Базовые модели систем управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Базовые модели систем управления

Общепринятой моделью системы является двухблоковая модель.

Модель В.М. Глушкова является конкретизацией модели системы управления применительно к дискретным преобразователям информации.

Согласно этой модели, любой преобразователь дискретной информации подразделяется на два блока: операционный автомат (ОА), преобразующий множество входных переменных X во множество выходных переменных У, и управляющий автомат (УА). При этом в процессе преобразования операционный автомат выдает в управляющее устройство множество логических сигналов б. По их значению УА вырабатывает последовательность сигналов управления с_i, под действием которых осуществляется преобразование X в Y в соответствии с алгоритмом.

Двухблоковая модель Глушкова имеет несколько интерпретаций:

а. с логическими условиями, б - без лог. условий

1) а. когда есть условия «если»

2) б Системы управления с алгоритмом управления без логических условий.

УА генерирует распределенную во времени (линейную) последовательность сигналов управления, не зависящую от состояния ОА.

Пример 1. ОА для порционного разлива воды, напитков. Роль сигнала «пуск» выполняет опущенная монета. УА выдает сигналы: индикационный сигнал - монета принята, сироп, выдача порции воды, отключение.

Пример 2. Управление печатающим устройством. ОА - печатающий автомат, X - код символа, Y - начертание символа на бумаге. УА получает код символа и выдает последовательность сигналов с_i, соответствующих этому коду, на принтере.

3) Системы с разветвленными и циклическими алгоритмами управления. Системы, не требующие для управления анализа логических условий, - это частный и весьма узкий класс ВПИ. В общем случае управление зависит от состояния самого вычислительного процесса. Это «состояние» вычислительного процесса в текущий момент t определяется значением выходных сигналов (кодов). За счет сравнения этих кодов с некоторыми константами находятся значения логических сигналов б_j, а через них, следовательно, определяется необходимость разветвления вычислительного процесса или его повторения (цикличность).

Основная модель В.М. Глушкова (рис. 32 а) хорошо описывает такие системы, как дискретные преобразователи (ОА), управляемые от микропрограммного автомата (УА). При этом n-разрядный входной код X преобразуется также в n-разрядный выходной код Y. Количество разрядов определяется типом процессора и равно 8, 16, 32, 64. УА есть микропрограммный автомат (МПА), который по коду операции (+, -, , и др.) выдает последовательность микросигналов с_i.

Логическими сигналами б_j процессора являются сигналы знака, переполнения, равенства и др.

По модели В.М. Глушкова любое вычислительное или информационно-управляющее устройство (процессор, дисплей, интерфейс, однокристальная микро ЭВМ, регистр сдвига и др.) является композицией взаимодействующих автоматов: операционного и управляющего.

ЭВМ есть комплекс иерархически увязанных систем ОА-УА, т.к. каждый из блоков (память, ввод, вывод, процессоры, дисплей и др.) имеет свои микропрограммные автоматы управления.

При использовании модели В.М. Глушкова предполагается, что структура такого ОА типовая, задана, выбрана или спроектирована по каким-то методикам.

Модель В.М. Глушкова предназначена для анализа и проектирования цифровых систем.

Структурная модель академика Ю.Ф. Мухопада. Расширение двухблоковой модели системы

В аналого-цифровых системах входная и выходная информация представлена в виде изменяющегося во времени напряжения U(t) или тока, освещенности, напряженности электрического поля, уровня давления воздуха и других аналоговых величин.

Преобразователи информации также могут быть аналоговые, т.к. они преобразуют по известным функциям уровень входного напряжения датчика X(t) = U(t) в уровень выходного сигнала Y(t) = U (t + ф), где ф - время задержки от входа к выходу преобразователя. В таких системах формирование логического сигнала U (t + ф) ? Umax может быть произведено только при наличии специальной схемы сравнения, например (логическое устройство, сравнивающее U (t + ф) с константой Umax).

Тогда здесь речь идет уже о трехблоковой схеме (рис. 35 а), где ИУ- информационное устройство, ЛУ - логическое устройство.

