1.2. Обоснование выбора программных и технических средств для реализации Интернет – подсистемы

Основными требованиями, предъявляемыми к программным средствам, предназначенным для реализации автоматизированных подсистем обучения и контроля знаний, являются:

• стоимость;

• мобильность (возможность использования на различных компьютерах);

• сопоставимость времени, потраченного на изучение данного продукта и способов работы с ним и времени для достижения конечного результата;

• возможность использования в дальнейшем.

Также при разработке АОС интернет-систем перед программистом встает несколько специфических задач, связанных с тем, что это активная диалоговая система, постоянно взаимодействующая с пользователем через интернет-браузер в режиме on-line . К основным таким задачам относятся:

• оптимизация графических файлов под интернет. Для этого требуется использовать специальный набор графических редакторов;

• создание логически спроектированного интернет-ресурса, позволяющего управлять работой программы. Этот ресурс создается при помощи гипертекстового языка разметки HTML, языка обработки сценариев PHP и объектно-ориентированного языка javascript,

Популярная технология создания переносимых Web – приложений, предполагает применение так называемых серверных сценариев РНР. Аббревиатура РНР расшифровывается рекурсивно как РНР Hypertext Preprocessor, что означает «препроцессор гипертекста РНР». Аббревиатуру РНР расшифровывают и по – другому – персональные домашние странички (Personal Home Page, PHP).

Препроцессор РНР был создан в 1994 году программистом по имени Rasmus Lerdorf, который хотел таким образом всего – навсего отслеживать посетителей домашней Web – странички, содержащей резюме программиста. Через год РНР стал доступен разработчикам Web – приложений под названием Personal Home Page Tools, что можно перевести как «инструментарий для создания персональных домашних страничек».

Первые версии РНР содержали довольно простой интерпретатор серверных сценариев, облегчающий создание таких непременных атрибутов домашних Web – страничек, как счетчики посещений и гостевые книги. Однако в середине 1995 года РНР был дополнен средствами интерпретации данных форм HTML, а также интерфейсом к СУБД mySQL. В результате РНР стал пригоден для создания активных Web – приложений, интегрированных с базами данных.

В 1997 году программисты Zeev Suraski и Andi Gutmans переписали интерпретатор РНР, в результате чего на свет появился РНР версии 3, завоевавший большую популярность у разработчиков Web – приложений.

Современный интерпретатор РНР версии 4 – детище компании Zend Technologies. Он обладает высокой производительностью и может использоваться со всеми наиболее распространенными Web – серверами, в том числе:

• Apache;

• Microsoft Internet Information Server;

• Microsoft Personal Web Server;

• FHTTPD;

• Caudium;

• Netscape Web –сервер;

• OmniHTTPD;

• Oreilly Wedsite Pro;

• Xitami.

Для РНР версий 3 и 4 создано множество библиотек и программных расширений. Кроме того, интерпретатор РНР, оставаясь доступным для бесплатной загрузки из Интернета, поставляется с Web – серверами и большинством операционных систем:

• Linux;

• HP – UX;

• Solaris;

• OpenBSD;

• Mac OS X;

• Microsoft Windows 95/98/NT/2000/XP.

В рамках современных библиотек функций РНР имеются все средства, необходимые для разработки сложных Web – приложений. По удобству применения сценарии РНР ни в чем не уступают программам Perl, а кое-где даже их превосходят. Кроме того, интерпретатор РНР поставляется бесплатно с исходными текстами и доступен для всех основных компьютерных платформ.

Работает PHP следующим образом. Когда клиент направляет свой браузер по тому или иному адресу URL, этот запрос передается Web – серверу с использованием протокола передачи гипертекстовых данных НТТР. Получив запрос Web – сервер находит в своих каталогах файл нужной страницы HTML и отправляет его браузеру клиента, в окне которого страница и отображается.

В этом случае Web – сервер посылает клиенту содержимое статической страницы в неизменном виде. Поэтому данная технология не позволяет создавать динамические станицы, а только статические Web – узлы, что не допустимо для создания рассматриваемой в дипломном проекте подсистемы автоматизированного обучения и контроля знаний в среде Internet на примере однофазного трансформатора.

Что касается серверных сценариев РНР, то они встраиваются непосредственно в текст документа HTML с помощью специальных тегов. Получив от браузера запрос на отображение страницы, Web – сервер находит на ней серверные сценарии РНР и выполняет их как интерпретируемый программный код.

