Пилотажно-навігаційний комплексє складне поєднання апаратних і програмних засобів, об'єднаних в єдину мережу. Вирішення головного завдання - підвищення надійності, безпеки та регулярності польотів досягається шляхом використання спеціальних автоматизованих систем оптимізації режимів польоту. У умовах роль програмного забезпечення у структурі ПНК зростає незмірно проти окремими навігаційними пристроями і системами. Досконалість програмного забезпечення ПНК багато в чому визначає ефективність та гнучкість роботи всього комплексу.

У широкому значенні під програмним забезпеченням розуміється сукупність математичного, лінгвістичного, інформаційного та безпосередньо програмного забезпечення. Математичне забезпечення включає способи та методи обробки інформації та розрахунків, моделі та алгоритми. Лінгвістичне забезпечення - це сукупність мов програмування, які у ПНК для описи різних процедур, алгоритмів, моделей. Інформаційне забезпеченняділиться на бортові бази даних та оперативну інформацію, що надходить від бортових систем. Програмне забезпечення складається з програм та документів (на машинних та паперових носіях).

Програми поділяються на загальносистемні, базові та прикладні. Загальносистемні програми, які, власне, є операційними системами, призначені в організацію функціонування ПНК як обчислювальної системи (планування обчислювального процесу, управління ним, розподіл ресурсів тощо.) і відбивають специфіки конкретного ПНК. Безпосередньо для потреб ПНК створюється базове та прикладне програмне забезпечення. У базове входять програми, які забезпечують правильне функціонування прикладних програм. Прикладні програмиреалізують елементи математичного забезпечення ПНК та вирішують приватні завдання. Прикладні програми створюються у вигляді окремих модулів, які підключаються керуючою програмою на різних етапах польоту та реалізують приватні алгоритми ПНК.

При розробці програмного забезпечення необхідно врахувати низку вимог, таких як мала обчислювальна похибка, мінімальний час реалізації, мінімальний обсяг пам'яті, можливість контролю ходу обчислень, захист від систематичних і випадкових збоїв.

За принципом побудови структури програмного забезпечення ПНК може бути процедурно- і проблемно-ориентированными. Сучасне програмне забезпечення ПНК будується за модульним принципом, коли кожен модуль призначений для вирішення окремого завдання та модулі можуть бути об'єднані в різних поєднаннях. Така структура дозволяє забезпечувати розширення функцій ПНК без зміни його основної частини шляхом створення та додавання нових модулів, але це обмежує кількість та спрямованість зв'язків у комплексі, диктує жорстку логіку його організації. У перспективних ПНК передбачається використовувати елементи штучного інтелекту, які адаптуватимуться до зміни зовнішніх умов, перебудовуючи структуру ПНК.

На рис. 2.25 наведено структуру загального алгоритму ПНК, що складається із сукупності пов'язаних приватних алгоритмів:

КНР- Комплекс навігаційних систем, що включає всю сукупність бортового навігаційно-пілотажного обладнання;

АППО- алгоритми перетворень та первинної обробки;

АКОІ -алгоритми комплексної обробки інформації;

АУ -алгоритми керування об'єктом;

АОВІ-алгоритми обміну та видачі інформації;

СОІ ПУ-система відображення інформації та пульти управління;

АЗІО -алгоритми захисту та виключення відмов;

АІП СВ- алгоритми імітації польоту та літаководіння;

АДОП- алгоритми диспетчеризації та організації переривань;

АКП- алгоритми контролю та перевірок.

Загальний алгоритм ПНК призначений для реалізації всього різноманіття завдань, що стоять перед комплексом, включає сукупності функціонально пов'язаних між собою приватних алгоритмів, що вирішують єдину задачу надійної обробки інформації з необхідною точністю та заданою дискретністю та виробляють керуючі та інформаційні сигнали.

КНС може включати одну або кілька інерційних навігаційних систем, що є основою ПНК, комплекс радіотехнічних навігаційних систем (РСБН, РСДН, СНР та ін.), Система повітряних сигналів та інші системи, необхідні для вирішення завдань управління конкретним об'єктом.

Алгоритми перетворень та первинної обробкивиконують аналого-цифрове перетворення, опосередкування або попередню фільтрацію вимірів. Ця група алгоритмів здійснює наведення показань різних датчиківдо єдиної системикоординат.

Алгоритми комплексної обробки інформаціївикористовують інформаційну надмірність вимірювачів ПНК для вирішення задачі фільтрації, екстраполяції та інтерполяції даних. Якість цих алгоритмів визначає точність та надійність навігаційного забезпечення польоту. Найбільш широко у цьому класі алгоритмів використовуються модифікації цифрового фільтра Калмана,

Алгоритми керування об'єктомреалізують всі завдання управління, які вирішуються на борту літака. Коло реалізованих завдань значно ширше, ніж у САУ, що забезпечує лише управління рухом літака. Ця група алгоритмів разом із екіпажем забезпечує виконання мети польоту чи польотного завдання.

Усі алгоритми реалізуються як програмних модулів, виконують приватні алгоритми управління, які у свою чергу діляться на цільові і функціональні. Перші реалізують закінчені цільові завдання, такі як управління ПНК, траєкторією руху, посадкою та ін. Другі формують специфічні функції процесу управління (оптимізації режимів польоту, термінального управління, точнісних характеристик комплексу та ін.).

Алгоритми обміну та видачі інформаціїє елементом системи відображення інформації. Вони пов'язують абонентів ПНК з БЦВМ обчислювального комплексу та виконують функції перетворення інформації, прийому, передачі та тимчасового зберігання даних.

Алгоритми диспетчеризації та організації перериваньє основою операційної системи обчислювального комплексу ПНК та СОІ. Головне їхнє призначення - розподіл послідовності та часу виконання окремих приватних алгоритмів.

Алгоритми контролю та перевіроквирішують завдання оцінки технічного стану, відключення чи відновлення несправного обладнання та реконфігурації ПНК.

Перелічені приватні алгоритми відображають лише саму загальну структуруалгоритмічного забезпечення ПНК, яка може суттєво змінюватись в залежності від типу ЛА. Програмно-алгоритмическое забезпечення перспективних ПНК має створюватися з допомогою штучного інтелекту, якостей адаптивності і можливостей реконфігурації комплексу.

2.8. КОНЦЕПЦІЯ ПОТРІБНИХ НАВІГАЦІЙНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПІЛОТАЖНО-НАВІГАЦІЙНОГО ОБЛАДНАННЯ

Спеціальний комітет із майбутніх аеронавігаційних систем ІКАО (FANS) розробив концепцію необхідних навігаційних характеристик (RNP), яка дозволяє перейти від вимоги до обов'язкового набору бортового навігаційного обладнання до оптимального поєднання бортової навігаційної апаратури ЛА та технічних можливостей конкретного повітряного простору для всіх фаз польоту. Так реалізується перехід від управління повітряним рухом до гнучкішої організації повітряного руху (ОрВС).

При польоті ЛА маршрутом відповідно типу RNP встановлюється мінімальна необхідна точність витримування навігаційних характеристик, тобто. ширина коридору (в морських милях), у якому має бути ЛА протягом щонайменше 95% польотного часу. При цьому точність визначається сумарною похибкою навігаційної системи, індикації та техніки пілотування.

Для польотів за маршрутом намічено використовувати чотири основних типи RNP:

RNP 1 передбачає найбільш ефективне використання точної інформаціїпро місцезнаходження ЛА для забезпечення гнучкості при організації та зміні маршрутів, а також для організації повітряного руху під час переходу із зони аеродрому до польоту маршрутом і назад;

RNP 4 призначений для організації маршрутів ОВС та схем повітряного простору при обмеженій відстані між наземними навігаційними засобами та використовується у континентальному повітряному просторі;

RNP 12, 6 визначає можливість обмеженої оптимізації маршрутів у районах із зниженим рівнем забезпечення навігаційними засобами;

RNP 20 характеризує мінімальні можливості, які вважаються прийнятними для забезпечення польотів маршрутами ОВС

З метою забезпечення необхідного рівня безпеки польотів для впроваджуваних у практику ОВС методів зональної навігації (RNAV) крім типу RNP встановлюються два додаткові показники:

цілісність витримування коридору безпеки, що визначається ймовірністю невиявлення навігаційною системою перевищення лінійним бічним ухиленням подвоєної допустимої похибкинавігаційної характеристики (10-5 за 1 год польоту);

безперервність безвідмовної роботи навігаційної системи, яка визначається ймовірністю видачі хибного чи справжнього попередження про відмову (10 -4 за 1 год польоту) протягом відповідальних етапів польоту.

Використання методів зональної навігації в рамках концепції RNP дозволяє виконувати політ у будь-якому повітряному просторі в межах запропонованих допусків на точність розташування, за винятком необхідності прольоту безпосередньо над наземними навігаційними засобами.

Для найбільш відповідальних етапів польоту (заходу на посадку, посадки та вильоту) у доповненні до RNP встановлюються вимоги щодо цілісності, безперервності та доступності (функціональної готовності, яка визначається ймовірністю того, що в процесі здійснення запланованого маневру навігаційна системаздатна виконувати свої функції) засобів навігації в даному повітряному просторі. Кількісно параметри процедури заходу на посадку характеризуються межами зовнішнього та внутрішнього коридорів утримування ЛА, а також ймовірністю порушення цілісності, безперервності та доступності забезпечення навігаційною інформацією, що отримується від бортового обладнання та наземних навігаційних засобів. Так, для заходу на посадку за категорією складності CAT III встановлено такі кількісні показники зазначених параметрів:

втрата цілісності на інтервалі від контрольної точки кінцевої ділянки заходу на посадку - до висоти 30 м над точкою приземлення (165 с), від висоти 30 м до торкання (30 с);

втрата безперервності на зазначених вище ділянках відповідно та;

доступність 0,999 на висоті 30 м-коду.

Дані про ширину коридорів по КІР САТ III представлені на рис. 2.26.

Мал. 2.26. Кордони коридорів по RNP CAT III

Для реалізації алгоритмічного та програмного забезпечення інформаційних систем при поставленій меті необхідне послідовне вирішення наступних завдань.

1. Розробка принципів побудови та архітектури інструментальної системи для інтеграції виробничих даних, включаючи інтеграцію технологічних даних різних галузей, що використовуються.

2. Створення інтеграційної моделі виробничих даних (ІМПД) НГДК на основі запропонованих принципів побудови та сформульованих вимог до інструментальної системи, що розробляється.

