Конспект урока по информатике на тему: "Автоматизированные и автоматические системы управления"

Этапы урока

Время

1. Организационный момент

2 мин

2. Активация знаний

15 мин

3. Целеполагание

3 мин

4. Изучение нового материала

20 мин

5. Рефлексия

3 мин

6. Домашнее задание

2 мин

Этапы урока

Деятельность учителя

Деятельность учеников

1.Организационный этап

Здравствуйте, ребята, присаживайтесь.

Меня зовут Наталья Анатольевна. Кто забыл, я напоминаю.

Здороваются, садятся за свои места.

2. Активация знаний

Что такое алгоритм?

Откуда произошло это слово?
Что такое исполнитель?

Что такое система команд исполнителя?

Проверочная работа по определению и свойствам алгоритма.

Ответы учащихся

3. Целеполагание

Компьютеры помогают решать задачи управления в самых разных масштабах: от управления станком или транспортным средством до управления производственным процессом на предприятии или даже целой отраслью экономики государства.

Конечно, поручать компьютеру полностью, без участия человека, руководить предприятием или отраслью экономики сложно, да и не безопасно. Для управления в таком масштабе создаются компьютерные системы, которые называются автоматизированными системами управления (АСУ). Такие системы работают вместе с человеком. Запишите тему сегодняшнего урока «Автоматизированные и автоматические системы управления». (слайд 1)

4. Изучение нового материала

АСУ помогает руководителю получить необходимую информацию для принятия управляющего решения, а также может предложить наиболее оптимальные варианты таких решений. Однако окончательное решение принимает человек. (слайд 2)

В АСУ используются самые современные средства информационных технологий: базы данных и экспертные системы, методы математического моделирования, машинная графика и пр.

С распространением персональных компьютеров технической основой АСУ стали компьютерные сети. В рамках одного предприятия это локальные компьютерные сети. Автоматизированные системы управления, работающие в масштабах отрасли, в государственных масштабах, используют глобальные компьютерные сети.

Другим вариантом применения компьютеров в управлении являются системы автоматического управления (САУ). Объектами управления в этом случае чаще всего выступают технические устройства (станок, ракета, химический реактор, ускоритель элементарных частиц).

В САУ все операции, связанные с процессами управления (сбор и обработка информации, формирование управляющих команд, воздействие на управляемый объект) происходят автоматически, без непосредственного участия человека. (слайд 3)

Устройства автоматического управления стали создаваться задолго до появления первых ЭВМ. Как правило, они основаны на использовании каких-либо физических явлений. Например, автоматический регулятор уровня воды в баке основан на выталкивающем действии воды на поплавок регулятора; автоматические предохранители в электрических сетях основаны на тепловом действии электрического тока; система автоматического регулирования освещенности в помещении использует явление фотоэффекта. Существуют и более сложные примеры бескомпьютерного автоматического управления.

Преимущество компьютерных систем автоматического управления перед такими устройствами в их большей «интеллектуальности», в возможности осуществлять более сложное управление, чем простые автоматы.

Рассмотрим ситуацию, в которой объектом управления является техническое устройство, а управляющим объектом — система автоматического управления.

Компьютер работает с двоичной информацией. Управляющая команда, выработанная программой, в компьютере имеет форму двоичного кода. Чтобы она превратилась в физическое воздействие на управляемый объект, необходимо преобразование этого кода в электрический сигнал, который приведет в движение «рычаги» управления объектом. Такое преобразование из двоичного кода в электрический сигнал называют цифро-аналоговым преобразованием. (слайд 4) Выполняющий такое преобразование прибор называется ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). (слайд 5)

Приборы, которые дают информацию о состоянии объекта управления, называются датчиками. Они могут показывать, например, температуру, давление, деформации, напряженности полей и пр. Эти данные необходимо передать компьютеру по линиям обратной связи. Если показания датчиков имеют аналоговую форму (электрический ток или потенциал), то они должны быть преобразованы в двоичную цифровую форму. Такое преобразование называется аналого-цифровым, (слайд 6) а прибор, его выполняющий, — АЦП (аналого-цифровой преобразователь) (слайд 7).

Все сказанное отражается в схеме, приведенной на экране. Такая система работает автоматически, без участия человека.

(слайд 8)

Системы автоматического управления работают в режиме реального времени. Легко понять, что всякая управляющая команда должна быть отдана вовремя. Любой процесс происходит с какой-то скоростью, в каких-то временных рамках.

Режим, при котором управляющая система работает синхронно с объектом управления, называется режимом реального времени. (слайд 9)

При составлении программ управления в реальном времени программистам приходится решать вопрос не только о том, в каком порядке отдавать команды, но и в какие моменты времени это делать. Значит, система управления должна взаимодействовать с прибором, отмеряющим время: часами, таймером.

Напомним, что в составе персонального компьютера есть устройство, называемое генератором тактовой частоты. Работа всех узлов компьютера синхронизируется по тактовой частоте. Вот на эти «часы» и ориентируется программа управления в режиме реального времени.

Не следует думать, что в системах автоматического управления всегда используется универсальный компьютер с полным комплектом всех устройств (клавиатура, дисплей и пр.). Конечно, бывает и такое, но очень часто для этих целей применяются специализированные устройства — контроллеры. В их состав обязательно входят процессор, память и необходимые средства связи с объектом управления. Если управляющая система все время должна работать по одной и той же программе, то эта программа хранится в постоянной памяти (ПЗУ).

В простейших случаях для автоматического управления используются микропроцессоры, встроенные в управляемое устройство (слайд 10). Например, очень часто микропроцессоры применяются в транспортных средствах: автомобилях, самолетах, поездах. Каждый микропроцессор выполняет свою отдельную функцию, управляет работой определенного узла. Например, в автомобилях используется микропроцессор, управляющий работой карбюратора — устройства, регулирующего подачу топлива в двигатель. Такое автоматическое управление снижает расход горючего, повышает КПД двигателя.

Современные самолеты «нашпигованы» многочисленной электроникой: от микропроцессоров, управляющих отдельными приборами, до бортовых компьютеров, прокладывающих маршрут полета, т. е. выполняющих функции штурмана.

5. Рефлексия

С какими новыми понятиями вы встретились?

Ответы учащихся

6. Домашнее задание

Дополнение к главе