Файл: Судовые системы автоматического контроля (системный подход к проектированию)..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 164
Скачиваний: 0
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.1 |
|
|
* |
|
т |
Ч и с л о |
Ч и с л о |
О б ъ е м Б З У |
|
k |
Н |
п |
1о п т |
к о м м у т а т о |
|
|
|
10-6 с |
А П П |
с л о в |
|||||
|
|
р о в |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
1 |
664 |
0 |
3,30 |
8 |
15 |
|
|
2 |
103 |
15 |
18,60/27,1 |
2/1 |
3/2 |
241/182 |
|
3 |
78 |
15 |
23,55/39,50 |
1/1 |
2/2 |
191/123 |
|
4 |
60 |
10 |
29,42/43,70 |
1/1 |
2/2 |
157/87 |
|
11 |
311 |
52 |
6,10/5,56 |
7/1 |
4/2 |
731/138 |
|
П р и м е ч а н и е . |
Ч и с л а в з н а м е н а т е л е с о о т в е т с т в у ю т п а р а м е т р а м в с л у ч а е р а з б и е |
||||||
н и я в с е г о м н о ж е с т в а т о ч е к н а о п е р а т и в н ы е и п р о с т ы е .
личением числа разбиений. Реальные цифры для того же примера, но при неравномерном распределении параметров на группы, при ведены в последней строчке. Все параметры здесь были разбиты с уче
том корреляции на 11 групп с m;- = 1 19.
Как видим, при неравномерном разбиении параметров на группы
эффективность возрастает слабее за счет того, что имеются группы,
содержащие только один параметр.
САК наблюдает не только за теми параметрами, которые необ ходимы для управления объектом, но и за теми, которые позволяют
оценить степень его работоспособности. Такие параметры, как тем пература подшипников, напряжения в валопроводе, температура
выхлопных газов и т. п., требуют только точного измерения, но для
них достаточно выполнения условия
М Т = 1
iTln J о п т 1 •
Здесь Мп —• сумма простых потоков. Обозначим М0 —■ сумму опе
ративных потоков. Естественно, что
м0ф мп= м.
Тогда выбор оптимальной процедуры должен производиться раз
дельно для оперативного и простого потоков информации.
В рассматриваемом примере из общего числа точек только 39
точек не требуют оперативного контроля. Причем, для эффективного
множества точек эта цифра будет соответственно 173. В этом случае
изменятся значения остальных параметров (см. табл. 3.5.1) и особенно
резко реальные цифры, и это вполне естественно, так как реальная
задача обычно отличается от идеализированной с равномерным раз биением состояний,
144
Возможность возникновения в объекте контроля событий, тре
бующих оперативного вмешательства в случайные моменты времени, требует соответствующей организации обслуживания в концевых
ПСИ. Процессор в таком ПСИ должен иметь программу прерываний
и программу-диспетчер. Последняя проводит периодический анализ
содержимого буферного запоминающего устройства и организует прерывания в работе процессора по обслуживанию неоперативной ин
формации с помощью программы прерываний, а затем задает после
довательность оперативной обработки точек контроля.
Возможности первичной классификации событий не ограничи
ваются только приведенными выше решениями. Применения методов
адаптивного опознания образов с предварительным обучением по системе представителей [92], по-видимому, даст еще большие воз можности для построения САК с высокой достоверностью контроля. Направление этой книги и недостаточная разработанность собственно технических решений по реализации САК такого вида не дают воз
можности подробно остановиться на этом вопросе. Интересующиеся
этим вопросом могут обратиться к литературе [36—38, 56, 58, 78].
ГЛАВА
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СУДОВ
Под математическим обеспечением процессов контроля будем
понимать специальное математическое обеспечение, независимо от способа его фиксации, оперативного или структурного. Как известно, специальное (функциональное) математическое обеспечение состав ляют алгоритмы и программы, предназначенные для решения спе
циальных физических задач конкретной системы [25].
Формализация и выбор средств для решения задач контроля в ал
горитмическом виде с учетом свойств приборов и устройств, входя
щих в состав САК, называется проектированием специального мате матического обеспечения.
Весь состав математического обеспечения САК можно представить
ввиде двух взаимосвязанных систем (рис. 4.1):
—функционального математического обеспечения собственно
процессов контроля;
—общего математического обеспечения, в том числе: средства
управления, обеспечивающие реализацию алгоритмов из состава функционального математического обеспечения и организацию вы
Ю Заказ 797 |
145 |
числительного процесса; средства контроля за функционированием всего состава математического обеспечения.
К функциональному математическому обеспечению обычно от носят стандартные специальные алгоритмы контроля, к общему — служебные алгоритмы.