3. Розробка алгоритмічного забезпечення інструментальної СІПД. Вирішення цієї задачі передбачає також дослідження ефективності запропонованих алгоритмів.

4. Розробка програмного забезпечення (ПЗ) інструментальної СІПД. Результатом вирішення цього завдання повинні бути програмні засоби, створені з урахуванням розроблених принципів та архітектури інструментальної системи та реалізують запропоновані алгоритми.

5. Створення та впровадження розробленої інструментальної системи при вирішенні практичних завданьстворення конкретних СІПД та інтеграції за їх допомогою виробничих даних сучасних ІС.

В організації системи обробки інформації лежить:

Комплекс взаємопов'язаних методів та засобів збору та обробки даних, необхідних для організації управління об'єктами.

СОІ ґрунтуються на застосуванні ЕОМ та інших сучасних засобівінформаційної техніки, тому їх також називають автоматизованими системами обробки даних (АСОД). Без ЕОМ побудова СОІ можливе лише на невеликих об'єктах.

Застосування ЕОМ означає виконання не окремих інформаційно-обчислювальних робіт, а сукупності робіт, пов'язаних з єдиний комплекста реалізованих на основі єдиного технологічного процесу.

СОІ слід відрізняти від автоматизованих систем керування (АСУ). До функцій АСУ включається насамперед виконання розрахунків, пов'язаних із вирішенням завдань управління, з вибором оптимальних варіантівпланів на основі економіко- математичних методіві моделей тощо. їхнє пряме призначення - підвищення ефективності управління. Функції ж СОІ - збирання, зберігання, пошук, обробка необхідні виконання цих розрахунків даних із найменшими затратами. При створенні АСОД ставиться завдання відібрати і автоматизувати трудомісткі рутинні операції, що регулярно повторюються над великими масивами даних. СОІ - це зазвичай частина та перший щабель розвитку АСУ. Однак СОІ функціонують як незалежні системи. У ряді випадків більш ефективно об'єднувати в рамках однієї системи обробку однорідних даних для великої кількостізавдань управління, які вирішуються у різних АСУ; створювати СОІ колективного користування.

Автоматизована інформаційна система має забезпечуючу тафункціональну частину, що складається з підсистем (рис. 1.38).

Мал. 1.38 Автоматизована інформаційна система

Підсистема- Це частина системи, виділена за якоюсь ознакою.

Функціональна частина інформаційної системи забезпечує виконання завдань та призначення інформаційної системи. Фактично тут міститься модель системи управління організацією. У рамках цієї частини відбувається трансформація цілей управління у функції, функцій – у підсистеми інформаційної системи. Підсистеми реалізують завдання. Зазвичай в інформаційній системі функціональна частина розбивається на підсистеми за функціональними ознаками:

· Рівень управління (вищий, середній, нижчий);

· Вид керованого ресурсу (матеріальні, трудові, фінансові тощо);

· сфера застосування (банківська, фондового ринку тощо);

· Функції управління та період управління.

Наприклад, інформаційна система управління технологічними процесами – комп'ютерна інформаційна система, що забезпечує підтримку прийняття рішень щодо управління технологічними процесами із заданою дискретністю та в рамках певного періоду управління.

У табл. 5 вказані деякі з можливих інформаційних систем, однак їх достатньо для ілюстрації зв'язку функцій систем та функцій керування.

Функціональна ознакавизначає призначення підсистеми, а також її основні цілі, завдання та функції. Структура інформаційної системи може бути представлена ​​як сукупність її функціональних підсистем, а функціональний ознака можна використовувати при класифікації інформаційних систем.

Наприклад, інформаційна система виробничої фірми має такі підсистеми: управління запасами, управління виробничим процесом та ін.

У господарській практиці виробничих та комерційних об'єктів типовими видами діяльності, що визначають функціональну ознаку класифікації інформаційних систем, є: виробнича, маркетингова, фінансова, кадрова.

Функції інформаційних систем Таблиця 5

Таким чином, «функціональні компоненти» становлять змістовну основу ІВ, що базується на моделях, методах та алгоритмах отримання керуючої інформації.

Функціональна структура ІВ – сукупність функціональних підсистем, комплексів завдань та процедур обробки інформації, що реалізують функції системи управління. У системі управління великих підприємств-корпорацій виділяються самостійні підсистеми (контури) функціонального та організаційного рівня управління:

1. Стратегічний аналіз та управління. Це вищий рівеньуправління, забезпечує централізацію управління всього підприємства, орієнтований на вищу ланку управління.

2. Управління виробництвом.

Розвинені ERP-системи зарубіжного виробництва мають усталену структуру базових компонентів системи управління підприємством:

1. Бухгалтерський облік та фінанси.

2. Управління матеріалами (логістика).

3. Виробничий менеджмент.

4. Забезпечення виробництва.

5. Управління перевезеннями, віддаленими складами.

6. Управління персоналом.

7. Зарплата.

8. Моделювання бізнес-процесів.

9. Системи підтримки ухвалення рішень (DSS).

Забезпечуюча частина ІС складається з інформаційного, технічного, математичного, програмного, методичного, організаційного, правового та лінгвістичного забезпечення. p align="justify"> Особливе місце в процесі інформатизації суспільства займає створення комп'ютерних мереж і побудова на їх основі розподілених системобробки інформації (РСОІ) . РСОІявляють собою безліч територіально віддалених один від одного вузлів, об'єднаних системою передачі даних, що взаємодіють за допомогою обміну повідомленнями. Такі системи забезпечують розподілену обробку даних, коли прикладний процес з одного вузла може звертатися до інформації будь-якого іншого вузла. Кінцевою метою створення РСОІ є інтеграція інформаційних та обчислювальних ресурсів, а також засобів комунікації та оргтехніки тощо цілого регіону користувачів.

Прикладом РСОІ може бути розподілена база даних (РБД), являє собою сукупність логічно пов'язаних баз даних, розміщених у різних вузлах, і потоків прикладних завдань – глобальних транзакцій, які можуть одночасно використовувати кілька баз даних як єдине ціле. Найважливішою проблемою, що виникає в будь-якій РБД, є захист інформаційних ресурсів, що зберігаються в ній, від некоректних дій. Внаслідок виконання паралельних транзакцій деякі з цих транзакцій можуть тимчасово порушити цілісність РБД. Очевидно, що потрібна певна дисципліна обробки транзакцій, що дозволяє

усунути проблеми. Така дисципліна є і відома як серіалізація транзакцій. Для практичної реалізації цієї дисципліни в РБД найчастіше використовуються механізми блокування, тимчасових міток та оптимістичний підхід. У реалізації алгоритмів управління паралелізмом в РБД пропонується використовувати як невід'ємну частину СУРБД відмову стійку систему управління транзакціями (ОСУТ), що забезпечує взаємодію прикладних процесів з інформаційними ресурсамиРБД.

ВСУТНЯпредставляється у вигляді розподіленого програмного комплексу, Що складається з окремих модулів Основними вимогами та відмінними особливостями ВСУТНЯє забезпечення несуперечності РБД у процесі обробки паралельних користувальницьких запитів при можливих асинхронних відмови вузлів (процесів).

У кожному вузлі J функціонують такі компоненти ЗВУТ:

Модуль (transaction generator) – генератор транзакції;

Модуль (Synchronization Nucleus) - синхронізатор транзактних запитів;

Модуль (transaction manager) – менеджер фіксації транзакції;

Модуль (data manager) менеджер даних;

Модуль (Election Manager) - менеджер виборів координатора;

Модуль (rollback manager) – менеджер відкату транзакції;

Імітаційне моделювання є потужним інженерним методом дослідження складних систем, що використовуються у тих випадках, коли інші методи виявляються малоефективними. Імітаційна модель являє собою систему, що відображає структуру та функціонування вихідного об'єктуу вигляді алгоритму, що зв'язує вхідні та вихідні змінні, прийняті як характеристики досліджуваного об'єкта. Імітаційні моделі реалізуються програмно з різних мов.

Лабораторна робота № 2 «Повірка термоперетворювача»

Тема: Вивчення і перевірка термоперетворювача.

1. Вивчити методи вимірювання та влаштування термоперетворювача платинородій-платинового еталонного.

2. Ознайомитись зі схемою встановлення та розміщенням приладів на лабораторному стенді.

Перетворювач термоелектричний платинородій-платиновий еталонний призначений для передачі розміру одиниці температури (рис. 1.39). Матеріали термоелектродів термоперетворювачів відповідають вимогам наступних нормативних документів позитивний термоелектрод із дроту діаметром 0,5 мм із сплаву марки ПлРд-10 (платина +10% родій) за ГОСТ. Термоелектроди термоперетворювачів армовані цільною керамічною двоканальною трубкою, один з каналів якої маркований умовним знаком термоелектрода, що знаходиться в ньому, матеріал трубки - алюмооксидна кераміка з вмістом не менше 99%.

Рис 1.39 Перетворювач термоелектричний платинородій-платиновий

Класи допуску Перетворювачів:

1. Перетворювачі опору виготовляються з номінальною статичною характеристикою перетворення (НСХ) і відхиленням опору при 0°С (R0) від номінального значенняза ГОСТ 6651.

Таблиця 6

2.Значення W100, яке визначається відношення опору термоперетворювача опору при 100°С(R100) до опору термоперетворювача при 0°С (R0), за ГОСТ 6651.

Таблиця 7

Лабораторна робота № 3 «Перевірка нормуючого перетворювача ДСП»

Вивчення пристрою та повірка нормуючого перетворювача ГСП

перевірки перетворювача нормуючого ГСП.

Хід роботи:

Державна системапромислових приладів та засобів автоматизації (ДСП) створена з метою забезпечення технічними засобами систем контролю, регулювання та управління технологічними процесами у різних галузях народного господарства.

На ранніх етапах створення засобів автоматики в різних організаціях та на підприємствах розроблялося безліч різних приладів вимірювання та контролю зі схожими технічними характеристиками, проте при цьому не враховувалася можливість спільної роботи приладів різних виробників. Це призводило до збільшення вартості розробок складних систем та гальмувало широке використання засобів автоматизації.

В даний час ДСП являє собою експлуатаційно, інформаційно, енергетично, метрологічно та конструктивно організовану сукупність виробів, призначених для використання як засоби автоматичних та автоматизованих систем контролю, вимірювання, регулювання технологічних процесів, а також інформаційно-вимірювальних систем. ДСП стала технічною базою для створення автоматичних систем управління технологічними процесами (АСУ ТП) та виробництвом (АСУП) у промисловості. Її розвиток та застосування сприяли формалізації процесу проектування АСУ ТП та переходу до машинного проектування.

