Принципы автоматизации Систем автоматического управления. Методы и алгоритмы

Приведенные системы реализуются в рамках операционной системы ОС ЕС, отличаются друг от друга функциональными возможностями (классами задач ТАУ, решаемыми с их помощью), способами построения лингвистического и программного обеспечения.

2.2.1 Диалоговая система проектирования ДИСПАС

Основными функциональными возможностями системы являются (16.17) анализ линейных и нелинейных стационарных и нестационарных непрерывных и дискретных логико-динамических систем, описываемых обыкновенными дифференциальными и дифференциально-разностными уравнениями. Анализ включает в себя моделирование (вычисление переходных процессов) при детерминированных и случайных возмущениях, анализ линейных моделей, преобразование моделей. Кроме того, система позволяет осуществлять оптимизацию параметров модели.

Система ДИСПАС ориентирована на широкий круг пользователей, не владеющих программированием. Ее использование представляется особенно эффективным на четвертом этапе проектирования САУ (этапе технического проектирования).

Математическая модель исследуемой динамической системы представляется в виде структурной схемы либо системы дифференциальных уравнений первого порядка.

Основу лингвистического обеспечения составляет язык задания моделей. Понятиями этого языка являются: «библиотека моделей», «модель», «блок».

Блок (являющийся блоком структурной схемы системы управления) определяется атрибутами : 1. Номер блока. 2. Тип блока (линейное непрерывное звено, кусочно-линейная функция, дискретное звено, коммутирующий элемент и т.д.). 3. Вид блока (динамическое звено, сумматор, интегратор). 4.Параметры блока (коэффициенты числителя и знаменателя передаточной функции линейного непрерывного динамического звена и т.п.). 5. Вход блока (на вход каждого блока может быть подано до пяти сигналов с выходов других блоков. Все блоки имеют лишь один выходной сигнал, которому приписывается номер блока , с которого этот сигнал снимается).

Оператор ЗАДАНИЕ БЛОКА выдает последовательный ряд запросов (которые высвечиваются на экране дисплея), относящихся к атрибутам. Каждый последующий запрос выдается после поступления от пользователя ответа на предыдущий.

Так, после введения (после запроса системы) номера блока, подлежащего заданию, система ДИСПАС запрашивает тип задаваемого блока и воспроизводит на экране дисплея пронумерованный список типов. Пользователь должен ввести соответствующий номер нужного ему типа из предъявленного списка. Затем система запрашивает вид блока и воспроизводит на экране пронумерованный список видов для указанного ранее типа. Пользователь должен ввести соответствующий номер нужного ему вида и т.д. Слова русского языка, высвечиваемые на экране дисплея во время запросов пользователю, образуют словарь входного языка. Анкетный (запросный) характер общения пользователя с ЭВМ позволяет обойтись в ДИСПС без синтаксического и семантического процессоров.

В программном обеспечении ДИСПАС можно выделить следующие ПМ ЭПО: «Моделирование» (численное решение дифференциальных уравнений), «Многопараметрическая оптимизация» и т.д. План решения задачи формируется в процессе запросов пользователю.

Близкими к ДИСПАС по функциональным возможностям, структуре лингвистического и программного обеспечения являются системы МОНСТР (16.20), КОМИКС (16.21).

2.2.2 САПР адаптивных систем САПРАС

Функциональные возможности этой системы (16.18) включают в себя синтез структур и выбор параметров адаптивных регуляторов для объектов, описываемых линейными моделями, анализ (моделирование) линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных, непрерывных и дискретных систем, линеаризацию динамических и статических систем, решение задач многопараметрической поисковой оптимизации.

Представляется эффективным использование системы на втором и третьем этапах проектирования САУ (этапах разработки технического предложения и эскизного проектирования). Это, как правило, предполагает высокую квалификацию пользователя в области проектирования САУ. Кроме того, пользователь должен владеть языком АВАНС, соответствующим лингвистическому обеспечению САПРАС.

