
• 24) Для какого случая критерий устойчивости Найквиста формулируется следующим образом: если разомкнутая система устойчива, то для устойчивости замкнутой системы с отрицательной обратной связью необходимо и достаточно, что бы годограф амплитудно-фазовой частотной характеристики (АФЧХ) разомкнутой системы «не охватывал» точку (-1;j0).
• А) Когда разомкнутая система устойчива?
• Б) когда разомкнутая система неустойчива,
• 25) Критерий Михайлова используется:
  • А) для замкнутых систем,
  • Б) для разомкнутых систем,
  • В) для разомкнутых и замкнутых систем.