В основу створення та вдосконалення ГСП покладено такі системотехнічні принципи: типізація та мінімізація різноманіття функцій автоматичного контролю, регулювання та управління; мінімізація номенклатури технічних засобів; блочно-модульна побудова приладів та пристроїв; агрегатна побудова систем керування на базі уніфікованих

приладів та пристроїв; сумісність приладів та пристроїв.

За функціональною ознакою всі вироби ГСП розділені на чотири групи пристроїв: отримання інформації про стан процесу або об'єкта; прийому, перетворення та передачі інформації по каналах зв'язку; перетворення, зберігання та обробки інформації, формування команд управління; використання командної інформації

У першу групу пристроїв, залежно від способу подання інформації, входять: датчики; нормуючі перетворювачі, що формують уніфікований сигнал зв'язку; прилади, що забезпечують подання вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприйняття спостерігачем, та пристрої алфавітно-цифрової інформації, що вводиться оператором вручну.

Друга група пристроїв містить комутатори вимірювальних ланцюгів, перетворювачі сигналів та кодів, шифратори та дешифратори, узгоджувальні пристрої, засоби телесигналізації, телевимірювання та телеуправління. Ці пристрої використовують для перетворення як вимірювальних, так і сигналів, що управляють.

Третю групу складають аналізатори сигналів, функціональні та операційні перетворювачі, логічні пристрої та пристрої пам'яті, задатчики, регулятори, що управляють обчислювальні пристроїта комплекси.

До четвертої групи входять виконавчі пристрої (електричні, пневматичні, гідравлічні або комбіновані виконавчі механізми), підсилювачі потужності, допоміжні пристрої до них, а також пристрої подання інформації.

Мінімізація номенклатури засобів контролю та управління реалізується на основі двох принципів: уніфікації пристроїв одного функціонального призначення на основі параметричного ряду цих виробів та агрегатування комплексу технічних засобів для вирішення великих функціональних завдань.

В даний час розроблено параметричні ряди датчиків тиску, витрати, рівня, температури та електровимірювальних приладів.

Проте продовжується їхня оптимізація за техніко-економічними показниками, наприклад, за критерієм мінімуму сумарних витрат на задоволення заданих потреб. Цей критерій заснований на суперечності між інтересами споживача та виробника: чим менше в ряді приладів, тим менші витрати на їх розробку та освоєння, і тим більшими партіями вони випускаються, що також знижує витрати виробника. Збільшення числа приладів у ряді дає економію споживачеві за рахунок більш ефективного використанняїх можливостей чи точнішого дотримання режимів технологічних процесів.

Агрегатні комплекси (АК) являють собою сукупність технічних засобів, організованих у вигляді функціонально-параметричних рядів, що охоплюють необхідні діапазони вимірювання різних умовахексплуатації та забезпечують виконання всіх функцій у межах заданого класу завдань.

Принцип агрегатування ГСП застосовують дуже широко. Уніфікована базова конструкція датчиків теплоенергетичних величин з уніфікованими пневматичним та електричним сигналами була створена лише з 600 найменувань деталей, при цьому було отримано 136 типів та 863 модифікації цих датчиків.

Закладені в ГСП загальні всім виробів поняття сумісності можна сформулювати в такий спосіб.

Інформаційна сумісність- сукупність стандартизованих характеристик, що забезпечують узгодженість сигналів зв'язку за видами та номенклатурою, їх інформативними параметрами, рівнями, просторово-часовими та логічними співвідношеннями та типом логіки. Для всіх виробів ГСП прийняті уніфіковані сигнали зв'язку та єдині інтерфейси, які є сукупністю програмних та апаратних засобів, що забезпечують взаємодію пристроїв у системі.

Конструктивна сумісність -сукупність властивостей, що забезпечують узгодженість конструктивних параметрів та механічне сполучення технічних засобів, а також виконання ергономічних норм та естетичних вимог при спільному використанні.

Експлуатаційна сумісність- сукупність властивостей, що забезпечують працездатність та надійність функціонування технічних засобів при спільному використанні у виробничих умовах, а також зручність обслуговування, налаштування та ремонту.

Метрологічна сумісністьсукупність обраних метрологічних характеристикта властивостей засобів вимірювань, що забезпечують сумісність результатів вимірювань та можливість розрахунку похибки результатів вимірювань під час роботи технічних засобів у складі систем.

За родом використовуваної енергії носія інформаційних сигналів пристрої ГСП діляться на електричні, пневматичні, гідравлічні, і навіть пристрої, які працюють без використання допоміжної енергії - прилади і регулятори прямої дії. Для того, щоб забезпечити спільну роботупристроїв різних груп, Застосовують відповідні перетворювачі сигналів. В АСУ найбільше ефективно комбіноване застосування пристроїв різних груп.

Переваги електричних приладівзагальновідомі. Це насамперед висока чутливість, точність, швидкодія, зручність передачі, зберігання та обробки інформації. Пневматичні прилади забезпечують підвищену безпеку при застосуванні у легкозаймистих та вибухонебезпечних середовищах, високу надійність у важких умовах роботи та агресивній атмосфері. Однак вони поступаються електронним приладам швидкодії, можливості передачі сигналу на велику відстань. Гідравлічні прилади дозволяють отримувати точні рухи виконавчих механізмів і великі зусилля.

У технічній документації найбільш широко використовується така класифікаційна ознака, як тип виробу- сукупність виробів однакового функціонального призначення та принципу дії, подібних до конструктивному виконаннюі мають однакові основні параметри. До складу одного типу може входити кілька типорозмірів та модифікацій або виконання виробу. Типорозміривироби одного типу відрізняються значеннями головного параметра (зазвичай виділяються однофункціональних виробів).

Модифікація -сукупність виробів одного типу, що мають певні конструкційні особливості або певне значення неголовного пара-

метри. Під виконаннямзазвичай розуміють вироби одного типу, що мають певні конструктивні особливості, що впливають на них експлуатаційні характеристики, наприклад тропічне чи морське.

Комплекс -більша класифікаційна угруповання, ніж тип. У ДСП комплекси поділяються на уніфіковані та агрегатні. Відмінною особливістю уніфікованого комплексує те, що будь-які поєднання його технічних засобів між собою не призводять до реалізації цими засобами нових функцій. У агрегатних комплексах різним поєднаннямТехнічні засоби можна реалізувати нові функції. Найбільш широко використовуються агрегатні комплекси засобів електровимірювальної техніки (АСЕТ), обчислювальної техніки(АСВТ), телемеханіки (АСТТ), збору первинної інформації (АСПІ) та ін.

Обмін інформацією між технічними засобами ДСП реалізується за допомогою сигналів зв'язку та інтерфейсів.

В АСУ найбільш поширені електричні сигнали зв'язку, перевагами яких є висока швидкість передачі сигналу, низька вартість та доступність джерел енергії, простота прокладання ліній зв'язку. Пневматичні сигнали застосовують в основному в нафтовій, хімічній та нафтохімічній промисловості, де необхідно забезпечити вибухобезпечність та не потрібна висока швидкодія. Гідравлічні сигнали в основному застосовують у гідравлічних стежать системах та пристроях управління гідравлічними виконавчими механізмами.

Інформаційні сигналиможуть бути представлені у природному або уніфікованому вигляді.

Природним сигналомназивається сигнал первинного вимірювального перетворювача, вид та діапазон зміни якого визначаються його фізичними властивостями та діапазоном зміни вимірюваної величини. Зазвичай це вихідні сигнали вимірювальних перетворювачів, найчастіше електричні, які можна передати на невелику відстань (до кількох метрів). Вид носія інформації та діапазон зміни уніфікованого сигналуне залежать від вимірюваної величини та методу вимірювання. Зазвичай уніфікований сигнал отримують з природного за допомогою вбудованих або зовнішніх перетворювачів, що нормують. Основні види уніфікованих аналогових

сигналів ГСП наведено у табл. 8.

З електричних сигналів найбільш поширені уніфіковані сигнали постійного струму та напруги. Частотні сигнали використовують у телемеханічній апаратурі та комплексі технічних засобів локальних інформаційно-керуючих систем.

Таблиця 8

Лабораторна робота № 4Перевірка пірометричного мілівольтметра»

Вивчення пристрою та повірка мілівольтметрів пірометричних

Мета роботи: Ознайомлення з принципом дії, пристроєм та методикою

перевірки мілівольтметрів пірометричних.

Хід роботи: При перевірці пірометричних мілівольтметрів повинні виконуватись операції, зазначені в табл. 9

Таблиця 9

ЗАСОБИ ПОВІРКИ

2. 2.1. При проведенні перевірки застосовують такі зразкові засоби

3.
перевірки:

4. зразкові мілівольтметри класів точності 0,2 та 0,5;

5. потенціометри постійного струму класів точності 0,05-0,002;

6. нормальні елементи класів точності 0002-0005;

7. вимірювальні котушки електричного опору класу точності 0,01.

8. 2.2. При проведенні перевірки застосовують допоміжні засоби перевірки:

9. нульові покажчики з постійною струмом (0,1-15)·10 А/справ і зовнішнім критичним опором не більше 500 Ом;

10. джерела постійного струму;

11. батареї розжарювання напругою 1,28 і ємністю 500 А·ч,

12. кислотні акумулятори з напругою від 2 до 6;

13. стабілізатори постійного струму малої напруги;

14. регульовані джерела постійного струму типу ІРН;

15. магазини опору постійного струму класів точності 0,2 та 0,1;

16. повзункові реостати від 100 до 1000 Ом;

17. лупа 2 і 2,5;

18.
пристрої для перевірки врівноваженості з кутами 5 та 10°.

19. Технічні характеристики засобів перевірки.

20. Похибка зразкових засобів повірки повинна бути в 5 разів менша, ніж допускається похибка приладу, що повіряється, за ГОСТ 22261-76.

21. 2.3. Допустимо застосування інших засобів перевірки з параметрами.

22. 3. УМОВИ І ПІДГОТОВКА ДО ПОВЕРКУ

23. 3.1. Перевірку проводять при нормальних значеннях всіх впливових величин за ГОСТ 22261-76.