глушков циклический алгоритм управление

Представим себе, что в аналого-цифровой системе используется несколько входных аналоговых сигналов U_l(t), U₂(t), …, U_k(t), кот преобразуются несколькими функциональными преобразователями информации Ф₁, Ф₂, …, Ф_s, которые входят в состав информационного устройства. Очевидно, что тогда потребуется несколько константных значений Umax(1), Umax(2), … Следовательно, для работы такой аналого-цифровой системы необходимы уже четыре блока (рис. 35 б): ИУ, ЛУ, УА и АУ.

Здесь информационное устройство (ИУ) - комплекс Ф₁, Ф₂,…, Ф_s; логическое устройство (ЛУ) - набор схем сравнения P₁, Р₂, …, Р_r с возможностью подключения соответствующего Umax(i) к P(i) по коду адреса; УА - управляющий автомат для выдачи сигналов управления и работы с несколькими Ф_j и P_j не только по сигналам бi, но и по кодам адресов Ф_j и P_j; АУ - адресное устройство или аналоговый коммутатор для подключения соответствующих U_i(t) и Umax(j) к ИУ и ЛУ.

Обобщенно система преобразования информации и управления может быть задана структурной моделью Ю.Ф. Мухопада в виде пяти взаимосвязанных подсистем: функциональной, информационной, логической, адресной и управляющей. Вершины графа, помеченные символами наименования подсистем Ф, И, Л, А, У, представляют собой устройства, дуги графа - каналы связи (рис. 36).

Рассмотрим назначение, функции и возможную реализацию подсистем.

1. Функциональная подсистема (Ф) предназначена для реализации вычислительных операторов А и реализуется чаще всего микропроцессором или несколькими микропроцессорами, если требуется высокая скорость обработки информации, а также специальными функциональными преобразователями информации в более простых случаях.

2. Информационная подсистема (И) служит для хранения массива данных, промежуточной и выходной информации. Реализуется специальными БИС памяти для оперативной информации ОЗУ, а для констант - БИС ПЗУ с электрическим или ультрафиолетовым стиранием.

3. Логическая подсистема (Л) - устройства, формирующие множество б-логических сигналов (признаков) о том, что выполнилось какое-то действие, например рука робота выпрямилась и дошла до крайнего положения. Многие такие сигналы формируются специальными датчиками - концевыми выключателями.

Однако ряд логических сигналов (например, угловая скорость превысила заданный предел) приходится формировать в специальных БИС арифметико-логических устройств (или на самом микропроцессоре МП) за счет операции логического сравнения чисел, соответствующих текущему и предельному значениям угловой скорости. При выполнении функциональных и логических операций на одном и том же микропроцессоре осуществляется объединение функций Ф и Л подсистем (что допустимо, если имеется запас времени и нет высоких требований к быстродействию).

4. Адресная подсистема (А) - устройства, вычисляющие адрес информации, хранимой в запоминающем устройстве, или непосредственно подсоединяющие выходные сигналы датчиков к микропроцессору. В простых системах управления с датчиками двоичных сигналов (типа сигнала концевых включателей) адресная подсистема реализуется с помощью типовых дешифраторов или специальных логических схем, а для аналоговых сигналов - с помощью коммутатора на реле, герконах, полевых транзисторах и др. Когда точек коммутации много (более 50), коммутатор становится сложным многокаскадным устройством и управляется специальным микропрограммным автоматом, который реализует заданные списки адресных соединений.

В микропроцессорных системах адресная подсистема чаще всего реализуется с помощью специальной адресной шины, по которой передаются адреса информации к подсоединенным устройствам и датчикам, а для преобразования адресов, в свою очередь, может быть применен независимый адресный спецпроцессор.

5. Управляющая подсистема (У) - это блоки устройства управления, кот реализуют выдачу всех команд управления во времени всего процесса автоматизации технологического цикла. Устройства управления реализуются на ПЗУ или на ПЛМ (программируемая логическая матрица).

Согласно модели Ю.Ф. Мухопада, каждая подсистема на момент времени t находится в некотором M(t) состоянии Ф(t), И(t), Л(t), A(t), и У(t). В момент времени t + 1 состояние каждой из подсистем изменяется. Поэтому, для анализа, с целью контроля правильности работы алгоритма, требуется запоминание состояния системы, то необходимо ввести специальную память состояний для M(t), M (t + 1),… M (t + + j).

Размещено на Allbest.ru