Перед отправкой страницы HTML клиенту этот код может вставлять в нее произвольные символы или фрагменты или полностью формировать динамические страницы «с нуля» (в том числе с применением шаблонов), а также выполнять переадресацию браузера клиента на другой адрес URL.

Для ускорения процесса создания html-ресурсов разными фирмами были разработаны программы-редакторы html-кода. Одной из профессиональных програграмм является Dreamweaver фирмы Macromedia. У этой программы есть несколько преимуществ по сравнению с остальными html-редактрорами:

• Во-первых, это WYSIWYG редактор (What You See Is What You Get) «что вижу, то печатаю», другими словами, редактор с графическим интерфейсом. Что обеспечивает удобство формирования и редактирования html-страниц.

• Во-вторых, данный редактор автоматически не вставляет лишние теги в тело html-документа, что значительно уменьшает конечный размер страницы.

• В-третьих, этот редактор совмещается с еще одной программой фирмы Macromedia – CourseBulder, которая создана специально для разработки тестов, учебных баз данных и баз знаний.

Все это открывает программисту новые возможности, позволяя производить быструю разработку и совершенствование высокоскоростных приложений в Windows под интернет.

Все графические файлы оптимизированы под интернет с помощью программы ImageReady фирмы Adobe. Это растровый графический редактор, разработанный фирмой Adobe специально для оптимизации графики под интернет.

Что касается рассматриваемой в проекте разработки, на взгляд разработчика, целесообразно сделать выбор технических средств реализации Интернет - подсистемы, ориентируясь, на те средства, которые уже имеются в наличии у потенциальных потребителей разработанного программного продукта и не требуют дополнительных затрат на его эксплуатацию.

На сегодняшний день в России подавляющая часть всех используемых персональных компьютеров составляют IBM-совместимые машины. Компьютеры этого типа имеют самое развитое программное и математическое обеспечение, и рынок компьютеров и информационных технологий постоянно пополняется новыми разработками, в том числе и разработками в области систем автоматического управления.

Кроме того, что большую роль играет парк вычислительной техники, имеющейся на кафедре, в первую очередь важно программное обеспечение, существующее в сфере обработки информации и создания баз данных

Таким образом, выбор технических средств реализации обучающей Интернет–подсистемы для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости продиктован вышеперечисленным рядом вполне объективных причин, и окончательно был сделан в пользу IBM.

Растровая графика создавалась с помощью Microsoft Paint, предоставляющим самые простейшие и в тоже время самые необходимые возможности для создания графических изображений. В некоторых случаях использовался мощный графический редактор Photoshop 7.0, который представляет собой пакет программ, позволяющий работать с растровыми изображениями. А также использовался пакет для векторной графики - CorelDraw 11.

В качестве печатающего устройства был выбран принтер HP LaserJet 1200, обеспечивающий достаточное качество печати. Для ввода графической информации использовался сканер Epson Stylus Photo 950 .

С учетом вышесказанного, обучающая Интернет–подсистема для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости была разработана на языке высокого уровня PHP 5.2.4 с использованием объектно-ориентированного языка JavaScript. Кроме этого для работы с гипертекстовой разметкой HTML использовался пакет Macromedia Dreaweaver 4.0; для формирования и адаптации в интернет графических изображений был использован графический редактор Adobe Photoshop CS3.

Тестирование системы проводилось на intel-совместимом персональном компьютере семейства x86 с установленной операционной системой Windows ХР и интернет-сервером Apache версии 2.2.4 for Windows .

1.3. Разработка Обучающей подсистемы для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде интернет.

Рост НТП приводит к непрерывному увеличению объема знаний, которыми должны овладевать специалисты отраслей народного хозяйства, в том числе и дистанционным путем. В настоящее время в этой сфере обучения ведется интенсивный поиск новых методов и средств повышения эффективности методов и форм обучения. Один из перспективных способов обучения - это использование автоматизированных обучающих систем (АОС).

Проблема создания автоматизированных обучающих систем в целом зависит от решения следующих основных задач:

1. Создание информационного обеспечения автоматизированных обучающих систем, разработка которого связана с:

- решением проблемы построения информационно логического обеспечения, необходимого для создания логики процесса управления обучением в диалоговом режиме;

- наполнением системы конкретными материалами.

