Применение САПР при разработке учебных программ

Применение компьютерных технологий (КТ) в современных методах подготовки специалистов становится характерным признаком нашего времени. Актуальны КТ при моделировании объектов для освоения студентами проектирования, исследования и виртуальной реализации технических устройств программными средствами. К сожалению, бывает сложно найти адекватные математические модели, например, электрических исполнительных механизмов (ЭИМ), широко применяемых на различных технологических объектах и в системах автоматизации процессов.Для решения подобных задач можно использовать САПР, обладающие самыми различными возможностями. Их библиотеки обычно содержат примеры, реализующие авторские искусственные подходы [1]. В САПР OrCAD v.10 [2], например, для моделирования вращающего момента и момента инерции электродвигателей используются резисторы и конденсаторы. Очевидно, что созданная на базе таких компонентов модель не имеет отношения к реальной электрической машине (ЭМ), а потому сложно воспринимается учащимися при исследовании. Поскольку традиционные понятия об устройстве ЭИМ и классические расчеты ЭМ всегда связаны с напряжением на якоре, напряжением противоЭДС якоря, током якоря, вращающимся моментом на валу двигателя и др. известными величинами, то, очевидно, что лучшей моделью может быть только та, в которой учитываются известные параметры.Воспользовавшись возможностями OrCAD, были подготовлены принципиальные схемы и выполнены расчеты для известного электрического двигателя постоянного тока, что позволило определить формальные зависимости различных величин. Например, взаимосвязь момента инерции якоря J с механической постоянной времени якорной цепи Tm и угловой частотой вращения холостого хода Sh определялась выражением вида [3]:J = k1(Tm/Sh) – k2.Сравнение паспортных данных реального двигателя с результатами расчетов подтвердили состоятельность полученных упрощенных моделей виртуального ЭИМ при соответствующих корректирующих коэффициентах (k1, k2). Аналогичные адекватные выражения в дальнейшем были приняты в качестве базовых для создания специальной электронной страницы программы SinSys (рис. 1) [4].Поскольку разработанная страница представлена в виде нескольких легко понимаемых студентами электрических схем, то соответствующие разделы дисциплин с помощью такого Windows-приложения усваиваются с меньшей затратой времени, а наблюдаемые результаты работы ЭИМ интерпретируются учащимися самостоятельно.Возможность общения студентов с рассматриваемым виртуальным стендом электропривода представляется весьма полезным, когда опыт чтения схем и понимания взаимосвязи компонентов в сложных системах автоматического управления только приобретается, а доступ к реальным аналогичным устройствам ограничен учебным временем или невозможен вообще.Создание лабораторных стендов программными средствами, очевидно, не требует значительного финансирования для реализации, а возможность передачи таких виртуальных лабораторий через локальные сети и Интернет для обучения дома закрепляет перспективу широкого применения дистанционных форм обучения с высоким уровнем подготовки студентов технических специальностей.