Урок по информатике "Автоматическое управление"

Тема: Проект «Автоматическое управление с автоматической обратной связью»

на языке Turbo Delphi

Цель урока:  Дать первоначальные представления о разработке информационных моделей систем автоматического управления с автоматической обратной связью.

Ход урока:

Организационный момент:

Приветствие учащихся, проверка явки, объявление темы и цели урока.

Объяснение нового материала

Сегодня мы завершаем разработку информационных моделей систем управления. На прошлых уроках мы узнали, что существуют системы управления без обратной связи, системы управления с обратной связью и системы автоматического управления с автоматической обратной связью.

Вопрос учащимся: В чем заключается принцип работы систем управления без обратной связи? Приведите примеры таких систем управления.

Ожидаемый ответ: В системах управления без обратной связи не учитывается состояние управляемого объекта и обеспечивается управление только по прямому каналу (от управляющего объекта к управляемому объекту). Примеры: светофор, неуправляемая ракета и т.д.

Мы с вами построили модель системы управления без обратной связи.

Вопрос учащимся: В чем недостаток систем управления без обратной связи? Есть ли достоинства?

Ожидаемый ответ: Недостаточная эффективность управления и точность попадания, но и меньшие финансовые затраты.

Для повышения эффективности управления применяются системы управления с обратной связью

Вопрос учащимся: В чем заключается принцип работы систем управления с обратной связью? Приведите примеры таких систем управления.

Ожидаемый ответ: В системах управления с обратной связью управляющий объект по прямому каналу управления производит необходимые действия над объектом управления, а по каналу обратной связи получает информацию о реальных параметрах объекта управления. Примеры: регулировщик дорожного движения, управляемая ракета и т.д.

Мы с вами построили модель системы управления с обратной связью.

Она позволяет осуществлять управление с гораздо большей точностью. Это, конечно же, ее достоинство по сравнению с предыдущей моделью.

Вопрос учащимся: А в чём вы видите недостаток систем управления с обратной связи?

Ожидаемый ответ: Человеческий фактор: достаточно большое время на принятие решений, усталость, невнимательность и т.д.

Чтобы исключить человеческий фактор и осуществлять управление с еще большей точностью применяют системы с автоматическим управлением и автоматической обратной связью.

Модель такой системы нам сегодня и предстоит разработать.

Тема нашего урока: Проект «Автоматическое управление с автоматической обратной связью» на языке Turbo Delphi.

Цель урока: Разработать компьютерную модель автоматического управления с автоматической обратной связью на языке Turbo Delphi

   

Учитель открывает проект в программе Turbo Delphi, ученики открывают учебник на с.110.

Мы видим, что на форму нужно поместить…(далее продолжают ученики).

1)      две кнопки: Buttonl – для запуска графического интерфейса проекта и Button2 – для запуска автоматической обратной связи;

2)      две надписи Label 1 и Label2 для вывода текущих координат управляемого объекта (точки);

3)      графическое поле Image 1, по которому будет перемещаться точка (закрашенный кружок).

Проанализируем программу, предложенную автором учебника.

Нажатие на кнопку «Мишень и точка» запускает событийную процедуру, которая…(далее продолжают ученики):

1)      рисует белый квадрат (200×200) и стирает предыдущий вариант;

Imagel.Canvas.Brush.Color:=clWhite;

Imagel.Canvas.Rectangle(0,0,200,200);

Imagel.Canvas.FillRect(Rect(0,0,200,200));

2)      обеспечивает случайную генерацию первоначальных координат точки x1 и y1 в пределах от 0 до199 включительно,

Randomize;

Xl:=Random(200);

Yl:=Random(200);

3)      рисует красную всплошную закрашенную точку (управляемый объект), R=3;

Forml.Imagel.Canvas.Brush.Color:=clRed;

Forml.Imagel.Canvas.Brush.Style:=bsSolid;

Forml.Imagel.Canvas.Ellipse(Xl-3,Yl-3,Xl+3,Yl+3);

4)      рисует в центре графического поля мишень – круг с координатами центра (100, 100), R=20.