Процесс проектирования математического обеспечения имеет такую же структуру, как и процесс проектирования любой сложной системы. Причем критерий эффективности проектирования матема
тического обеспечения тесно связан с критериями эффективности
самой САККритерий эффективности математического обеспечения
должен предполагать в каче
Данные
стве основной цели обеспече
ние эффективного использо вания возможностей конкрет ной структуры САК- С дру
гой стороны, структура САК влияет на состав математиче
ского обеспечения и его эф
фективность.
t |
I |
Прежде |
чем |
приступить |
Ко н т р о л ь |
к решению конкретных задач |
|||
проектирования |
специально |
|||
Общее математическое |
го математического обеспече |
|||
ния судовых |
САК, рассмот |
|||
обеспечение |
рим подробнее состав выпол |
|||
|
Рис. 4.1. |
няемых ими функций. В по |
||
рядке повышения сложности
эти функции можно разбить на несколько групп.
1. Д о п у с к о в о й к о н т р о л ь , в который входят:
—подключение датчиков первичных сигналов к системе;
—первичная нормализация сигналов датчиков;
—кодирование нормализованных сигналов в слова внутреннего языка САК;
—вторичная нормализация кодированных сигналов;
— |
коррекция |
и согласование показаний датчиков; |
. — |
первичная |
классификация событий, описываемых входными |
сигналами (собственно контроль);
—представление информации оператору;
—обеспечение связи САК с оператором.
2. П р о г н о з и р у ю щ и й к о н т р о л ь , который вклю чает:
—запоминание кодированных и корректированных показаний датчиков;
—интерполяцию и экстраполяцию реализации случайного про
цесса, протекающего в контролируемой системе (собственно прогноз);
—определение достоверности прогноза.
3. Д и а г н о с т и ч е с к и й к о н т р о л ь , который предпо лагает:
— вторичную классификацию событий (собственно диагностику);
146
—планирование эксперимента над объектами контроля!
—факторный анализ в эксперименте.
4. С а м о п р о в е р к а и в о с с т а н о в л е н и е , куда входят:
—управление структурой объекта контроля для целей поддер жания уровня работоспособности;
—выработка советов оператору;
—выдача сигналов в системы управления объектов контроля;
—расчет и анализ показателей эффективности функционирования
контролируемой системы и САКЕстественно, что не каждая судовая САК выполняет всю совокуп
ность перечисленных функций. В любой САК прежде всего осуще ствляется допусковый контроль, а затем, в зависимости от требований
кконтролю и уровня автоматизации судна, остальные перечисленные
функции. Разделение на данные группы не случайно: практика про
ектирования судовых САК показала, что алгоритмы допускового
контроля, относящиеся к функциональному математическому обес
печению, чаще всего фиксируются структурно и потому являются
внутренним математическим обеспечением. Алгоритмы, относящиеся
кдругим группам, на практике чаще фиксируются оперативно, т. е.
ввиде программ. Для специализированных вычислительных уст
ройств сейчас применяется фиксация программ в постоянной памяти,
т. е. также структурно, но возможность быстрой замены программ
и неизменность структуры вычислительного устройства позволяет
считать и этот случай оперативной фиксацией [25].
В последнее время появилось много литературы по вопросам
проекцирования и организации общего математического обеспечения
[22, 50, 72, 87—89]. Однако специальному математическому обеспе
чению процессов контроля судовых САК уделялось недостаточно
внимания. Поэтому в данной главе, в основном, рассматривается за
дача проектирования функционального математического обеспечения судовых САК-
§ 4.1
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ СУДОВЫХ САК
Основной особенностью проектирования алгоритмов для судовых САК является то, что значительная часть этих алгоритмов, как уже говорилось, зафиксирована структурно, т. е. выполняется в опре деленных, строго локализованных, модулях и устройствах САКПри этом, очевидно, необходимо выбирать структуру алгоритма
таким образом, чтобы удовлетворить требованиям эффективности
как для самого алгоритма, так и для аппаратуры, в которой он реа
лизуется.
В то же время, часть САК, выполняющая программно-фикси рованные алгоритмы, должна отвечать тем требованиям эффектив
ности, которые предъявляются к математическому обеспечению вы числительных систем. Притом структурная организация САК и
разнообразие объектов контроля на судах требуют проектирования
10; |
147 |
алгоритмов, которые бы учитывали мультипроцессорность вычис лительной части САК [64 ] и мультипрограммность оперативной фик сации алгоритмов [72]. В главе 3 показано, что состав САК может иметь мультипроцессорную структуру, т. е. в решении задач контроля могут участвовать несколько преобразующих и вычислительных устройств, работающих более или менее автономно и параллельно.
В этом случае структура алгоритмов должна быть такой, чтобы можно
было предусмотреть возможность их выполнения пд частям и в раз
личных устройствах.
