Использование ЭВМ в процессах управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Многие задачи в процессах управления требуют формирования таких сложных законов управления объектами, которые не могут быть реализованы традиционными элементами и устройствами автоматики. Так, например, в процессе управления движущимися объектами требуются сложные вычисления с преобразованием координат, решением прямоугольных и сферических треугольников, счислением пути и т. п. Эти задачи решаются с помощью современных средств вычислительной техники, вводимых в контур управления динамической системой или используемых для разнообразных расчетов и поисков оптимальных решений.

Процесс управления, в состав, который входят ЭВМ или иные устройства, осуществляющее обработку цифровой информации, принято называть цифровыми процессами автоматического управления.

Форма представления и способ обработки информации определяют основную особенность работы цифровых процессов и методов синтеза цифровых регуляторов. Дискретный характер сигналов в управляющей ЭВМ вызывает необходимость использования дискретных алгоритмов управления, которые могут быть построены преобразованием соответствующих непрерывных регуляторов. Вместе с тем использование ЭВМ в контуре обратной связи приводит к целому ряду особенностей цифровой системы, обусловленных спецификой взаимодействия ее функциональных элементов, а для построения аналитической модели цифровой системы необходимо принимать во внимание аппаратные средства системы и процессы обмена информацией между ними.

Целью написания данной контрольной работы является, рассмотрение использования ЭВМ в процессах управления.

В связи с поставленной целью в данной работе рассмотрим следующие понятия:

- Понятие ЭВМ и ее структурная организация;

- Понятие управления и процесса управления;

- Использование ЭВМ в процессе управления.

При написании контрольной работы использовались методы такие как, статистическое наблюдение, методы сравнения, анализ.

1.Понятие ЭВМ и ее структурная организация

Электронная вычислительная машина (компьютер) - предназначенный для автоматизации процесса обработки информации комплекс технических средств, построенный на электронных элементах.

Под структурой ЭВМ (компьютера) понимается совокупность входящих в ее состав устройств и связей между ними. Основными структурными составляющими являются: процессоры, память, устройства ввода и вывода данных.

Обобщенная структурная схема ЭВМ включает пять основных функциональных блоков: устройство ввода (УВв), запоминающее устройство (ЗУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ) и устройство вывода информации (УВыв). В ЭВМ всегда имеется не менее двух типов ЗУ: оперативное (ОЗУ) и внешнее (ВЗУ)

(рис.1).

Рис. 3.1. Обобщенная схема взаимодействия блоков компьютера в вычислительном процессе

Программный принцип управления. В основе организации вычислительного процесса на машине лежит принцип программного управления. Для решения задачи на ЭВМ необходимо составить программу. Программа - определенная последовательность команд (инструкций), которая обеспечивает выполнение задачи. Пользователь записывает программы на каком-либо алгоритмическом языке. Однако компьютер работает под управлением программы, переведенной с алгоритмического на машинный язык, который является собственным языком программирования машины. Машинным языком принято считать способ представления программ и исходных данных в доступном для ЭВМ виде, т.е. это формальный язык, предназначенный для описания алгоритма решения задачи, содержание и правило которого реализуются аппаратными средствами конкретной машины. Машинный язык строится на базе системы команд, характерной для данной ЭВМ.

Упрощенная схема вычислительного процесса может быть описана следующим образом. По указанию устройства управления (УУ) управляющая информация (команда) считывается из запоминающего устройства, передается в УУ и расшифровывается. Она определяет, какая операция, и над какими данными должна выполняться в арифметико-логическом устройстве (АЛУ). Получив соответствующие указания и адреса, запоминающее устройство (ЗУ) выдает требуемые числа в АЛУ, где они преобразуются. Результаты обработки пересылаются в ОЗУ на хранение. Окончательная результатная информация из ОЗУ с помощью устройств вывода поступает на дисплей, печатающее устройство или на машинный носитель.

2. Понятие управления и процесса управления

Управление -- это такое входное воздействие или сигнал, в результате которого система ведет себя заданным образом. Обычно управление направлено на то, чтобы система находилась в стационарном режиме (равновесном или периодическом).

Процесс -- это динамический объект, реализующий целенаправленный акт обработки данных. Процессы разделяются на прикладные и системные.

Прикладные процессы реализуют основные функции ЭВМ, заданные прикладными программами или обрабатывающими программами ОС, и инициируются заданиям и пользователей или сигналами, поступающими в ЭВМ из внешней среды. Примеры прикладных процессов: решение прикладной задачи; редактирование, трансляция и сборка программы; сортировка набора данных и др. Системные процессы реализуют вспомогательные функции, обеспечивающие работу ЭВМ. Примеры системных процессов: системный ввод; системный вывод; перемещение страниц в виртуальной памяти; работа супервизора и др. Как правило, системные процессы существуют в течение всего периода работы ЭВМ -- от момента включения до момента выключения ЭВМ.

Таким образом, функционирование ЭВМ выражается в форме процессов выполнения программ. Процесс выполнения программы связан с использованием ресурсов ЭВМ, а также наборов данных и самих программ. Следовательно, характерной чертой процесса является его одновременная связь и с выполнением программ и с работой технических средств ЭВМ.

