Принципы составления рабочей программы по дисциплине "Методы управления и адаптации в радиоэлектронных системах"

????????? ?? http://www.allbest.ru

????????? ?? http://www.allbest.ru

Проблема отбора учебного материала для содержания образования имеет большое значение. Содержание образования призвано обеспечить передачу и освоение студентами опыта преподавателя. Применение критерия высокой научной и практической значимости содержания образования предполагает, что путем экспертной оценки в рабочей программе оставляют более универсальные и информативные элементы содержания, абсолютно необходимые для раскрытия сущности теорий, законов и основных понятий, наиболее общепризнанные в данной науке, более политехнические и широко применяемые на практике. Таким образом, содержание и методика образования обеспечивает формирование у студентов познавательных интересов, умений и навыков, необходимых для работы, дальнейшего обучения и самообразования. Студенты, изучая дисциплину “Методы управления и адаптации в радиоэлектронных системах”, в дальнейшем могут использовать свои знания в будущем не только по специальности “Автоматика, электроника, электронная схемотехника и связь”, но и преподавать в школах, училищах и средних учебных заведениях.

Дисциплина “Методы управления и адаптации в радиоэлектронных системах” при преподавании предполагает удовлетворять следующим принципам обучения:

- принцип сознательности и активности, который проявляется в осмысливании цели и задач обучения, в полном знании фактов, в глубоком понимании материала, проникновении в сущность изучаемого, умении сознательно применять его на практике;

- принцип систематичности и последовательности, означает, что знания должны даваться в системе, а весь процесс усвоения их должен быть последовательным;

- принцип доступности, опирается на знания , умения и навыки, включенные в рабочую программу. Требование доступности обучения предполагает соответствие учебного материала уровню подготовленности студентов;

- принцип наглядности, когда преподаватель опирается на реальные представления учеников;

- принцип прочности означает необходимость такой постановки обучения, при которой основной материал всех предметов изучается основательно и студенты всегда в состоянии воспроизвести его в памяти или воспользоваться им как в учебных, так и в практических целях.

В работах [1-3] изложены вопросы методики изучения общей теории автоматического управления. Целью данной статьи является разработка принципов обучения для составления рабочей программы по дисциплине “Методы управления и адаптации в радиоэлектронных системах” в условиях дефицита времени и практического отсутствия специальных знаний по дисциплинам связанных с автоматикой. При этом основное внимание уделено не разработке перечня тем и вопросов, которые студенты должны изучить, а формированию навыков и умений, которыми должны владеть студенты после изучения этой дисциплины [4].

Дисциплина “Методы управления и адаптации в радиоэлектронных системах” является базовой дисциплиной по автоматике для студентов специальности “Автоматика, электроника, электронная схемотехника и связь”. Сложность проведения занятий по этой дисциплине заключается в том, что кроме знаний теоретических основ по дисциплине “ Теоретические основы электротехники” студенты не имеют знаний по автоматике. Несмотря на ограничение объема лекционной нагрузки (26 часов лекций) в результате изучения этой дисциплины студенты должны знать не только основы автоматики, но и методы оптимального, и адаптивного управления. В связи с этим при составлении рабочей программы курса был выполнен тщательный отбор материала. Математические модели радиоэлектронных систем даны только в форме пространства состояния, что позволяет существенно сократить время на изложение аппарата передаточных функций и их преобразований, и вынести этот материал на самостоятельную проработку. Основополагающее понятие устойчивости системы управления дано лишь как свойство систем автоматического управления с обратной связью и последствия потери устойчивости системы управления. В связи с широким применением компьютеров и простотой расчета переходных процессов в достаточно сложных динамических системах (сотого порядка и выше) изучение критериев устойчивости Гурвица, Гауса, Рауса, Михайлова и др. были также вынесены на самостоятельную проработку.

Уместно заметить, что для формирования аналогичных навыков у студентов специальности “Автоматизированные системы управления и промышленные установки” вначале в течении двух семестров читается дисциплина “Теория автоматического управления”. В ходе изучения этой дисциплины студенты выполняют лабораторные работы общим объемом свыше 40 часов. Все лабораторные работы проводятся на персональном компьютере с использованием пакета прикладных программ MATLAB. Затем специальные навыки студенты этой специальности получают при изучении дисциплины “Автоматизированные системы управления электроприводами”. При этом вначале студенты изучают структуры типовых систем управления электроприводами и затем рассматривают вопросы применения теории автоматического управления электроприводов. Поэтому при составлении рабочей программы по дисциплине “Методы управления и адаптации в радиоэлектронных системах” был использован опыт подготовки студентов специальности “Автоматизированные системы управления и промышленные установки”. При этом основной упор ставился не на перечень тем и вопросов, которые студенты должны изучить, а на навыки и умения, которые должны получить студенты после изучения дисциплины “Методы управления и адаптации в радиоэлектронных системах”. В связи с жестким ограничением времени на изучение этой дисциплины перечень тем был сформирован следующим образом:

- знать структуры типовых радиоэлектронных систем управления: систем автоматического регулирования усиления (АРУ), систем частотной (ЧАП) и фазовой (ФАПЧ) автоподстройки частоты управляемого генератора, радиоэлектронных следящих систем;

- уметь строить в аналитическом виде математические модели типовых радиоэлектронных систем и входных сигналов, а также определять их параметры, т. е. Выполнять структурную и параметрическую идентификацию типовых РЭС и их входных сигналов;

- формулировать критерии оптимизации и адаптации РЭС при детерминированных и случайных входных сигналах;

- обоснованно выбирать алгоритмы оптимального и адаптивного управления РЭС в условиях структурной и параметрической неопределенности; студент образовательный познавательный

- выполнять моделирование таких систем с применением современных пакетов прикладных программ.