Forml.Imagel.Canvas.Brush.Style:=bsClear;

Forml.Imagel.Canvas.Ellipse(80,80,120,120);

Нажатие на кнопку «Шаг» запускает событийную процедуру, которая…(далее продолжают ученики):

1)      переменным x2 и y2 присваивает координаты центра мишени (100, 100)

X2:=100;

Y2:=100;

2)      выполняет автоматическую корректировку координат точки (управляемого объекта) с использованием инструкции выбора If-Then-Else.

If X2-X1>0 Then X1:=X1+1 Else X1:=X1-1;

If Y2-Y1>0 Then Y1:=Y1+1 Else Y1:=Y1-1;

3)      выводит новые координаты точки на надписи

Labell.Caption:=IntToStr(XI);

Label2.Caption:=IntToStr(Yl);

4)  рисует красную всплошную закрашенную точку (R=3) с центром в новых координатах

Forml.Imagel.Canvas.Brush.Color:=clRed;

Forml.Imagel.Canvas.Pen.Color:=clRed;

Forml.Imagel.Canvas.Brush.Style:=bsSolid;

Forml.Imagel.Canvas.Ellipse(Xl-3,Yl-3,Xl+3,Yl+3);

Запустим проект и нажатиями кнопки Шаг осуществим попадание точки в мишень.

Проанализируем полученный результат с точки зрения поставленной цели, а именно мы должны были разработать компьютерную модель автоматического управления с автоматической обратной связью.

1)      Существует автоматическая обратная связь?         Существует

2)      Модель адекватно отражает полет снаряда? Нет. В процессе перемещения точка отклоняется от требуемой траектории (периодически 100 меняется на 99 и даже при достижении центра мишени)

3)      Разработали компьютерную модель с автоматическим управлением? Нет. Для перемещения точки нужно нажимать на кнопку Шаг. 

Попробуем устранить выявленные недостатки.

1)      В чем причина отклонение от требуемой траектории?

Ожидаемый ответ: Автоматическая корректировка координат точки выполняется и при достижении необходимого значения (100).

2)      Какие будут предложения по стабилизации траектории прямолинейного движения?

Ожидаемый ответ: необходимо внести изменения в инструкцию выбора If-Then-Else, исключив корректировку координат при X2=X1 и Y2=Y1.

If X2-X1>0 Then X1:=X1+1 Else If X2-X1<0 Then X1:=X1-1;

If Y2-Y1>0 Then Y1:=Y1+1 Else If Y2-Y1<0 Then Y1:=Y1-1;

3)      Какие будут предложения по автоматизации управления?

Ожидаемый ответ: необходимо внести циклическое выполнение команд событийной процедуры.  Условие прекращение цикла с постусловием – достижение центра мишени, т.е. одновременное выполнение условий X2=X1 и Y2=Y1.

Repeat

If X2-X1>0 Then X1:=X1+1 Else If X2-X1<0 Then X1:=X1-1;

If Y2-Y1>0 Then Y1:=Y1+1 Else If Y2-Y1<0 Then Y1:=Y1-1;

Labell.Caption:=IntToStr(XI);

Label2.Caption:=IntToStr(Yl);

Forml.Imagel.Canvas.Brush.Color:=clRed;

Forml.Imagel.Canvas.Pen.Color:=clRed;

Forml.Imagel.Canvas.Brush.Style:=bsSolid;

Forml.Imagel.Canvas.Ellipse(Xl-3,Yl-3,Xl+3,Yl+3);

Until (X2=X1) and (Y2=Y1);

Выполнение практической работы

Подведение итогов урока

1.       Дать общую характеристику работы класса.

2.       Показать успешность овладения содержанием урока.

3.       Вскрыть недостатки, показать пути их преодоления.

4.       Выставление оценок.

Домашнее задание. §1.9.3. ( стр. 110-111), оформление проекта в тетрадях.