Процесс порождается программой или пользователем и связан с данными, поступающими извне в качестве исходных и формируемыми процессом для внешнего использования. Ввод данных, необходимых процессу, и вывод данных производится в форме сообщений -- последовательностей данных, имеющих законченное смысловое значение. Ввод сообщений в процесс и вывод сообщений из процесса производится через логические (программно-организованные) точки, называемые портами. Порты подразделяются на входные и выходные. Таким образом, процесс как объект представляется совокупностью портов, через которые он взаимодействует с другими процессами ЭВМ.

Промежуток времени, в течение которого взаимодействуют процессы, называется сеансом (сессией). Важно подчеркнуть, что в ЭВМ и комплексах взаимодействие процессов обеспечивается за счет доступа к общим для них данным (общей памяти) и обмена сигналами прерывания.

Управляющий автомат (УА) может рассматриваться как устройство, реализующее алгоритм функционирования, определяющий порядок выполнения отдельных операций или процедур по управлению некоторым объектом -- объектом управления (ОУ).

Во время работы УА в соответствии с алгоритмом функционирования, который он реализует, вырабатывает последовательность сигналов управления, воздействующих на ОУ. При этом последовательность вырабатываемых управляющим автоматом сигналов зависит от состояния самого УА и внешнего сигнала R, который может быть подан извне, например, от другого УА или от человека.

Совокупность взаимосвязанных УА и ОУ образует систему УА--ОУ. В качестве системы УА--ОУ можно рассматривать обычную ЭВМ, в которой управляющим автоматом является процессор, а объектом управления -- запоминающее устройство с хранящейся в нем обрабатываемой информацией. Если ЭВМ включена в цикл управления каким-либо объектом (например, шлюзом, судном, телефонной станцией и т. п.), то в качестве УА такой системы рассматривается уже вся ЭВМ.

Если есть необходимость более детально рассмотреть функционирование самого процессора ЭВМ в виде системы УА--ОУ, то в качестве УА рассматривается центральный блок (устройство) управления (ЦБУ), а в качестве ОУ -- арифметическо-логическое устройство (АЛУ).

Система УА--ОУ хорошо представляется моделью в виде управляющего и операционного автоматов, последний из которых соответствует ОУ.

Как правило, сложные объекты управления состоят из отдельных блоков Б. При этом каждый блок объекта управления обычно содержит один или несколько исполнительных механизмов (ИМ), которые обеспечивают прием сигналов управления от УА, и датчики (сигнализаторы), которые вырабатывают в УА сигналы о состоянии блока ОУ. Например, если в качестве блока ОУ рассматривается некоторый резервуар для жидкости, то в качестве одного исполнительного механизма ИМ1 может служить привод вентиля для подачи в резервуар жидкости, а в качестве ИМ2 -- привод вентиля для слива жидкости из резервуара. Датчиками Д1 и Д2 такого блока ОУ служат сигнализаторы соответственно верхнего и нижнего предельных уровней жидкости в резервуаре.

В свою очередь, УА может быть одноблочным и многоблочным.

В одноблочных УА обычно реализуются достаточно простые алгоритмы функционирования, а сами УА включают небольшое число логических элементов, разделение которых по каким- либо признакам на отдельные группы и выделение, таким образом, нескольких блоков нецелесообразно, а в ряде случаев и невозможно. Примерами одноблочных УА могут служить разнообразные счетчики, дешифраторы, устройства приема последовательности импульсов и преобразования ее в параллельную кодовую комбинацию импульсных или потенциальных сигналов, управляющие комплекты искателей телефонных станций и т. д.

При реализации достаточно сложного алгоритма функционирования, если УА становится довольно сложным устройством, то его по тем или иным признакам разделяют на отдельные блоки. Поэтому блоки многоблочного УА называют функциональными блоками (ФБ). В дальнейшем для простоты будем считать, что в одном ФБ реализуется одна функция, которая определяется процедурой реализуемого в УА алгоритма функционирования.

Таким образом, в многоблочных УА каждый из ФБ, выполняя одну функцию, реализует только отдельную часть алгоритма функционирования (процедуру), которую будем называть частным алгоритмом функционирования или частным алгоритмом.

Для того чтобы многоблочный УА реализовал алгоритм функционирования полностью, между ФБ должны быть управляющие связи (УС), определяющие в соответствии с заданным алгоритмом порядок работы ФБ в процессе управления.

Выполняемый в УА или АСУ процесс, обеспечивающий управление технологическим процессом, будем называть управляющим процессом или процессом управления.

Управление всегда имеет определенную цель. Обычно она формулируется как ограничение на множество возможных состояний системы, или какой-либо показатель системы, который нужно поддерживать в заданных пределах, либо максимизировать. Если известна зависимость указанного показателя от входных воздействий на систему, или ее состояния, то он называется целевой функцией.