2. Разработка математического обеспечения или нахождение программных продуктов, специально предназначенных для разработки систем такого класса, при этом:

- основной задачей является создание модельного обеспечения (т.е. создание модели анализа ответов обучаемого);

- организация необходимых вычислений при составлении полного отчета по результатам тестирования и обучения.

3. Организация алгоритмического и программного обеспечения, ведения диалога для процесса обучения.

4. Создание алгоритмического обеспечения функционирования всех блоков, моделей, составляющих АОС.

5. Создание программного обеспечения, связанного с выбором алгоритмического языка программирования или макроязыка конкретного пакета и написание разработанных алгоритмов обучения на выбранном языке для ввода в ЭВМ.

6. Наличие технического обеспечения, которое связано с выбором технических средств, необходимых для работы подсистемы.

Разработка Обучающей под система для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде интернет является одной из наиболее трудоемких частей диплома.

Основная задача — установление последовательности этапов переработки информации в системе, то есть создание алгоритма функционирования системы в целом, а также алгоритмов, составляющих систему блоков и модулей. При этом необходимо учитывать один из важнейших этапов создания автоматизированных систем обучения — принцип модульности, предполагающий дискретность структуры системы и ее частей. В этом случае в процессе работы с подсистемой обеспечивается возможность замены и редактирования, по мере надобности, определенных модулей. Соблюдение этого принципа придает подсистеме необходимую гибкость и подвижность в плане приспосабливаемости, расширения и обновления.

Структура  Обучающей подсистемы для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде Интернет представлена на рис.1.19.

Рис. 1.19 Структура Интернет–подсистемы для лабораторного исследования устойчивости замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости

Как видно из рисунка, обучающая подсистема состоит из 7-ти основных блоков:

1. Блок управления  Обучающей подсистемой для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде интернет с помощью частотных критериев устойчивости.

2. Блок обучения.

3. Блок контроля знаний.

4. Блок лабораторного исследования.

5. Блок базы знаний по частотным характеристикам замкнутой САУ и частотным показателям качества для оценки устойчивости САУ.

6. Блок управления интерфейсом.

7. Блок помощи по работе с  Обучающей подсистемой для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде интернет с помощью частотных критериев устойчивости.

Блок управления Обучающей подсистемой для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде интернет с помощью частотных критериев устойчивости — первый по значимости блок системы. Он занимает главное положение в структуре. Блок управления обучающей Интернет – подсистемой для лабораторного исследования выполняет все диспетчерские функции в системе, определяет последовательность вызова подпрограмм, передачи промежуточных результатов между модулями и для вывода пользователю.

Блок обучения — представляет собой иллюстрированное изложение теоретических сведений по частотным и логарифмическим частотным характеристикам замкнутой САУ и частотным показателям качества для оценки их устойчивости. В результате отбора, анализа и систематизации информации были выделены разделы необходимые для выполнения лабораторного практикума.

Амплитудно-фазовая частотная характеристика (АФЧX) . михайлов

Амплитудная частотная характеристика (ЯЧХ) .

Фазовая частотная характеристика (ФЧХ) .

Вещественная частотная характеристика (ВЧК) .

Мнимая частотная характеристика (МЧХ) ..

Логарифмическая амплитудная частотная характеристика (ЛАЧХ) .

Логарифмическая фазовая частотная характеристика (ЛФЧХ)

Для исследования замкнутой системы с передаточной функцией используются понятия, формулы и характеристики, аналогичные, тем, что рассмотрены выше для разомкнутой системы.

Для создания обучающего раздела подсистемы был использован html-редактор Macromedia Dreaweaver 4.0 и графический редактор Adobe Photoshop 6.0

Блок допуска включает в себя два различных варианта тестирования, позволяющих объективно оценить знания студентов.

Режим “Полный допуск” рассчитан на студентов, уже имеющих достаточный уровень знаний по частотным характеристикам замкнутой САУ и оценки их устойчивости с помощью частотных показателей устойчивости. Данный вариант контроля позволяет определить степень подготовленности студента по всей теме.

Студенту предлагается ответить на 21 вопрос. После каждого ответа студенту сообщается верно или неверно он ответил. В конце тестирования выставляется оценка.

Оценка считается по принципу:

" Пять " - верных ответов 90%

" Четыре " - верных ответов 75%

" Три " - верных ответов 60%

" Два " - верных ответов менее 60%

Режим “Экспресс контроль знаний” рекомендуется для допуска к лабораторной работе. Предполагается, что основные теоретические сведения студенту уже известны и оформлен конспект для выполнения лабораторной работы. В данном режиме контроля, по желанию преподавателя, студенту задается до 5 вопросов.

