Секция 7 - MATLAB в образовании и Интернете (1250002), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Такой методработы с системой зарекомендовал себя как наиболее подходящий для использования в учебном процессе и вызывает живой интерес у студентов.В настоящее время планируется использование приложения FDATool при проведении лабораторных работ на факультете «Метрологической информатики» МГТУ «СТАНКИН».Приложение FDATool может быть рекомендовано при проведениилабораторных работ по цифровой обработке измерительной информации ипозволяет: получать частотные и временные характеристики цифровыхфильтров; изучать структуры различных цифровых фильтров; производитьанализ эффектов квантования.Дальнейшие работы планируется направить на совершенствование иуглубление методического обеспечения лабораторного практикума поциклу учебных дисциплин связанных с цифровой обработкой сигналов.Лабораторным работам предшествует курс лекций и семинарские занятия, где студенты получают необходимые сведения о системе MATLABи методические рекомендации по работе с приложением FDATool.Литература1.
Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов.— СПб.: Питер, 2002.—603 с.2. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления.— М.: Москвалаборатория базовых знаний «ЮНИМЕДИАСТАЙЛ», 2002.— 831 с.3. Дьяконов В., Абраменкова И. MATLAB обработка сигналов и изображений.— СПб.: Питер, 2002.— 602 с.1932Секция 7. MATLAB в образовании и ИнтернетеУДК 517.9ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ MATLAB ДЛЯ РАСЧЕТАПАРАМЕТРОВ ПИД-РЕГУЛЯТОРАСтрелковский Н. Н.Московская государственная академия приборостроения и информатикиe-mail: main_mail@front.ruЦель работы — разработка ПИД–регулятора для технологическогопроцесса приготовления корма для животных (рис. 1).PIDРис.
1. Технологический процесс.Для разработки регулятора необходимо построить математическуюмодель, адекватную реальной системе (на рис. 1 обведено кругом). Входной параметр u(t) — состояние клапана (%); выходной — y(t) — поток жира (кг/ч). Для построения математической модели использовался SystemIdentification Toolbox. Моделб ARXQS наиболее адекватна — 88% (рис. 2).Передаточная функция идентифицируемой системы в переходном режиме:0.2826s 4 − 0.006512s 3 + 0.009636s 2 − 0.005273s − 4.585e −20.s 4 − 1.116s 3 + 0.313s 2 − 0.125s − 0.3679Simulink-модель объекта управления представленна на рис. 3.1933Труды II научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB»Рис.
2. Выходы объекта и модели.Рис. 3. Simulink-модель.При оптимизации в NCD получены оптимальные значения ПИДрегулятора Kp = 102.13; Ki = 87.104; Kd = 33.715 (рис. 4).Рис. 4. Переходной процесс.Полученные результаты использовались для реальной системы приуправлении технологическим процессом котроллером Quantum Modicon. Впрограммном обеспечение ModSoft аппаратно реализована функция PID–2.1934Секция 7. MATLAB в образовании и ИнтернетеУДК 519.6КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУМАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯТарасевич Ю. Ю., Пономарева И. С.Астраханский государственный университет, Астрахань,e-mail: tarasevich@astranet.ruУ студентов 5 курса спросили: «Стоит ли значительную часть семестра изучать интегрирование методом неопределенных коэффициентов, спомощью универсальной тригонометрической подстановки и по частям,или лучше за это же самое время освоить технику вычисления интеграловс помощью какого-либо пакета компьютерной алгебры, например, Mapleили Mathematica?» Вопрос был задан на факультете дополнительного образования, и поэтому группа была сборной: половина — студентыматематики, половина — студенты-информатики.
Мнения разделились поровну: «Несомненно, учить технике вычисления интегралов», — сказалиматематики. «Конечно, осваивать пакет компьютерной алгебры», — безтени сомнения ответили информатики. Как это обычно бывает, истина, вероятно, находится где-то между этими крайними точками зрения.Специалисты, обучавшиеся «чистой» математике обычно настаивают натом, что математика формирует логическое мышление. С этим трудноспорить, но можно добавить, что логическое мышление можетсформироваться благодаря программированию, игре в шахматы или встоль любимый математиками преферанс.
Прекрасно владевшийматематикой академик Л.Д. Ландау писал о преподавании математики:«Мне не хочется дискутировать с достойной средневековой схоластикимыслью, что путем изучения ненужных им вещей люди будто бынаучаются логически мыслить» [1]. Изучив курс высшей математики,студенты порой оказываются совершенно беспомощными при решенииконкретныхПринимаяпрактическихучастие взадач.Олимпиаде по компьютерной физике, студентфизик 4 курса написал программку на Паскале, реализующую метод Эйлера для решения дифференциального уравнения автоколебательного процесса.