Мультипрограммность означает, что САК выполняет множество функций, представленных соответствующими алгоритмами и про
граммами. Причем, на одном и том же устройстве, входящем в со
став САК, могут выполняться полностью или частично несколько
программ. Мультипроцессорность и мультипрограммность требуют,
с одной стороны, решить задачу распределения ресурсов (устройств)
между программами, а с другой, согласовать расписание использо
вания каждого из устройств различными программами. Таким обра зом, система проектируемых алгоритмов судовых САК обладает всеми признаками сложной системы и требует при своей реализации
системного подхода.
В главе 3 уже упоминалось о двух направлениях системного под хода; создании системы путем композиции частей с известными раз
работчику свойствами или декомпозиции целого на части с необ
ходимыми свойствами. При проектировании математического обеспе
чения, поскольку имеется совокупность задач, есть смысл восполь зоваться обоими методами. Первый обычно используется при сшивке
всех задач контроля в единое целое, второй — при анализе алгорит
мов на наличие общих частей подалгоритмов.
Особенности алгоритмов, используемых в судовых САК, опре
деляются ограничениями на время решения задач и требованием к гарантированной вероятности правильного решения. Причем, для различных групп задач эти параметры различны. Так, задачи допускового контроля требуется решать в реальном масштабе вре мени и с гарантированной вероятностью, мало отличающейся от еди-
Таблица 4.1
148
ницы. Задачи жё расчёта и анализа показателей эффективности функ ционирования объектов контроля не предъявляют таких жестких требований.
Исходной информацией на начальных этапах проектирования алгоритмов являются формальные описания объектов контроля, ста
тистический материал по их испытаниям и требования технического
задания. Данные по проектируемым алгоритмам должны поступать разработчику САК в таблично графической форме и в виде вербаль
ных (словесных) описаний (инструкций). Характеристики исходных
величин сведены в табл. 4.1.
В табл. 4.2 представлена информация о контролируемых собы
тиях, их характеристики и операции по классификации событий,
а также некоторые признаки этих событий. По сути дела в этой таблице
формулируются основные цели контроля.
К о н т р о |
Ц е л ь |
|
|
| |
|||
л и р у е м ы е |
с б о р а |
|
|
д в |
|||
с о б ы т и я |
д а н н ы х |
|
о |
||||
|
ще е |
вы х |
||||||
|
|
| |
| |
| |
|||
|
|
|
|
|
т о я |
н а |
|
|
|
|
|
|
н а с |
н и я |
|
|
|
|
|
й |
в |
л е |
|
|
ч е н и е |
и е |
р а в л е н и я |
ч е т н о с т и |
с л е д о в а н и |
л и р у е т с я |
п р е д с т а в |
|
|
О б о з н а |
Н а з в а н |
д л я у п |
д л я о т |
д л я и с |
К о н т р о в р е м я |
С п о с о б |
|
Таблица 4.2
Ч а с т о т а |
Т р е б у е |
обишок |
|
И с х о д |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
| |
] |
| |
кобишо |
н ы е в е |
| |
|
| |
а |
|
од и |
| |
|||||
в ы д а ч и |
м а я т о ч |
|
|
|
|
О п е р а ц и и |
|
|
||||||||
н о с т ь |
|
|
|
л и ч и н ы |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
д л я у п р а в л е н и я |
д л я о т ч е т н о с т и |
д л я и с с л е д о в а н и й |
д л я у п р а в л е н и я |
д л я о т ч е т н о с т и |
д л я и с с л е д о в а н и й |
П р и в е д е н н ы е п о т е р и о т п е р в о г о р о д а |
П р и в е д е н н ы е п о т е р и о т в т о р о г о р о д а |
О б о з н а ч е н и е |
Н а з в а н и е и р а з м е р н о с т ь |
И н т е г р и р о в а н и е |
У с р е д н е н и е |
Ф и л ь т р а ц и я |
К о м п е н с а ц и я и у ч е т д и н м и к и |
С р а в н е н и е с н о р м о й |
В ы ч и с л е н и е р а с с т о я н и я р а з д е л я ю щ е й п о в е р х н о с т |
П р е д и к а т ы |
|
| |
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
Таблица 4.3 |
|
В ы х о д |
Ц е л ь |
Ч а с т о т а |
Т р е б у е |
И с х о д |
О п е р а ц и и |
|
н ы е в е |
с б о р а |
м а я т о ч В р е м я н ы е в е |
||||
в ы д а ч и |
||||||
л и ч и н ы |
д а н н ы х |
н о с т ь |
л и ч и н ы |
|
||
|
|
|||||
4к 5
5a =г
а я s *
149