24. 3.2. Перед проведенням перевірки виконують такі підготовчі роботи:

25. а)готують і включають прилад, що повіряється, відповідно до технічної документації з експлуатації на прилад, що повіряється, і вказівками на циферблаті і корпусі приладу;

26. б)пірометричні мілівольтметри, що мають шкалу, виражену в градусах температури, включають у вимірювальний ланцюг послідовно з резистором. Опір резистора повинен відповідати опору, зазначеному на шкалі приладу, що повіряється, з допуском:

27. Ом;

28. в)при перевірці пірометричних мілівольтметрів зі шкалою, вираженою в мілівольтах, а також призначених для роботи з телескопами сумарного випромінювання, резистор не включають до вимірювального ланцюга;

29.
г)коригуючий реостат (коректор показань) пірометричного мілівольтметра, призначеного для роботи з телескопами пірометрів сумарного випромінювання, при визначенні основної похибки встановлюють крайнє (нульове) положення;

30. д)при перевірці мілівольтметрів градуювання ПП-1 і ПР 30/6 для позначок шкали від 1000°З вище значення опору збільшують на 1,2 Ом, що відповідає умовному приросту опору термопари при нагріванні;

31. е)при визначенні основної похибки та варіації показань регулюючих мілівольтметрів покажчики заданої температури встановлюють за межами позначок шкали так, щоб вони не перешкоджали вільному руху стрілки. Контактний пристрій регулюючого мілівольтметра включають у мережу за 2 години до початку повірки (якщо інший час не зазначено в технічному описі приладу);

32. ж)при перевірці багатоточкових самописних пірометричних мілівольтметрів всі вхідні ланцюги приладу, що повіряється, з'єднують паралельно.

33. 4. ПРОВЕДЕННЯ ПОВIРКИ

34. 4.1. Зовнішній огляд

35. 4.1.1. При проведенні зовнішнього оглядумає бути встановлено:

36. а)відповідність мілівольтметрів ГОСТ 22261-76 та ГОСТ 9736-68;

37. б)надійність кріплення зовнішніх та внутрішніх деталей приладу та відсутність пошкоджень;

38. в)відсутність обривів у ланцюгу мілівольтметра, що виявляють при замиканні затискачів та похитуванні приладу;

39. г)вільне переміщення вказівника.

40.
При невідповідності мілівольтметра хоча б за однією з вимог цього стандарту його визнають до застосування непридатним і подальшу перевірку не роблять.

41. 4.2. Опробування проводять при включенні мілівольтметра у вимірювальний ланцюг, при цьому перевіряють:

42. а)правильність роботи коректора відповідно до ГОСТ 9736-68;

43. б)справність коригуючого реостата (коректора показань), вбудованого в мілівольтметр, призначений для роботи з телескопами сумарного випромінювання. Для цього, встановивши покажчик на найбільшій відмітці шкали при нульовому положенні реостата, що коректує, поступово обертають ручку реостата і спостерігають за зміною показань мілівольтметра.

43 4.3. Визначення метрологічних параметрів

4.3.1 Визначення внутрішнього опорумілівольтметра проводять компенсаційним методом звірення зі зразковою котушкою за схемою, вказаною на рис 1.40

або шляхом заміщення за схемою, в такий спосіб рис 1.41:

а) на магазині опору встановлюють значення, близьке до внутрішнього опору повіреного мілівольтметра;

б) у положенні I перемикача П вимірюють потенціометром падіння напруги на повірюваному мілівольтметрі, встановлюючи регульованим опором струм, що відхиляє стрілку в межах шкали мілівольтметра;

в) в положенні II перемикача П змінюють опір магазину до отримання значення падіння напруги, виміряного потенціометром на мілівольтметрі, при цьому значення внутрішнього опору мілівольтметра дорівнює встановленому опору.

44 5. ОФОРМЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ПОВIРКИ

455.1. Дані перевірки мілівольтметрів класів точності 0,2 і 0,5 заносять в протокол, який зберігається в організації, яка здійснювала перевірку, протягом терміну між двома почерками приладу.

465.2. Дані про перевірку приладів класів точності 1; 1,5; 2,5 заносяться до журналу спостережень.

475.3. Мілівольтметри, що відповідають вимогам, що пред'являються до них, після повірки підлягають таврування.

485.4. На мілівольтметри класів точності 0,2 та 0,5 на вимогу замовника видається витяг з протоколу перевірки з зазначенням значень поправок у мілівольтах.

495.5. У разі непридатності мілівольтметра органи метрологічної служби видають повідомлення про непридатність із зазначенням причин та гасять тавро.

Лабораторна робота № 5Перевірка автоматичного потенціометра»

Вивчення пристрою та повірка автоматичного потенціометра

Мета роботи: Ознайомлення з принципом дії, пристроєм та методикою

автоматичного потенціометра.

Хід роботи: При повірці автоматичних потенціометрів та мостів повинні дотримуватись "Правила технічної експлуатації електроустановок споживачів та правила техніки безпеки при експлуатації електроустановок споживачів", затверджені Держенергонаглядом, та вимоги, встановлені ГОСТ 12.2.007.0-75.

При повірці автоматичного потенціометрапо переносному потенціометр типу ПП-П необхідно враховувати, що ці прилади є потенціометрами одного класу точності. Тому для надійності перевірки автоматичного потенціометра на діапазон, наприклад, 16,76 мв необхідно знати поправки будь-якої точки шкали реохорда потенціометра ПП з точністю до 0,03 мв і секційного перемикача до 0,01 мв. При перевірці приладу на інший діапазон вимірів пропорційно змінюються вимоги до зразкового приладу. При повірці автоматичного потенціометра переносного потенціометра типу ПП необхідно враховувати, що ці потенціометри є приладами одного класу точності. Тому, наприклад, для надійної перевірки автоматичного потенціометрана діапазон вимірювань 16,76 мв необхідно знати поправки будь-якої точки шкали реохорда потенціометра ПП з точністю до 0,03 мв та секційного перемикача до 0,01 мв. При перевірці приладу на інший діапазон вимірів пропорційно змінюються вимоги до зразкового приладу. Третій спосіб передбачає застосування лише переносного потенціометра. При повірці автоматичного потенціометра переносного потенціометра типу ПП-П необхідно враховувати, що ці прилади є потенціометрами одного класу точності. Тому для надійності повірки автоматичного потенціометрана діапазон, наприклад, 16,76 мв необхідно знати виправлення будь-якої точки шкали реохорда потенціометра ПП з точністю до 0,03 мв і секційного перемикача до 0,01 мв. При перевірці приладу на інший діапазон вимірів пропорційно змінюються вимоги до зразкового приладу.

Лабораторна робота № 6 «Перевірка термоперетворювача опору»

Вивчення пристрою та повірка термоперетворювача опору

Мета роботи: Ознайомлення з принципом дії, пристроєм та методикою

термоперетворювача опору ГОСТ 8.461-2009.

Хід роботи: термоперетворювачі опору з платини, міді та нікелю. Методика повірки чинний Цей стандарт поширюється на термоперетворювачі опору з платини, міді та нікелю за ГОСТ 6651, призначені для вимірювання температури від мінус 200 0 С до плюс 850 0 С або в частині даного діапазону, а також на термоперетворювачі опору, що знаходяться в обігу. введення в дію ГОСТ 6651, та встановлює методику їх первинної та періодичної перевірок. Відповідно до цього стандарту можуть бути повірені також чутливі елементи термоперетворювачів опору, які використовуються як засоби вимірювання температури. Значення температури у цьому стандарті відповідають Міжнародній температурній шкалі МТШ-90

Лабораторна робота № 7 «Вимірювання температури пірометром випромінювання»

Мета роботи: Ознайомлення з принципом дії, пристроєм та методикою

пірометр випромінювання.

Хід роботи: ознайомлення з пристроєм та роботою пірометрів випромінювання.

ОПИС ПІРОМЕТРІВ ВИМИКАННЯ

За високої температури будь-яке нагріте тіло значну частку теплової енергії випромінює як потоку світлових і теплових променів. Чим вище температура нагрітого тіла, тим більша інтенсивність випромінювання. Тіло, нагріте приблизно до 600°С, випромінює невидимі інфрачервоні теплові промені. Подальше збільшеннятемператури призводить до появи у спектрі випромінювання видимих ​​світлових променів. У міру підвищення температури колір змінюється: червоний колір переходить у жовтий і білий, що є сумішшю випромінювань різної довжини хвилі.

Алгоритмічне забезпечення (Лекція)

ПЛАН ЛЕКЦІЇ

1. Алгоритми первинної обробки інформації

2. Алгоритми вторинної обробки інформації

3. Алгоритми прогнозування значень величин та показників

4. Алгоритми контролю

Алгоритмічне забезпечення – сукупність взаємозалежних алгоритмів. Безліч алгоритмів поділяються на 6 груп:

1. Алгоритми первинної обробки інформації (фільтрація, облік нелінійності характеристики).

2. Алгоритми визначення показників процесу (алгоритми вторинної обробки інформації), визначення інтегральних та середніх значень, швидкості, прогнозування тощо.

3. Алгоритми контролю.

4. Алгоритми цифрового регулювання та оптимального управління.

5. Алгоритми логічного управління.

6. Алгоритми розрахунку техніко-економічних показників.

1. Алгоритми первинної обробки інформації

Первинна обробка інформації включає фільтрацію корисного сигналу, перевірку інформації на достовірність, аналітичне градуювання датчиків, екстраполяцію та інтерполяцію, облік динамічних зв'язків.

Фільтрування– операція виділення корисного сигналу вимірювальної інформації з суми з перешкодою. Залежно від перешкод виділяють такі фільтри:

1. Фільтри низьких частот (НЧФ).

2. високо-частотні фільтри (ВЧФ).

3. смугові фільтри (ПФ, пропускають сигнали певної частоти).

4. режекторні фільтри (ПФ, що не пропускають сигнали певної частоти).

Найбільш поширеними є НПФ, які поділяються на фільтри ковзного середнього, фільтри експоненційного згладжування та медіані.

Різнинне рівняння фільтра експоненційного згладжування

Отримаємо рівняння фільтра експоненційного згладжування при наступних припущеннях:

припущення 1:корисний сигнал x (t ) являє собою випадковий стаціонарний процес з відомими статичними характеристиками M x - математичне очікування; D x – дисперсія; - автокореляційна функція, що показує ступінь зв'язку між значеннями сигналу в моменти часу, зрушені відносно один одного на час? Корисний сигнал не корельований із перешкодою.

