ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИРУЮЩИХ ПАКЕТОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ В АОС А. П. Зайцев, О. М. Раводин, Л.А.Торгонский. Томский университет систем управления и радиоэлектроники. rom@keva.tusur.ru Проектирование методического и материально-технического обеспечения лабораторных циклов по учебным дисциплинам связано с преодолением достаточно противоречивых ограничений, среди которых наиболее существенными представляются: 1. Сохранение дидактических средств приобретения навыков работы с приборами и исследуемыми объектами; 2. Гибкость комплектования лабораторных установок объектами исследования и приборами; 3. Обеспечение мер безаварийной эксплуатации приборов и сохранности исследуемых объектов в процессе выполнения работы и при непреднамеренных нарушениях режимов; 4. Стоимость обеспечения лабораторного цикла; 5. Возможность тиражирования и поставки средств обеспечения лабораторных циклов потребителям. Современный уровень развития вычислительной техники и ее программного обеспечения открывает широкие возможности проектирования виртуальных тренажеров, установок. Использование в АОС современных интегрированных пакетов позволяет интенсифицировать учебный процесс за счет автоматизации сложных вычислений с графическим представлением расчетных временных и частотных характеристик. Разделы "Лабораторная работа" является "инструментальной" частью АОС и могут состоять из нескольких моделирующих систем. Необходимость интеграции в АОС нескольких моделирующих систем обусловлена разнообразием задач, которые невозможно решить в рамках одной специализированной системы. К таким пакетам могут быть отнесены Electronic WorkBench и LabView. Первый из них наряду с моделирование широкого класса электрических и радиоэлектронных элементов, моделирует аналоговые и цифровые микросхемы и поддерживает анализ схем в статических режимах, в частотной и временной областях. В набор приборов включены мультиметр, генератор перестраиваемой формы напряжения и тока, двухканальный осциллограф с внутренней и внешней синхронизацией, входами постоянного и переменного напряжения; измеритель амплитудно- и фазочастотных характеристик; цифровой анализатор; генератор двоичных слов (16 восьмиразрядных слов); преобразователь логических выражений в комбинационные схемы и обратно. Виртуальные приборные панели управления фактически повторяют форму панелей соответствующих реальных приборов. Решающими достоинствами пакета являются: 1. Наличие графического редактора построения и редактирования электрических принципиальных схем с одновременным подключением приборов типового набора; 2. Отображение результатов функционирования схемы на панелях измерительных приборов в точках их подключения; 3. Моделирование и контроль параметров статического режима отображения на виртуальных шкалах мультиметра, вольтметров, амперметров; 4. Моделирование и контроль амплитудно- и фазочастотных характеристик с отображением на виртуальном экране измерителя-характериографа; 5. Моделирование и контроль переходных характеристик с отображением на виртуальном экране осциллографа; 6. Моделирование и контроль реакций цифровой схемы на входные кодовые наборы по 8-ми каналам на виртуальном экране логического анализатора. В лабораторном цикле по дисциплине "Физические основы микроэлектроники" весьма доступно реализуются лабораторные установки контроля вольтамперных характеристик (ВАХ), вольтфарадных 1 (ВФХ), переходных характеристик таких приборов, как диодов, биполярные полевые транзисторы и др. Пользователь лабораторной установки может выбирать приборы, устанавливать диапазоны измерений, контролировать напряжения и токи, временные их зависимости на шкалах и экранах виртуальных приборов. Расширение базы виртуальных приборов с требуемыми функциональными свойствами, формами панелей управления, формами отображения перемещение указателей обеспечивает пакет программ LabView. Этот пакет представляет комплекс функциональных и конструктивных модулей, из которых разработчик компонует и функционально и конструктивно требуемые приборы. Наряду с объектами синтеза приборов пакет поддерживает работу с более простыми объектами, представляющими радиоэлементы, функциональные узлы, микросхемы. Поэтому, под управлением пакета LabView могут разрабатываться виртуальные лабораторные и установки, стенды с мнемосхемами и органами управления. Исходное описание исследуемой динамической системы (что важно при проведении лабораторных работ по курсу ТАУ) должно быть представлено в виде структурной схемы, состоящей из типовых блоков и связывающих их линий. Включенный в АОС пакет СИАМ предлагает набор из 52 типовых блоков, 4 метода численного интегрирования для анализа систем во временной области, а также 3 метода параметрической оптимизации. Блоки, из которых строится схема, образуют следующие классы: а) генераторы входных сигналов различной формы; б) линейные блоки, у которых степень полинома числителя не превышает степени полинома знаменателя и другие; в) сумматоры и вычитатели; г) логические и нелинейные блоки, в том числе умножители, блоки типовых нелинейных статических характеристик, блоки с кусочно-линейной характеристикой произвольного вида; д) блоки, осуществляющие различные математические операции, например извлечение корня, логарифмирование, вычисление тригонометрических функций, квадратичных функционалов и др. Моделирующая система позволяет получать передаточные функции исследуемой системы автоматического управления, исследовать переходные процессы, оптимизировать САУ по некоторому заданному параметру. Эффективность применения АОС в большой степени зависит от качества методического обеспечения. Методически обоснованный отбор информативного материала, формирование вопросов по существу изучаемой темы, разработка заданий на выполнение практических и лабораторных занятий составляют основу методического обеспечения. Качественное методическое обеспечение позволяет увеличить глубину и сложность изучаемых вопросов, стимулирует интерес к изучаемой дисциплине. Разработанная АОС по ТОЭ состоит из следующих разделов, объединённых программной оболочкой: "Обучение", "Проверка знаний", "Лабораторная работа", "Данные и результаты", "Помощь". В разделе "Обучение" приведены основные теоретические сведения по изучаемым темам. Входное меню позволяет выбрать одну из изучаемых тем. В необходимых случаях раздел может служить основным теоретическим источником. Раздел "Проверка знаний" обеспечивает оценку степени готовности студента для выполнения заданий по теме. В режиме контроля система определяет процент правильных ответов на 15-20 вопросов по теме. В случае необходимости отрицательную оценку можно использовать в качестве блокировки режима "Лабораторная работа". В разделе "Лабораторная работа" помещён текстовый и графический материал, раскрывающий содержание заданий, и необходимые методические указания по их выполнению. 2