Лет 20 назад это, наверное, можно было бы приветствовать, но сегодня, когда широко распространены самые разнообразные математическиепакеты, способные с высокой точностью решать дифференциальные уравнения, описанную ситуацию иначе как курьезной не назовешь, посколькуучастникам Олимпиады разрешалось использовать любое доступное программное обеспечение. Представьте, что житель современного города, когда захочет напиться, возьмет лопату, выйдет на улицу и начнет копать колодец. Ситуация абсурдна, но именно так поступил студент, написав при1935Труды II научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB»митивную реализацию неэффективного алгоритма для решения типовойзадачи.Система образования — система с колоссальным последействием:последствия образовательных реформ и экспериментов будут прослеживаться еще в 2–3 поколениях.
Именно поэтому система образования обязана быть чрезвычайно консервативной. Если ошибки врачей видны почтисразу и их последствия могут быть трагичными, то дефекты образованиясказываются не сразу, но последствия их могут быть катастрофичными дляобщества. В то же самое время, система образования не может не эволюционировать: на смену счетам и таблицам Брадиса пришли логарифмические линейки, затем калькуляторы и, наконец, компьютеры. Это — естественный процесс обновления, отражающий изменения реальной жизни. Однако многие подходы в системе высшего образования остаются очень архаичными и явно не соответствуют возможностям и потребностям времени.Образование должно преследовать как прагматические, так имировоззренческие цели. Если человек после многих лет изучения физикив школе и вузе не в состоянии измерить напряжение в розетке и охотнопроглатывает всевозможную антинаучную околесицу, льющуюся на негоиз средств массовой информации, это означает, что ни прагматические, нимировоззренческие цели не достигнуты.Широкое применение при изучении математических и естественнонаучных дисциплин математических пакетов, в частности, пакетаMATLAB, помогает перенести акцент в обучении на принципиальные вопросы, отдав «технические» задачи компьютеру.Ранее мы уже писали об опыте применения MATLAB при изучениичисленных методов и математического моделирования [2].
Нами разработан комплекс программ на MATLAB, с помощью которого можно исследовать целый ряд моделей, ставших классическими. Перечень лабораторных работ соответствует учебному пособию [3]. Новая версия комплексареализована на MATLAB 6.1. По сравнению с предыдущей версией комплекс существенно переработан: теперь каждая программа состоит толькоиз 3 файлов: файла графического интерфейса, собственно программы и,если это предусмотрено, файла Simulink для проведения имитационногомоделирования.
Каждая лабораторная работа имеет краткую теоретическую справку о модели. Файлы справки подготовлены в формате pdf, чтобы сделать комплекс максимально независимым от используемой операционной системы. Основное назначение комплекса — дать студентам возможность сосредоточиться на содержательной части модели, изучить качественные особенности ее поведения, не отвлекаясь на техническую часть,связанную с реализацией модели на компьютере.
Такой подход позволяетсформировать у студентов то, что сейчас принято называть «нелинейныммышлением» [4].1936Секция 7. MATLAB в образовании и ИнтернетеВсе модели имеют удобный графический интерфейс с различнымиэлементами управления, с помощью которых пользователь имеет возможность изменять параметры моделей, что позволяет анализировать ее поведение при различных условиях.Первая часть комплекса — «Дифференциальные модели». Пользователь имеет возможность изучить ряд базовых моделей физики, химии,биологии:1. Нелинейный маятник;2.
Модифицированная модель Вольтерры–Лотки (модель хищник–жертва);3. Модель межвидовой конкуренции;4. Модель Холлинга–Тэннера;5. Модель Лоренца;6. Модель Ресслера;7. Генератор Ван-дер-Поля;8. Тримолекулярная модель (брюсселятор).При построении модели пользователь может не только задавать различные коэффициенты дифференциального уравнения, описывающие данную модель, но и начальные условия, непосредственно выбирая их на координатной плоскости. При этом фазовый портрет изображается вместе сособыми линиями, а также указывается тип особых точек (рис.1).Рис.1. Интерфейс модифицированной модели Вольтерры–Лотки.1937Труды II научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB»«Имитационное моделирование» — обязательный элемент на всехэлектронных страницах данного раздела лаборатории, который открываетдополнительное окно Simulink, отображающее схему данной модели.Вторая часть — «Отображения» (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