припущення 2:перешкода f (t ) являє собою випадковий стаціонарний процес, некорельований з корисним сигналом та з відомими статичними характеристиками M f =0; ; при цьому k<0 m >0.

У безперервному варіанті властивості фільтра експоненційного згладжування описуються ДК:

.

Передатна функція - аперіодична ланка

.

Замінивши похідну - різницею і отримуємо різницеве ​​рівняння:

– різницеве ​​рівняння

А,

де Т - постійна часу, Т 0 - період опитування датчика, - параметр налаштування регулятора. Оптимальне значення визначається шляхом мінімізації похибки фільтра. Оптимальне значення параметра фільтра залежить від статичних властивостей корисного сигналу, перешкоди. На практиці в більшості випадків ці параметри визначити не можна, чим менше, тим сильніше властивість фільтра, що згладжує, проте при малих значеннях може відбутися спотворення корисного сигналу.

Даний фільтр є найпоширенішим низькочастотним фільтром.

Різнинне рівняння фільтра ковзного середнього

В аналоговому вигляді (безперервний варіант) рівняння ФСК має вигляд:

.

Використовуючи метод прямокутників можна отримати різницеве ​​рівняння:

Замінивши інтеграл сумою (застосовуючи для інтегрування метод прямокутників), отримаємо:

де-площа прямокутників; Т- Час усереднення;

Т= nT 0 n – це кількість точок усереднення, параметр налаштувань фільтра. Оптимальне значення n визначається шляхом мінімізації похибки (дисперсії помилки) фільтра та залежить від статичних властивостей корисного сигналу та перешкоди.

Чим більше n , тим більше властивість фільтра, що згладжує.

Статичні фільтри нульового порядку

Статичний фільтр – фільтр, який у аналоговому варіанті є паралельним з'єднанням ( n +1) ланцюжків, що складаються з підсилювальної ланки та ланки чистого запізнення.

ПФ такого фільтра має вигляд:

де - час запізнення; n- Порядок фільтра.

При n =0 маємо статичний фільтр нульового порядку W (p) = b 0 → .

При використанні цієї формули y (t ) буде зміщеною оцінкою корисного сигналу x (t),

тобто. - Математичне очікування вихідного сигналу.

Для отримання незміщеної оцінки необхідно використати таку функцію:

В цьому випадку .

b 0 як параметр налаштування.

Для програмної реалізаціїстатичного фільтра нульового порядку використовують формулу:

Статичні фільтри першого порядку

ПФ таких фільтрів має вигляд: .

Математичне очікування:

Для того, щоб фільтр мав незміщену оцінку при обліку

Де - Настройки фільтра.

Мінімізуючи значення помилки фільтрації, отримуємо: .

Для програмної реалізації - період опитування датчика.

Різнинне рівняння:.

при n =0 маємо статичний фільтр нульового порядку W (p) = b 0 .

При використанні цієї формули y (t ) буде зміщеною оцінкою корисного сигналу x (t ), тобто. - Математичне очікування вихідного сигналу

Для отримання несмещенной оцінки потрібно використовувати таку функцію: .

В цьому випадку .

b 0 як параметр налаштування .

Для програмної реалізації статичного фільтра першого порядку застосовують формулу: .

Робасні фільтри

Фільтри цього типу призначені для фільтрації аномальних викидів. До робастних фільтрів відносять медіанний фільтр, фільтр релейно - експоненційного згладжування.

Медіанний фільтр

Реалізація медіанного фільтра здійснюється за формулою: де М - параметр налаштування,

med - Оператор, що означає операцію оцінки медіани.

Оцінка медіани проводиться за таким алгоритмом:

Проводиться впорядкування відліків до ряду за зростанням.

При непарному М як медіана вибирається центральне значення цього ряду. При парному значенні як медіана вибирається напівсума двох середніх значень ряду.

Фільтр релейно-експоненційного згладжування

Алгоритм роботи даного фільтрамає вигляд:

,

де - Середньоквадратичне відхилення (СКО) перешкоди, - модуль збільшення корисного сигналу на сусідніх відліках.

Різнисні рівняння фільтрів із заданою АЧХ

Якщо необхідно реалізувати низькочастотний фільтр із заданою АЧХ, то для цього необхідно використовувати ЛАЧХ (логарифмічна АЧХ).

- Залежність коефіцієнта передачі гармонійного сигналу від частоти.

.

Необхідно визначити ЛАЧХ, а потім ПФ і далі від ПФ перейти до дискретної ПФ, використовуючи перетворення Лапласа.

Передатна функція (ПФ) – відношення у зображенні Лапласа вихідної функції до вхідної за нульових початкових умов.

, де р- Комплексна величина.

Дискретне перетворення:

.

Зробили заміну змінної:

.

Перехід від ПФ до дискретної ПФможе бути вироблений на основі відносіння: .

Після отримання дискретної ПФ можна легко отримати різницеве ​​рівняння, користуючись теоремою про зміщення (запізнення):

Зміщена гратчаста функція

.

Не рекурентна, не рекурсивна система: наявність лише вхідних сигналів у правій частині, наявність вихідних сигналів.

Для АЧХ, виду

(*);

.

A та B підставляємо у вираз (*) та ДПФ визначена. Далі необхідно написати різницеве ​​рівняння та скласти програму.

Теорема про усунення:

;

Перетворюємо, застосовуючи теорему про усунення, і отримуємо

Для високочастотного фільтра з характеристикою : ;

;

.

Для смугового фільтра:

;

;

.

Для режекторного фільтра:

;

;

.

Для реалізації процедури фільтрації застосовуються й інші фільтри крім розглянутих, що є більш складними адаптивними та АЧХ із крутими фронтами. До таких фільтрів відносять фільтри Чебишева, Калмана, Вінера.

Перевірка достовірності інформації

Недостовірність інформації з'являється у разі відмови інформаційно-вимірювальних каналів. Відмови бувають двох видів: повні та часткові. Повна відмова настає при виході з ладу вимірювального перетворювача або при пошкодженні лінії зв'язку. При частковому відмові технічні засоби зберігають працездатність, проте похибка виміру перевищує допустиме значення.

Алгоритми, що дозволяють виявляти повні відмови:

1) алгоритм допускового контролю параметра: перевірка умови -X i min≤ X i ≤ X i max

X i min – мінімально можливе значення i-го параметра;

X i max - максимально можливе значення i-го параметра.

Якщо умова не виконується, інформація недостовірна. У цьому випадку використовують достовірну інформацію, отриману в попередній момент часу, або використовують середнє значення i -го параметра.

2) А лгоритм заснований на визначенні швидкості зміни i -го параметра та перевірки умови:

A ≤ Xi ≤ B

Х i = dX i (t)/dt

dX i (t) / dt = (X i (k) - X i (k -1)) / T 0 де T - Період опитування, T = dt

3) Алгоритм апаратного резервування – алгоритмконтролю інформації, з допомогою якого виявляються часткові відмови, засновані на використанні інформаційної надмірності. Надмірність може бути отримана як резервування інформаційно-вимірювальних каналів (апаратна надмірність), або шляхом визначення деяких параметрів за допомогою прямого вимірювання, так і шляхом розрахунків через інші параметри.

Апаратна надмірність – ознака відмови, порушення умови | X i - ­ X­| < C, де

‌Х – це середнє значення за всіма вимірювальними перетвореннями

X i – значення, отримане від i вимірювального перетворення

С – найбільше допустиме значення модуля різниці (2-3 від середньо квадратичної похибки зміни перетворення)

4) Рівняння матеріального балансу має вигляд:f( x 1 , x 2 , …. x n)=0. Рівняння виконується лише в тому випадку, якщо значення параметрів x 1, x 2, …. x n відповідають справжнім значенням. Якщо параметри змінюються з похибкою, маємо . При підстановці значень , отримаємо. Якщо , то інформація вважається недостовірною.

X - Вимірювана величина,

Y - сигнал, що встановився

y = f(x ) -статична характеристика датчика.

Під аналітичним градуюванням датчика (АГД) розуміють визначення (відновлення) вимірюваної величини за сигналом, що знімається з датчика (перетворювача).

, де x ^ - оцінка вимірюваної величини, отримана за сигналом, що знімається з датчика; f -1 - Зворотна функція y = f(x).

Якщо градуювальна характеристика вимірювального перетворення аналітично задана, то АГД зводиться до реалізації обчислювальної операції.

Якщо статична характеристика датчика лінійна: y = ax + b , то аналітична градуювання зводиться до реалізації обчислювальних операцій, тобто до формули= (y - b) / a.

У цьому випадку аналітичне градуювання датчика виявляється у масштабуванні. Однак більшість промислових датчиків (перетворювачів) мають нелінійну статичну характеристику, яка часто визначається експериментально і подається у вигляді графіка або градуювальної таблиці (для цього використовують паспортні дані). При табличному поданні градуювальної характеристики застосовують спосіб АГД, що полягає в апроксимації градуювальної характеристики аналітичним виразом. Одним з найбільш поширених методів аналітичного градуювання є апроксимація за допомогоюстатечних поліномів:

де - Коефіцієнти, які повинні бути чисельно визначені;

n - Ступінь полінома.

Використовуючи цю формулу, виникає низка завдань:

1. Вибір критерію, за яким визначається коефіцієнти a j;

2. Визначення ступеня поліномів ( n ), що забезпечують необхідну точність апроксимації.

Залежно від критерію, що використовується для апроксимації, розрізняють такі поліноми:

1. Поліноми оптимального рівномірного наближення (НРП).

Критерієм визначення коефіцієнтів даних поліномів є вимога забезпечення заданої точності в будь-якій точці діапазону роботи датчика. Для апроксимації даного полінома необхідно мінімізувати лінійну форму, Для чого використовуються методи лінійного програмування (вирішення задачі оптимізації). Лінійне програмування – розділ математики, у яких розглядаються методи визначення екстремуму лінійного критерію при лінійних обмеженнях. Найпоширеніший метод лінійного програмування – симплекс метод (метод послідовно поліпшення плану). Недоліком полінома НРП є складність визначення коефіцієнтів, тобто необхідність розв'язання задачі лінійного програмування.

2. Асимптотичні поліноми.