Установить «Количество вопросов» студент или преподаватель в разделе Настойки системы.

Тестирование в режиме “Экспресс допуск” проводится с учетом времени. На каждый ответ дается по 60 секунд. Если студент не успевает ответить в течение 60 секунд, то ответ приравнивается к неверному. В процессе тестирования студенту не сообщается верно или неверно он отвечает. Только после окончания тестирования сообщаются результаты и оценка.

В режиме тестирования для допуска к лабораторному исследованию в качестве основной формы диалога “вопрос-ответ” выбран вопрос типа multiple choice (выбор одного из нескольких). Ниже приведены вопросы и варианты ответов, примененные для допуска студентов к лабораторному исследованию устойчивости замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости.

Блок лабораторного исследования — управляет подсистемой лабораторного исследования.

В ходе лабораторного исследования необходимо провести моделировании на ЭВМ частотных характеристик замкнутой системы, логарифмических частотных характеристик разомкнутой системы, осуществить расчет частотных показателей (оценок) качества и анализ устой­чивости САУ с помощью частотных критериев устойчивости при зада­нии параметров передаточной функции разомкнутой системы W(р). При этом исследуется влияние параметров передаточной функции W(р) на изменение частотных характеристик и оценок качества, на устой­чивость САУ для случаев, когда разомкнутая система:

а) является устойчивой;

б) находится на границе устойчивости (имеет Нулевой корень характеристического уравнения);

в) является неустойчивой.

Лабораторная работа выполняется в следующем порядке:

1. Необходимо задать значения параметров передаточной функции W(р), соответ­ствующие устойчивой (находящейся на границе устойчивости; неустойчивой) разомкнутой системе;

2. провести моделирование частотных и логарифмических частотных характеристик разомкнутой и замкнутой САУ,

3. провести расчет частотных показателей качества;

4. провести оценку устойчивости замкнутой САУ.

К числу основных частотных оценок качества САУ в лабораторной работе рассматриваются:запас устойчивости по амплитуде (или по модулю) (в линейном масштабе) и (в логарифмическом масштабе); запас устойчивости по фазе ; показатель колебательности ; резонансная частота ; частота среза ; частота , соответствующая полосе пропускания замкнутой системы.

В основе выбора именно такой структуры обучающей Интернет–подсистемы для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости лежит требование к простоте логики системы.

Таким образом, разработанная структура обучающей Интернет–подсистемы для лабораторного исследования устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ с помощью частотных критериев устойчивости является достаточно мощным инструментом, на базе которого можно разработать многообразные сценарии обучения или тестирования. Кроме того, следует отметить тот факт, что разработчики подсистемы заложили в нее возможность включения в одну тему любого количества разделов.

1.4. Разработка структуры меню  Обучающей подсистемы для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде интернет с помощью частотных критериев устойчивости

Меню предназначено для навигации по Обучающей подсистемы для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде интернет с помощью частотных критериев устойчивости и имеет удобную одноуровневую структуру и представлена на рис.1.20.

Рис. 1.20. Структура меню обучающей Обучающей подсистемы для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде интернет с помощью частотных критериев устойчивости с помощью частотных критериев устойчивости

1. Лекции - выдается страница с содержанием лекционного курса по дисциплине «Основы теории управления», изучаемого студентами 3 курса специальности «Системы автоматизированного проектирования» и «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети». При нажатии на «кнопки» содержания студент может получить иллюстрированный материал той или иной части лекционного курса, который может потребоваться при подготовке к выполнению лабораторной работы и тестированию.

2. Методика проведения ЛР — в этом пункте собраны общие сведения по частотным и логарифмическим частотным характеристикам разомкнутой и замкнутой САУ и частотным показателям качествам, а также порядок выполнения работы:

   1. Цель работы

   2. Теоретические сведения

   3. Частотные характеристики САУ.

   4. Частотные показатели (оценки) качества САУ.

   5. Оценка устойчивости САУ по ее частотным и логарифмическим частотным характеристикам.

   6. Порядок выполнения лабораторной работы

   7. Содержание отчета

3. Режим допуска к лабораторному исследованию — включает в себя полный допуск и экспресс-допуск