Часто цель не может быть достигнута сразу, а необходимо пройти несколько этапов, на каждом из которых имеется локальная цель, не совпадающая с главной целью. Эти локальные цели называются задачами управления. Пример: автобус идет по маршруту. Цель - конечный пункт. Задача - проехать по данной улице. Может оказаться, что направление движения по улице сильно отличается от направления на конечный пункт.

Для осуществления процесса управления нужно наличие трех элементов:

- управляемый объект;

- орган управления;

- исполнительный орган.

Орган управления -- это система, на вход которой поступают сигналы о состоянии управляемого объекта и среды, а на выходе - сигнал о необходимом в данной ситуации управлении.

Исполнительный орган -- это система, на вход которой поступает сигнал о необходимом управлении, а на выходе вырабатывается управляющее воздействие на управляемый объект.

Система управления объединяет орган управления и исполнительный орган.

Системы управления бывают следующими:

1) ручные - без использования вычислительной техники;

2) автоматизированные - используется вычислительная техника, которая принимает на себя основной поток информации, однако человек остается важнейшим звеном системы управления, функцией которого является принятие решений либо утверждение решений, выработанных ЭВМ;

3) автоматические - человек не участвует в процессе управления и не входит в данную систему управления. Обычно он осуществляет контроль за правильностью функционирования объекта управления и вмешивается только при возникновении особых (например, аварийных) ситуаций. В автоматических системах управления человек является звеном другой системы управления, для которой управляемым объектом является данная автоматическая СУ с ее управляемым ею объектом.

3. Использование ЭВМ в процессе управления

Первоначально вычислительные средства использовались как вспомогательные, для выполнения отдельных, наиболее трудоемких операций обработки данных. Основной поток информации о состоянии управлемого объекта и управляющих воздействиях проходил через аппарат управления, состоящий из людей:

Затем, в процессе совершенствования вычислительной техники, последняя стала рассматриваться преимущественно как средство обработки больших объемов информации, ЭВМ теперь следует использовать для восприятия и глубокой переработки информации, поступающей с управляемого объекта.

К сожалению, многие системы управления формируются по первому способу. Они создают гораздо больше проблем, чем решают. Не высвобождают управленческий персонал и не облегчают его работу, а наоборот - требуют дополнительного персонала и ресурсов. Нужно чтобы ЭВМ состояла при человеке, а не человек при ЭВМ. Но это требует коренной перестройки методов управления, навыков, имеющегося документооборота.

Нужно добиться того, чтобы руководитель получал именно ту информацию, которая ему нужна для принятия решений. Например, директор не должен знать, какие вагоны не поступили, какой груз находится в каждом вагоне, ему нужно знать по каким выпускаемым изделиям имеется недопоставка сырья. Если же директор не соглашается отказаться от лишней информации, значит он в своей деятельности подменяет начальника отдела снабжения, не умеет правильно руководить. ЭВМ берет на себя информационные входы СУ, избавляет от них человека. Часто стараются и ЭВМ избавить от лишней информации - для этого ставят в пунктах сбора данных микро и мини- ЭВМ, которые осуществляют первичную обработку данных перед отправкой в большую ЭВМ

Заключение

автоматизация управление компьютер

В мире еще не существует абсолютно совершенной технологии и полностью функциональной системы для автоматизации процесса управления. Однако не нужно ждать чуда: с теми программами, которые уже имеются, можно и нужно работать, так как это все равно эффективнее ручного учета. Выбор системы - действительно сложная и неоднозначная задача. Здесь стоит учесть все: цену и функциональность, способ поставки и качество сервисного обслуживания. Но главное при выборе - солидность и надежность фирмы-разработчика. Вероятность разорения и ухода с рынка крупных компаний существенно меньше, чем мелких, перебивающихся от заказа к заказу фирм. Вывод из этого прост: ставьте на лидеров. Совершая трудовую операцию, человек отвечает сам себе на вопрос: каков должен быть результат этой операции и как его получить? Сама трудовая деятельность, ее результаты являются ответом на все вопросы. От того, насколько верными знаниями о предмете его деятельности обладает человек и насколько он учитывает обстоятельства совершения трудовой операции, зависит его успех. Если знания с какой-то мерой объективности могут быть представлены в машинном виде, то алгоритмизировать учет обстоятельств совершения трудовой операции еще долгое время компьютеру будет не по силам. Поэтому напрасны надежды некоторой части пользователей на создание программы, которая избавит их от трех печальных необходимостей. Когда пользователь приобретает средства автоматизации, не зная, как и почему осуществляются в них те или иные операции, он постоянно будет пребывать в недоумении: почему компьютер выдал тот, а не иной результат и как он это сделал? Выход у человека только один: знать, думать и отвечать надо самому, а компьютер -- это только помощник и не больше!

Список литературы

1. Когаловский М.Р., "Технология баз данных на персональных ЭВМ" - М., "Финансы и статистика", 2010

2. Экономико-математические методы и модели, учебные лекции

3. Проскурин С.П.: «Десять вопросов на тему автоматизации», Бухгалтер и Компьютер, 2000;

4. Скакун Ю. «Особенности автоматизации в России», Компьютера;

Размещено на Allbest.ru