Перевагою є можливість попередньої оцінкиступеня полінома до розрахунку коефіцієнта. Розрахунок коефіцієнтів базується на таблиці, що градується. Наведемо фрагмент цієї таблиці:

Ступінь	Використовувані точки	Коефіцієнти полінома	Параметр точності
	y 0 = b y 1 =(b-a)/2 y 2 =a	a 0 =1/4[(x 0 +2x 1 +x 2) – 2((b+a)/(b-a))(x 0 -x 2)] a 1 =(1/(b-a))(x 0 -x 2)	L 1 =1/2(1/2x 0 - x 1 - 1/2x 2)
	y 0 = b y 1 = b-1/4 (b-a) y 2 =a+1/4(b-a) y 3 =a	a 0 =2/3((b+a)/(b-a)) 2 (x 0 -x 1 -x 2 +x 3)-1/3((b+a)/(b-a))(x 0 + x 1 -x 2 -x 3)+1/6(-x 0 +4x 1 +x 2 -x 3) a 1 =2/3(b-a)[ 1-4((b+a)/(b-a))](x 0 -x 2)+(1+4) ((b+a)/(b-a))( x 1 -x 3) a 2 =2/3(2/(b-a)) 2 (x 0 -x 1 -x 2+ x 3)	L 2 =1/3(1/2x 0 - x 1 +x 2 -1/2x 3))

a≤y≤b

x 0 x 1 x 2 – значення параметра, що вимірюється, відповідні y 0 , y 1 , y 2

3. Регресійні поліноми використовуються для АГД нестандартних датчиків. Як критерій визначення коефіцієнтів приймається величина середньоквадратичної похибки апроксимації в діапазоні зміни вимірюваної величини: (мінімізується сума квадратів помилок)

Для визначення коефіцієнтів полінома використовується метод найменших квадратів, при якому мінімізується критерій та вирішується система рівнянь:

dI (..) / da 0 = 0

…..

dI (..)/ dan =0

Порівнюючи різні поліноми можна дійти невтішного висновку: регресійні поліноми дають найменшу среднеквадратичную помилку. Поліноми НРП дають мінімум максимальної помилкиа асимптотичні займають проміжне положення між ними.

Застосування інтерполяції та екстраполяції при контролі параметрів та показників

Процес отримання інфо про безперервно-змінні величини в АСУ ТП відбувається дискретно в часі, тому виникає завдання відновлення значень вимірюваних величин в моменти часу, що не збігаються з моментами вимірів.

Для управління, коли необхідно знати значення вимірюваної величини в поточний або майбутній час використовується метод екстраполяції значення величини, отриманої в попередній момент часу.

Для аналізу роботи виробництва та обчислення техніко-економічних показників необхідно визначити значення величин у попередні моменти часу, у цьому випадку використовуються методи інтерполяції.

Найчастіше екстраполяцію здійснюють ступінчастим методом. При ступінчастій екстраполяції про значення вимірюваної величини в будь-який момент часу судять за виміряним значенням величини останньої струму виміру. Похибка ступінчастої екстраполяції: ,

де - автокореляційна функція (встановлює рівень зв'язку);

T 0 - період опитування датчика;

Похибка вимірювального перетворення.

Таким чином, похибка ступінчастої екстраполяції залежить від статичних властивостей вимірюваної величини, періоду опитування та похибки вимірювального каналу, що необхідно враховувати під час вибору періоду опитування.

Для інтерполяції найчастіше застосовується шматково-лінійна апроксимація, яка проводиться за двома точками з використанням наступної формули:

Менш точною є ступінчаста інтерполяція.

Облік динамічних зв'язків

Наявність інерційного датчика може істотно спотворити частотний склад сигналу, що вимірювається, наприклад, при вимірюванні температури в печах застосовують масивні чохли для захисту термопар від механічних пошкоджень, що викликає значну динамічну похибку.

Якщо прийняти статичний коефіцієнт передачі інерційного датчика дорівнює одиниці, тобто при , то необхідно враховувати наступний зв'язок:, тобто. у час на виході датчика формується сигнал несе інформацію про значення параметра в попередній час, тобто. у момент часу.

2. Алгоритми вторинної обробки інформації

До основних операцій вторинної обробки відносять:

· визначення інтегральних та середніх значень величин та показників;

· визначення швидкості зміни величини та показників;

· визначення величин та показників, що не вимірюються прямим методом (непрямий вимір);

· прогнозування значень величин;

· визначення статичних характеристик, величин та показників.

Застосовуються для управління та аналізу роботи. Велике значеннямає визначення сумарних кількостей речовини чи енергії, одержуваних у виробництві за певний проміжок часу. Прикладами є витрати електроенергії, палива за годину, зміну, добу тощо. Цим же цілям служить визначення середніх значень вимірюваних величин, що є режимними показниками (середній час, середній тиск тощо)

Розглянемо методи дискретного інтегрування, що постійно змінюється в часі вимірюваної величини. Далі наведено чисельні методи інтегрування.

1. Метод прямокутників.

Суть методу полягає у заміні реалізації x( t ) її ступінчастою екстраполяцією за час t.

, де - період опитування датчика.

У представленому вигляді алгоритм інтегрування використовується рідко, для його реалізації потрібно запам'ятовувати всі значення. На практиці використовується рекурентна формула:

2. Метод трапецій.

Точнішим є метод трапеції. Рекурентна формула: .

Похибка методу трапеції менша за похибку методу прямокутників на величину:

.

Як показують розрахунки приблизно на 10%, зменшується похибка дискретного інтегрування при переході від методу прямокутника до методу трапеції при n >10, коли суттєвий вплив на результат розрахунку надають кратні числа, отже, на практиці здебільшого використовують метод прямокутників, як більш простий та економічний.

Середнє значення визначається через інтегральне: , де

Час інтегрування.

Диференціювання дискретно - вимірюваних величин. Для аналізу ходу технологічного процесу дуже важливим є визначення як чисельних значень параметрів, а й тенденція їх застосування у час (збільшується параметр чи зменшується). У цьому випадку необхідно визначати швидкість зміни параметра, тобто диференціювати.

Похідна від помилки необхідно визначати і при реалізації регулятора, наприклад, з ПД, ПІД ланками.

Найбільш простий алгоритм дискретного диференціювання базується на використанні наступної функції: , де Т0 - період опитування датчика.

3. Алгоритми прогнозування значень величин та показників

Для розрахунку прогнозованих значень необхідно побудувати математичну модель часового ряду. У практиці короткострокового прогнозування найбільшого поширення набули модель авторегресії та поліноміальна модель.

Модель авторегресії має вигляд: , де а – коефіцієнти, р – порядок. Розрахунок прогнозованих значень проводиться за такою формулою: , де - Виміряні або прогнозовані значення тимчасового ряду в моменти часу t = (n - k + l) To.

Цей алгоритм простий у реалізації, та його недоліком є ​​низька точність, оскільки результати а(к) не уточнюються за результатами прогнозу. Цього недоліку позбавлений метод поліноміальної моделі: , де n - Номер поточного кроку, l - Число кроків прогнозу.

Оцінка параметрів цієї моделі ауточнюється принаймні надходження кожного нового значення часового ряду. Для цього використовується експоненціальні середні різного порядку.

1 порядку: Z 1 (j) = y (j) + (1-γ) Z 1 (j -1)

2 порядку: Z 2 (j) = γ Z 1 (j) + (1-γ) Z 2 (j -2)

… …

r порядку: Z N (j) = γ Z r -1 (j) + (1-γ) Z r (j -1), де - параметр налаштування прогнозування.

Вибір даного параметра ґрунтується на наступних властивостях: якщо бажано щоб прогноз базувався на останніх значеннях часового ряду, слід вибирати значення , близьке до 1. Якщо необхідно враховувати і попередні значення часового ряду, то необхідно зменшувати.

Розрахунок коефіцієнтів здійснюється за формулою для моделі 1 порядку:

Розрахунок коефіцієнтів здійснюється за формулою для моделі 2 порядку:

Коефіцієнти у поліноміальному законі розраховуються через моделі 1 та 2 порядку; моделі вищого ладу застосовуються рідко, т.к. якість прогнозу зростає незначно.

Визначення статистичних показників вимірюваних величин

Знання статистичних характеристик необхідне оцінки якості своєї продукції та визначення моменту порушення ходу ТП. У цьому випадку змінюються значення статистичних характеристик вимірюваних величин. Особливістю визначення lfyys [ Характеристиків є використання рекурентних формул.

Математичне очікування (1 – не рекурентна формула, 2 – рекурентна формула)

Дисперсія (1 – не рекурентна формула, 2 – рекурентна формула)

4. Алгоритми контролю

Поняття контроль ширше поняття і включає вимірювання величин і показників і порівняння їх з допустимими межами.

Розглянемо загальні та приватні постановки задачі визначення величин та показників.

Загальна постановка:

Задано сукупність величин та показників, які необхідно визначити в об'єкті контролю. Вказано необхідну точність їх оцінки. Є сукупність датчиків, встановлених або можуть бути встановлені на автоматизованому об'єкті. Потрібно для кожного окремого показника знайти групу датчиків, частоту їхнього опитування та алгоритми обробки, одержуваних від них сигналів. Внаслідок чого значення цієї величини визначилося б з необхідною точністю.

Точність оцінки шуканої величини визначається точністю роботи вимірювальних ланцюгів (датчика, перетворювача), частотою їхнього опитування та точністю обчислювальної переробки вимірювальних сигналів у потрібну величину.

Приватні постановки:

1. Визначення поточного значення величини безпосередньо вимірюванням автоматичним приладом чи датчиком.

- коли необхідна точність виміру набагато менше точності датчика з перетворювача;

- коли потрібна точність вимірювання більша за точність датчика або перетворювача.

Другий випадок є більш загальним. Для контролю необхідно знайти такі алгоритми перетворення сигналу датчика, які збільшили б точність до необхідного значення. Для цього необхідно провести аналіз існуючої похибки та виявити окремі її складові, а потім їх компенсувати шляхом використання спеціальних алгоритмів.

Залежно від причин виникнення похибок застосовують такі алгоритми, що зменшують похибку:

Аналітичне градуювання датчиків.

Якщо похибка викликана нелінійністю статичної характеристики датчика.

Фільтрування сигналу від перешкод.

Якщо всередині об'єкта або датчика існує джерело значної перешкоди, яке накладається на корисний сигнал.

Екстраполяція та інтерполяція

Якщо значну похибку оцінки величини викликано великим значенням періоду опитування.

Корекція динамічної похибки датчика

Якщо датчик є інерційною ланкою, а вимірювана величина змінюється в часі зі значною швидкістю.

2. Визначення значення величини, що обчислюється за вимірюваним датчиком сигналів.

