Обучение студентов решению "открытых задач" на основе парадигм управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обучение студентов решению «открытых задач» на основе парадигм управления

Основной функцией образования является воспроизводство культуры общества и передача ее следующему поколению, причем в культуру входит основные научные понятия и парадигмы, устоявшиеся технологии и способы решения задач. Главное противоречие современного образования, связанное с этой функцией, несоответствие между огромной скоростью накопления новых знаний человечеством и сравнительно низкой скоростью накопления знаний отдельным человеком [1].

До сих пор в сфере образования его в основном пытаются разрешить, или, по крайней мере, смягчить увеличением времени обучения, что в целом проблемы не решает. В последнее время появились новые подходы к увеличению интенсивности образовательного процесса. Например, предлагается строить его на основе обучения решению, так называемых, «открытых задач», то есть задач с нечеткими, размытыми условиями [1].

Действительно, современное производство остро нуждается в модернизации и инновациях, для внедрения и создания которых необходима целая генерация специалистов с креативным, нестандартным мышлением. Весьма остро в таких специалистах нуждается отрасль автоматизации производства, так как ее широкое использование позволяет не только повысить производительность труда и качество продукции, снизить ее себестоимость, но и освободить человека от тяжелого физического и рутинного интеллектуального труда, обеспечив максимальное раскрытие его творческих способностей.

Для современного производства характерно наличие в той или иной мере информационной неопределенности относительно управляемых процессов, так как в связи с усложнением технологий получение полной и достоверной информации о них оказывается чрезвычайно дорогим или же вообще невозможным. Поэтому в конце ХХ века стала ощущаться острая необходимость в разработке новых методов управления технологическими процессами, эффективных в условиях информационной неопределенности, то есть неполноте или даже отсутствии информации о динамических характеристиках управляемых технологических объектов и статистических характеристиках действующих на них возмущений.

К настоящему времени был разработан целый ряд таких методов. Для их классификации введем четыре парадигмы управления в условиях информационной неопределенности: нечеткая, адаптивная, робастная, нейросетевая. Каждая из них объединяет целое семейство методов и алгоритмов, различающихся подходами к решению задач управления и степенью эффективности применения в тех или иных условиях.

Нечеткая парадигма управления включает семейство методов, базирующихся на теориях нечетких множеств и нечеткой логики, применение которых позволяет вначале описать процесс управления в лингвистических терминах, а затем с помощью процедуры дефаззификации получить строгое математическое решение. В результате управляющие контроллеры наделяются свойствами человеческого интеллекта, способного успешно решать «открытые задачи». Адаптивная парадигма управления объединяет методы и алгоритмы, позволяющие построить и периодически корректировать математическую модель объекта на основе наблюдений за входными и выходными сигналами замкнутой системы управления. Робастная парадигма управления представляет собой совокупность методов и алгоритмов, весьма эффективных при отсутствии информации о статистических характеристиках возмущающих воздействий и наличии погрешностей в математическом описании управляемых объектов. Нейросетевая парадигма управления включает методы и алгоритмы, позволяющие совершенствовать уже известные алгоритмы управления, применяя для этого обучаемые нейронные сети.

Рис. 1. Мультиканальный лабораторный стенд

специалист креативный автоматизация производство

Установим последовательность наиболее эффективного применения методов, входящих в состав указанных выше парадигм управления. В условиях полной неопределенности относительно характеристик управляемых объектов и действующих на них возмущений целесообразно применять нечеткую парадигму управления, так как она базируется на теориях, специально разработанных для решения задач с размытыми условиями. Затем, применяя адаптивную парадигму, можно постепенно накопить информацию о динамике объекта, что позволяет уже перейти к использованию робастной парадигмы, которая, в свою очередь, может быть усовершенствованна с помощью нейросетевой парадигмы.

Таким образом, установлены парадигмы управления в условиях информационной неопределенности и их взаимосвязь. Применение указанных парадигм при обучении студентов специальности «Автоматизация и управление технологическими процессами» дисциплинам «Теория автоматического управления», «Автоматизациятехнологических процессов», «Проектирование систем управления» и другим, позволило существенно интенсифицировать учебный процесс и обучить студентов целому ряду эффективных подходов к решению «открытых задач».

В целях более глубокого и успешного усвоения учебного материала по парадигмам управления в Московском государственном университете технологий и управления (МГУТУ) для обучения им студентов (при активном содействии отдела технической поддержки и обучения ЗАО «Шнейдер Электрик») был разработан, смонтирован и успешно эксплуатируется мультиканальный лабораторный стенд (см. рис. 1) на базе программируемого логического контроллера (ПЛК) TSX Premium [2].

Стенд обеспечивает 16 дискретных входов и 8 дискретных выходов, а также 12 аналоговых входов и 8 аналоговых выходов. В случае необходимости стенд может быть расширен до следующих параметров: 1024 дискретных входов-выходов и 80 аналоговых входов-выходов. Время обработки информации процессором ПЛК - 0,19 мкс + 2,4 мкс. ПЛК позволяет устанавливать модули ввода-вывода на расстоянии до 50 м и обладает высокой скоростью обмена информацией (по внутренней шине до 10 Мбит/с, время реакции на внешнее событие 1,1 мс).

Наличие во вспомогательном оборудовании электронных ключей «Unison» позволяют управлять исполнительными механизмами напряжением ~24 + 480 V и током до 50 А. Стенд оборудован автоматом тепловой защиты Merlin Gerin.

Данный стенд позволяет осуществлять индикацию ошибок и формировать графические изображения для вывода трендов и информации о значениях параметров состояния управляемых объектов.

Таким образом, выполненные исследования позволили не только методически более правильно и успешно организовать учебный процесс при изучении наиболее эффективных на практике методов управления, но и реализовать их на базе современных технических средств.

Литература

1. ГинA.A. Приемы педагогической техники: Свобода выбора. Открытость. Деятельность. Обратная связь. Идеальность. Пособие для учителя // М., 2005.

2. Жиров М.В., Хисамов Р.Н., Петров С.С., Хохловский В.Н., Совлуков A.C. Мультиканальный лабораторный стенд на базе ПЛК TSX Premium // Автоматизация в промышленности. 2007 №4. С. 8 9.

Размещено на Allbest.ru