В связи с этим рабочая программа построена следующим образом: во введении кратко излагаются алгоритмы функционирования и алгоритмы управления на основе типовых РЭС. Основное внимание уделено построению математических моделей дискретных систем управления в связи с применением цифрового управления в радиоэлектронных системах. Главную роль при изучении алгоритмов управления отводится оптимальному управлению, так как с помощью этих алгоритмов удается решить не только задачу оптимального, но и адаптивного управления. Для того чтобы студенты могли эффективно освоить современные программные средства, все практические занятия проводятся с помощью пакета прикладных программ MATLAB. Пакет представляет мощное программное средство для решения задач анализа и синтеза сложных динамических систем. Этот пакет является обязательным для изучения во всех европейских и американских технических ВУЗ. С помощью этого пакета решаются задачи:

- описание динамики системы в отклонениях от положения равновесия или номинальной траектории движения;

- описание теории линейных систем с постоянными параметрами, которая представляет собой наиболее развитой и законченный раздел теории автоматического управления;

- описание линейных систем после фиксации (“замораживания”) параметров в виде линейных дифференциальных или разностных уравнений с постоянными параметрами;

- предварительные исследования систем автоматического управления на этапах эскизного проектирования при неполной информации об объекте управления;

- синтез регуляторов на основе желаемого расположения полюсов или обеспечения минимального значения квадратичного критерия качества (ЛК-регулятор);

- синтез регуляторов для линейных систем автоматического управления с постоянными параметрами;

- синтез наблюдателя и фильтра Калмана для оценки переменных состояния системы по известным значениям векторов входа и выхода;

- синтез динамических регуляторов на основе синтеза ЛК-регулятора и фильтра Калмана (ЛКГ-регулятор).

Для реализации такого принципа обучения был проведен тщательный отбор тем для практических занятий. Все занятия также и проводились с использованием пакета прикладных программ MATLAB.

Первое занятие посвящено анализу динамических характеристик типовых РЭС. При этом студенты одновременно получают навыки работы с этим пакетом. Для рассматриваемых типовых РЭС выполняется синтез оптимальных детерминированных и стохастических регуляторов. Для восстановления непосредственно не измеряемых переменных состояния строится оптимальный наблюдатель в форме фильтра Калмана-Бьюси. В связи с широким распространением процессорного управления РЭС следующим этапом является исследование динамических характеристик дискретных РЭС. Затем для исходной дискретной системы строится оптимальный дискретный детерминированный и стохастический регуляторы. Для реализации оптимального дискретного управления по полному вектору дискретного состояния РЭС строится оптимальный дискретный стохастический наблюдатель в форме дискретного фильтра Калмана-Бьюси.

Заключительным этапом является синтез различных алгоритмов адаптивного управления и исследование динамических характеристик синтезированных адаптивных систем. Так как в адаптивных радиоэлектронных системах имеются две петли обратных связей, а сама система является существенно-нелинейной, то анализ и синтез таких систем требуют более точного математического аппарата и соответствующих программных средств.

Выводы:

1. При составлении рабочей программы по дисциплине «Методы управления и адаптации в радиоэлектронных системах» основной упор делается не на перечень тем и вопросов, а на формирование навыков и умений, которыми должны владеть студенты после изучения дисциплины.

2. Провести анализ содержания дисциплины и определить перечень задач, решаемых студентами.

3. При составлении перечня задач необходимо соблюдать принцип систематичности и последовательности так, чтобы результаты решения предыдущей задачи являлись исходными данными для решения последующих задач.

4. При решении всего цикла задач использовать пакет прикладных программ MATLAB.

Литература

1. Александров Є.Є., Козлов Є.П., Кузнецов Б.І. Автоматичне керування рухомими об'єктами і технологічними процесами. Том 1. Харків: НТУ “ХПІ”, 2002, - 490с.

2. Александров Є.Є., Голуб О.П., Кузнецов Б.І. Теорія автоматичного керування. Харків: НТУ “ХПІ”, 2002.-195с.

3. Педагогика. Под общей редакцией В.В. Белорусовой и И.Н. Решетель. М. “Физкультура и спорт”. 1978. - 288с.

4. Педагогика. Под редакцией Ю. К. Баьанского. М. “Просвещение”. 1998. - 480с.

5. Artuch S.F., Kuznetsov B.I., Solyanik V.P. Modern control theory. Kharkiv - 2003. - 412p.

6. Leslie Mustoe A core curriculum in mathematics for Engineers in the third millennium ingenieur pes 21. Iahrhunderts. Band 1. p 514 - 520.

????????? ?? Allbest.ru