Наприклад, оцінка сумарного значення, середнього значення, швидкості і т. д. У цьому випадку необхідно вибрати раціональні алгоритми переробки сигналу, що вимірюється.

Крім того, тут не виключено застосування алгоритмів АГД, фільтрації тощо.

Дана задача найбільш складна в тих випадках, коли не відомий характер зв'язку між вимірюваними сигналами та шуканою величиною (непрямий вимір). У цьому випадку необхідно провести аналіз рівнянь матеріального та теплового балансу, які дозволяють виявити цей зв'язок або використовувати регресійний аналіз.

Визначення періоду опитування датчиків вимірюваних величин

Період опитування суттєво впливає на точність контролю. Розглянемо спосіб визначення періоду опитування, що ґрунтується на визначенні автокореляційної функції.

Нехай задана середньоквадратична похибка. Визначення величини x (t ). Потрібно знайти інтервал часу T 0 між вимірами, у яких похибка визначення величини вбирається у заданого значення. Методика заснована на залежності помилки та автокореляційної функції:

де-автокореляційна функція.

,

де n - Обсяг вибірки, за якою визначається автокореляційна функція.

Сутність методики полягає в наступному:

1. Здійснюється знімання даних з довільним періодом опитування T 0 (якомога менше). Число точок опитування: 30-50. Отримані дані заносяться до таблиці:

	Час	Значення	Відхилення за час
			T 0		2 T 0		3 T 0
		x 0
	T 0
	2 T 0
	3 T 0
	n T 0
Значення помилки

;

, , де i - Номер рядка таблиці, k - Номер стовпця.

.

2. Будується графік залежності помилки від періоду опитування.

3. За значенням за графіком визначається значення .

Значення періодів опитування датчиків, які використовуються практично.

· Витрата: 0.1 - 2с.

· Рівень: ≈5с.

· Тиск: 0.5 - 10с.

· Температура: 5-30с.

· Концентрація: ≈20с.

Види контролю

Загальною функцією автоматичного контролю є фіксація ходу технологічного процесу у часі та безперервне (періодичне) порівняння параметрів процесу із заданими.

Розрізняють такі види контролю:

1. Контролює технологічні процеси в нормальному режимі.

2.

3.

4.

5. Контроль включення/ вимикання обладнання.

6. Контроль за продуктивністю обладнання.

7.

Основна операція контролю полягає в тому, що для кожного контрольованого параметраx(t i) у момент часуtнеобхідно перевіряти виконання умови:, де - Число параметрів,m i– нижня допустима межа зміниi-го параметра,M i- Верхня допустима межа.

Усі контрольовані параметри можна розбити на три групи:

1. Параметри, які потребують безперервного контролю.

2. Параметри, які потребують періодичного контролю.

3. Вільні показники процесу.

Безперервний контроль через дискретний характер процесу вимірювання в автоматичних системах здійснити неможливо, оскільки постає питання про крок дискретизації (період опитування).

Цей крок має вибиратися з умови:.

Щоб максимально змінити параметр на відрізку часуt 0 не перевищувало певної заданої позитивної величини . З урахуванням цієї умови безперервного контролю зводиться до перевірки нерівності: .

До параметрів, що потребують періодичного контролю відносяться такі параметри, для яких у певний момент часу допустимо вихід за встановлені межі. Для таких параметрів на ;

- Початок відліку часу.

Вільні показники процесу – це деякі функції параметрів, які необхідно контролювати:, . Зазвичай практично вільні показники вимагають періодичного контролю.

Контролює технологічний процес у нормальному режимі.

Залежно від цього якої групі належить технологічний параметр проводиться відповідний контроль (безперервний чи періодичний).

У разі виходу за встановлені межі фіксується час, номер параметра або співвідношення, межа якого була порушена та величина відхилення від межі зі знаком «-». Крім того, оператор, що веде процес, повинен мати можливість проконтролювати поточне значення будь-якого технологічного параметра. Такий вид контролю називається контролем на запит. Таким чином, контроль технології в нормальному режимі зводиться до визначення значення величин та порівняння їх величин із заздалегідь встановленими величинами (межами).

Контроль якості продукції.

Даний вид контролю здійснюється тими самими методами, однак у більшості випадків показники якості потребують періодичного контролю.

Контролює процес при виході його на номінальний рівень потужності.

Основне завдання полягає у забезпеченні безпеки, тому граничні значення можуть відрізнятися від граничного значення в нормальному режимі. Для цього використовується спеціальна підпрограма.

Контролює справність обладнання.

При виході їх ладу обладнання передбачається ручне або автоматичне включеннярезервного устаткування.

Контроль увімкнення/вимкнення обладнання здійснюється за дискретними сигналами, що характеризують поточний стан обладнання. Наприклад, при заповненні резервуара він відключається і підключає порожні резервуари.

Контроль продуктивності обладнання здійснюється на основі техніко-економічних показників.

Контроль за процесом в аварійних режимах.

Передбачається автоматична сигналізація, захист та блокування. Можливе розпізнавання аварійних ситуацій та автоматичний висновок із такої ситуації.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Кафедра: Загальна Фізика

На тему: Алгоритмічне та програмне забезпечення сучасного радіофізичного експерименту

Москва, 2008 рік

Алгоритмічне та програмне забезпечення сучасного радіофізичного експерименту

Оскільки АСРФІ створюється на вирішення певного кола завдань, що з дослідженням раніше невідомих властивостей об'єктів дослідження, характеристики її ланок і вимоги, які ставляться до системі загалом, орієнтовані найбільш ефективну реалізацію цілком певних алгоритмів, які забезпечують максимальну інформативність. Отже, до початку розробки комплексу технічних засобів АСРФІ основні алгоритми управління мають бути опрацьовані такою мірою, щоб можна було отримати оцінки основних характеристик окремих програм, їх зв'язків між собою та масивів даних.

Послідовність етапів створення алгоритмічного та програмного забезпечення наведена на рис. 1.8. На відміну від систем, призначених для вирішення завдань, пов'язаних із функціонуванням технічних об'єктів, характеристики яких значною мірою можуть бути відомі заздалегідь, АСРФІ розробляються для дослідження радіофізичних об'єктів, властивості яких наперед, як правило, невідомі. Тому задачі розробки алгоритмів управління обов'язково передує розв'язання задачі визначення математичних моделей, що описують ОІ. Обидві ці завдання становлять зміст алгоритмізації процесу виміру РФВ. Отримані математичні моделіОІ та радіофізичних процесів, що протікають у ньому та визначають його властивості, алгоритми управління та реалізують їх програми є складовою математичного забезпечення АСРФІ.

Узагальнена схема алгоритмічного забезпечення при реалізації АСРФІ наведена на рис.1.9 Алгоритми АСРФІ 1 визначаються трьома укрупненими блоками: алгоритми управління системою 2, алгоритми введення - виведення інформації 3, алгоритми вирішення обчислювальних задач 4. Основними укрупненими функціями управління модулів (ФМ) 5 [оператор R 2 1 у формулі (1.27) при деталізації оператора R 2 ] та структурною перебудовою 6 [оператор R 2 2 (1.27)]. Блок алгоритмів 3 забезпечує прийом 7 та видачу 8 [оператори R 2 3 , R 2 4 (1.27)] всіх сигналів (і цифрових, і аналогових) при взаємодії ЕОМ із зовнішніми пристроями. Блок алгоритмів 4 призначений для вирішення всіх обчислювальних завдань, які функціонально взаємопов'язані також із попередніми блоками алгоритмів. Попередня цифрова обробка сигналів 9 [оператор R 2 5 (1.27)] передбачає забезпечення якості їх подальшої обробки (запобігання ефекту накладання спектрів, цифрову фільтрацію сигналу, зважування введених масивів цифрової інформації ваговими вікнами і т.д.), якщо в цьому виникає необхідність.

Математична обробка сигналу 10 [оператор R 2 6 (1.27)] повинна забезпечувати всі обчислювальні процедури, включаючи спеціальну математичну обробку для отримання вимірювального результату в конкретному РФЕ.

У разі, якщо АСРФІ за своєю організацією досягає рівня інтелектуальної, то її функціонування обов'язково передбачає створення експертних систем, до функцій яких також входить реалізація відповідних принципів управління 11 [оператор R 2 7 (1.27)].

Для проведеної узагальненої класифікації апаратного та алгоритмічного забезпечення АСРФІ з урахуванням сказаного вище, загальне рівняння вимірювань в операторній формі матиме вигляд:

(1.31)

На схемі рис.1.9 розподіл алгоритмів умовний. Між ними існують розгалужені функціональні зв'язки, які будуть розкриті далі.

У п.1.4 2 показано, що важливого підвищення інформативності УРФІ можна досягти, вносячи елементи гнучкості у всі ланки її апаратного забезпечення і, отже, забезпечуючи їх адаптивні властивості, що дозволяють програмно перебудовувати параметри УРФІ, не перериваючи поточний експеримент. Між цими ланками та ЕОМ існують функціональні зв'язки, а керування їх характеристиками в межах гнучкості здійснюється за певними алгоритмами, що реалізуються в ЕОМ програмними засобами. Крім того, можливості сучасних ЕОМ дозволяють реалізувати багато апаратних аналогів ФМ в алгоритмічному виконанні. Причому в багатьох випадках характеристики алгоритмічних ФМ кращі, ніж у їх апаратних аналогів.

Рис.1.8 Послідовність етапів розробки алгоритмічного та програмного забезпечення складної системи

Рис.1.9 Узагальнена структура алгоритмічного забезпечення АСРФІ:

1 – алгоритми; 2 – управління системою; 3 - обміну із зовнішніми пристроями; 4 - рішення обчислювальних завдань; 5 – функціонального управління; 6 – структурного управління; 7 – введення сигналів; 8 - виведення сигналів; 9 - попередня цифрова обробка сигналів; 10 – математична обробка сигналу; 11 - аналіз баз даних та знань, формування логічних висновків.

Програмне забезпечення (ПЗ) АСРФІ розробляється на основі вже розроблених алгоритмів. Після того як визначено склад усіх завдань АСРФІ, обрані методи їх вирішення, встановлені інформаційні зв'язкиміж ними та послідовність їх вирішення, зроблено їх об'єднання у підсистеми, доречно розподілити функції управління ними між програмним забезпеченням, технічним забезпеченням та людиною (експертом). Воно визначається, з системних міркувань, з урахуванням матеріальних витрат. Ці характеристики знаходять свій відбиток у вимогах до алгоритму (чи часової діаграмі) роботи системи. Отже, побудова алгоритму (тимчасової діаграми) та вибір розподілу функцій між експертом, апаратними та програмними засобами є завданням, вирішення якого визначає всі наступні рішення.