Язык АВАНС является проблемно-ориентированным языком, встроенным в алгоритмический язык PL-1. Таким образом, в АВАНС-программе, наряду с операторами базового языка PL-1, используются специальные операторы, расширяющие возможности базового языка в данной предметной области. Эти специальные операторы разделяются на три группы: операторы описания системы управления, операторы описания действия, вспомогательные операторы. К операторам описания системы управления относится оператор описания подсистем (к подсистемам относятся, в частности, линейные динамические звенья; звенья, описываемые системой линейных дифференциальных уравнений первого порядка), оператор описания связей подсистем, оператор описания входов и выходов подсистем. Оператор описания действия включает в себя оператор моделирования, оператор линеаризации, оператор оптимизации, оператор синтеза. Заголовок оператора синтеза содержит название метода синтеза (который определяет структуру адаптивного регулятора) и выражения, которые определяют параметры регулятора.

Термины (английского языка), составляющие операторы описания системы, образуют первую часть входного языка - язык описания системы, а термины, образующие операторы действий, составляют вторую часть входного языка - язык описания заданий. Поскольку эти термины входят в состав языка АВАНС, на котором составляется АВАНС-программа, обрабатываемая обычным образом, то в САПРАС отпадает необходимость в специальном синтаксическом и семантическом процессорах.

В программном обеспечении САПРАС можно выделить ПМ ЭПО: «Моделирование», «Линеаризация», «Анализ статического режима», «Синтез» и т.д. План решения задачи задается текстом АВАЕС- программы. Близкой к САПРАС по способу построения лингвистического и программного обеспечения является система РАДИУС-2 (16.22). В этой системе лингвистическое и программное обеспечения строятся с помощью языка ФОРТРАН-4 при использовании специальных приемов программирования. Способ построения лингвистического и программного обеспечения САПР САУ предложен в (16.23). Он опирается на представление знаний в области ТАУ в виде некоторой семантической модели.

2.2.3 Система «Гамма-1М»

Эта система является развитием пакетов прикладных программ «Гамма-1» и «Гамма-2» (16.15). Система «Гаммма-1М» предназначена для синтеза и анализа регуляторов для объектов, описываемых линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Модель объекта подвержена малым параметрическим и структурным возмущениям. Внешние возмущения (модель среды): типовые, детерминированные (ступенчатые, гармонические и т.п.), либо неопределенные (неизвестные, ограниченные по модулю заданными числам) воздействия. Синтез регуляторов осуществляется по принятым в классической ТАУ временным и частотным критериям (моделям целей управления), таким как установившаяся ошибка, время регулирования, пере регулирование, частота среза, запасы устойчивости по фазе и модулю. В качестве моделей целей управления может выступать и интегральный квадратичный критерий. По функциональным возможностям система «Гамма-1М» охватывает ряд классов задач ТАУ, которые образуются в зависимости от атрибутов модели среды и модели целей управления. Основу лингвистического обеспечения «Гамма-1М» составляют язык описания моделей системы и среды и язык описания заданий на проектирование директивного типа. Словарь языка описания моделей системы и среды содержит термины ТАУ и математические символы. Каждой директиве соответствует план решения задачи, представляющий собой последовательность выполнения ЭПО, приводящую к решению задачи на основе соответствующей процедуры синтеза и анализа САУ.

Для представления планов решения задач в системе «Гамма-1М» используется разработанный проблемно-ориентированный процедуральный язык (16.25) ИНтерпретация СТРУктурных схем процедур и ЕМтодов сиНТеза (ИНСТРУМЕНТ). План решения задачи представляет собой последовательность предложений языка, имеющих 5 компонент: 1) метка - целое число; 2) имя операции - имя плана подзадачи либо имя элементарного действия, реализованного программным модулем; 3) исходные данные - указываются имена элементов базы данных, выступающих в качестве исходных данных вызываемой операции; 4) результат операции - указываются имена элементов базы данных, являющихся результатом операции; 5) метки перехода - указываются метки предложений плана, которым следует перейти после завершения операции.

В основе программного обеспечения «Гамма-1М» лежат ПМ ЭПО «Аналитическое конструирование оптимальных регуляторов», «Определение параметров функционала оптимизации по требуемым значениям времени регулирования и пере регулирования по каждой из регулируемых переменных», «Анализ параметрической грубости», «Анализ устойчивости многомерных систем по критериям Найквиста» и др.

Близкой к «Гамма-1М» по функциональному назначению является система для автоматического синтеза частотным методом (16.24).

Размещено на Allbest.ru