Відомо 76, що за функціональною ознакою ПЗ можна розділити на функціонально завершені ФМ. Всеосяжне, уніфіковане програмне забезпечення для складного РФЕ створити практично неможливо. Деяка уніфікація ПЗ можлива лише для стандартизованих засобів організації експерименту, наприклад, з використанням згаданих вище систем ВЕКТОР, КАМАК, FASTBUS, VME та ін , що мають також і логічний стандарт.

Сучасними тенденціями у розвитку ПО задля забезпечення АСРФИ, мабуть, слід вважати створення програмних оболонок, у яких можливий синтез віртуальних систем. Прикладом таких програмних оболонок є програмне забезпечення у складі labVIEW, labWINDOWS і т.д. . Однією з найбільш перспективних напрямів розвитку ПЗ нині, очевидно, слід вважати ПЗ в організацію інтелектуальних систем. Однак, як далі буде показано, в цьому випадку обов'язково буде позначатися специфіка конкретного експерименту, що в даному випадку унеможливлює повну уніфікацію АТ і ПЗ.

Існуючі методи проектування гнучких систем для наукових досліджень

Поява мікропроцесорних засобів (МПС) відразу ж призвела до появи нового класу вимірювальної техніки - цифрових вимірювальних приладів (ЦІП), що володіють деякою функціональною гнучкістю та адаптивністю (зокрема, автоматичним виборомдіапазонів вимірювань і т.д.), що певною мірою робило їх використання зручнішим. Однак можливості МПС настільки значні, що є сенс використовувати їх не просто для вимірювання РФВ, але і для подальшої їхньої математичної обробки, чого не дозволяють виробляти ЦІП через відсутність можливості гнучкого програмування.

З появою МПС з'явилися також міні- та мікро-ЕОМ з можливістю гнучкого програмування, здатні взаємодіяти (здійснювати обмін інформацією) із зовнішніми пристроями. Це забезпечувало можливість введення та обробки вимірювальної інформації в ЕОМ з використанням її обчислювальних та інших можливостей. Наявність таких якостей у МПС призвели до створення різноманітних інтерфейсних засобів, що забезпечують взаємодію між МПС та іншими пристроями в системах різної конфігурації та призначених у тому числі для вимірювальних цілей.

Поява інтерфейсів дозволило нарощувати обчислювальну потужність, об'єднуючи кілька ЕОМ, створювати багаторівневі (ієрархічні) обчислювальні структури, дозволили вирішувати дедалі складніші завдання, зокрема у експериментальних дослідженнях . Наявність можливості видачі інформації з МПС у зовнішні пристроїдозволяє формувати керуючі дії за заданим алгоритмом.

Стандартизація та уніфікація складових частинвимірювальних та керуючих обчислювальних системз'явилися основою створення формалізованих методів проектування вимірювально-обчислювальних комплексів (ІВК) з урахуванням використання типових технічних рішень . Одним із перших застосувань методу компонування стало створення АСУТП. Однак такі системи програмної гнучкістю та адаптивністю в режимі реального часу не мають.

Подальшим розвитком компунувального методу є метод проектування ІВК із застосуванням уніфікованих компонувальних елементів модульного типу (метод проектного компонування). Як відомо, ІВК є засобами вимірювань, до складу яких входять вимірювальні, обчислювальні та програмні компоненти. Зазначається, що для проектування ІВК можуть використовуватися і апаратні, і програмні модулі. Окремі апаратні субблоки можуть бути побудовані на основі стандартних системмодульного типу (наприклад, засоби сполучення у стандарті Камак). Такі вимірювально-обчислювальні засоби мають властивості гнучкості на рівні модульної перебудови. Однак їм притаманні недоліки, зазначені у п.1.4.2

Проектування особливо складних вимірювальних систем для проведення комплексних досліджень у ядерній фізиці, фізиці космосу, аерокосмічних дослідженнях тощо. проводиться з використанням композиційного методу. Цей метод передбачає декомпозицію складного завдання з кількох найважливішим параметрам, рішенням якої займаються багато колективів профільних фахівців, із застосуванням мережевого планування. Результатом наступної композиції одержаних рішень є складні ієрархічні системи. Розв'язання таких завдань є лише для групи наукових колективів (НДІ, КБ тощо).

Подальший прогрес у розвитку ЕОМ та елементної бази призвели до появи нових підходів у розробці УРФІ: надання властивостей максимальної гнучкості, адаптивності та інтелектуалізації (створення БД, БЗ та вимірювальних ЕС). У розвитку засобів поєднання їх гнучкість почала забезпечуватися не принципом модульності, а з використанням програмно-керованих електронних комутацій у межах однієї модульної плати. Останнім часом стали виявлятися інтеграційні процеси при синтезі як апаратного, і алгоритмічного забезпечення РРФИ. Ці ж процеси, але менш динамічно, стали проявлятися і при зрощуванні вимірювально-обчислювальної частини РРФД експериментальними установками. Зокрема, у нашому випадку це виявлялося при реалізації кількох (більше двох) суміжних, взаємодоповнюючих та взаємозалежних методів вимірювання РФВ та при організації програмно-керованого впливу на ОІ у складі однієї й тієї ж СРФІ. Інтеграція апаратного та алгоритмічного забезпечення РРФІ у поєднанні з внесенням властивостей гнучкості та адаптивності при організації програмно-керованого впливу та ОІ, безумовно, призводить до підвищення їх ефективності.

Проте головний недолік, властивий зазначеним методам проектування РРФІ, у тому, що недостатньо повно використовуються можливості метрологічного критерію оптимізації з метою досягнення граничних характеристик. Це призводить до неоптимальності синтезу РРФІ вже на початковому етапі, що веде до необхідності її доопрацювання.

Вказані вище недоліки існуючих методів проектування систем для проведення наукових досліджень вимагають розробки нових методів, створення відповідних гнучких, програмно-керованих засобів сполучення та засобів впливу на ОІ з метою забезпечення адаптивних властивостей цих систем для вирішення найсучасніших завдань у радіофізичних вимірах.

Література

Алфьоров Ж.І. Гетеропереходи у напівпровідникової електроніці близького майбутнього // Фізика сьогодні та завтра / За ред. В.М. Тучкевича. Л., 1973.

Алфьоров Ж.І. Гетеропереходи у напівпровідникової електроніці // Фізика сьогодні та завтра: Прогнози науки. М: Наука, 1975.

Алфьоров Ж.І., Конніков С.Г., Корольков В.І. // ФТП. 1973. Т.7.

Алфьоров Ж.І. Інжекційні гетеролазери // Напівпровідникові приладита їх застосування/За ред. Я В. Федотова. М., 1971.

Алфьоров Ж.І., Андрєєв В.М., Портний Є.Л., Протасов І.І. // ФТП. 1969. Т.3. № 9. С.1324-1327.

Алфьоров Ж.І. // ФТП. 1967. Т.1. С.436.

Гвоздєв В.І., Нефєдов Є.І. Об'ємні інтегральні схеми НВЧ. М: Наука. Гол. ред. фіз. - мат. літ., 1985.256 с.

Нефьодов Є.І. Дифракція електромагнітних хвиль на діелектричних структурах. М: Наука, 1979.

Неганов В.А., Раєвський С.Б., Яровий Г.П. Лінійна макроскопічна електродинаміка/За ред. Неганова В.А. Т.1. М.: Радіо та зв'язок, 2000.509 с., Іл.123, табл.5.

Дмитренко О.Г., Колчин В.А. // Изв. вишів. Радіофізика. 2000. Т.43. Вип.9. С.766-772.

Подібні документи

Диференціальне рівняння теплопровідності. Потік тепла через простий об'єм. Умови постановки крайового завдання. Методи розв'язання задач теплопровідності. Численні методи вирішення рівняння теплопровідності. Розрахунок температурного поля пластини.

дипломна робота , доданий 22.04.2011


Алгоритми розв'язання задач з фізики. Основи кінематики та динаміки. Закони збереження, механічні коливання та хвилі. Молекулярна фізика та термодинаміка. Електричне поле, закони постійного струму. Елементи теорії відносності, світлові кванти.

навчальний посібник, доданий 10.05.2010


Вивчення гармонійних процесів у лінійних ланцюгах, опис амплітудно-частотних характеристик чотириполюсників. Основні методи розрахунку та проектування електричних ланцюгівта сучасних засобів обчислювальної техніки та програмного забезпечення.

курсова робота , доданий 16.11.2013


Що таке завдання, класи, види та етапи розв'язання задач. Сутність евристичного підходу у вирішенні завдань із фізики. Поняття евристики та евристичного навчання. Характеристика евристичних методів (педагогічні прийоми та методи на основі евристик).

курсова робота , доданий 17.10.2006


Автоматизована системауправління освітленням, її алгоритм роботи, апаратна база та програмне забезпечення. Ймовірні проблеми при реалізації та шляхи їх вирішення. Розрахунок потужності стабілізаторів напруги. Розрахунки регулювання напруги.

дипломна робота , доданий 01.07.2014


Особливості розробки принципової електричної схеми керування системою технологічних машин. Обґрунтування вибору силового електроустаткування, апаратури управління та захисту. Характеристика методики вибору типу щита управління та його компонування.

методичка, доданий 29.04.2010


Розробка математичних методів та побудованих на їх основі алгоритмів синтезу законів управління. Зворотні завдання динаміки теорії автоматичного управління. Застосування спектрального методу для вирішення обернених завданьдинаміки, показники функцій.

курсова робота , доданий 14.12.2009


Автоматизація систем перемикання та керування водопостачанням та водоочищенням будівлі. Встановлення рівня реле для автоматизації роботи насосів. Класифікація числового програмного управління. Принципова схемаАВР трансформатора односторонньої дії.

контрольна робота , доданий 06.12.2010


Розгляд основних цілей та завдань проектування ядерних енергетичних установок сучасної атомної електростанції. Вивчення норм проектування відповідно до вимог керівних документів. Особливості створення енергоблоку у навчальних цілях.

реферат, доданий 18.04.2015


Аналіз ефективності енергоресурсів. Аналітичний огляд сучасного станунаукових досліджень у галузі ресурсозбереження на підприємствах паливно-енергетичного комплексу Інноваційні проекти, перспективи розвитку ТОВ "Газпром видобуток Листопад".