Файл: Каверкин, И. Я. Анализ и синтез измерительных систем.pdf

цесса и вида передаточной функции интегратора. Установить за­ висимость точности измерений от перечисленных факторов теоре­ тически, т. е. расчетным путем, практически невозможно. Прове­ дение необходимых экспериментальных исследований связано с соз­ данием специального оборудования, изготовлением различных ва­ риантов макетов коррелометра, расходом больших материальных и временных ресурсов. Организация таких исследований в масшта­ бах, соответствующих требованиям разработчиков, на этапе опреде­ ления принципов построения прибора не представляется возмож­ ной. Выход может быть найден в применении машинного моделиро­ вания с воспроизведением интересующих разработчиков ситуаций, т. е. сочетаний конкретных случайных процессов (их реализаций) с определенными интегрирующими звеньями. При этом может быть накоплен необходимый статистический материал с учетом возму­ щающих воздействий. Конечно, возможности машинного модели­ рования не безграничны и определяются емкостью памяти и быстро­ действием, однако накопленный в этой области опыт подтверждает плодотворность данного метода исследования и его перспективность. Последняя обусловлена как совершенствованием вычислительной техники и расширением ее возможностей, так и развитием теории машинного моделирования, ее методологической и алгоритмиче­ ской базы. Машинное моделирование функционирования техниче­ ских средств следует рассматривать как первый этап машинного проектирования.

Основы машинного моделирования изложим, следуя [3].

В основе машинного моделирования технических средств лежит математическая модель, т. е. абстрактный, формально описанный объект, изучение его может быть проведено математическими ме­ тодами, в том числе методами машинного моделирования. Построе­ ние полностью адекватных моделей реальных технических средств невозможно. Степень адекватности модели моделируемому объекту (прибору, системе) определяется объемом и характером априорной информации о характеристиках и свойствах объекта и техническими возможностями. Усложнение модели и, соответственно, повышение степени адекватности реальному объекту идет по пути перехода от отображения основных закономерностей к большей детализации моделирования.

В процессе машинного моделирования приходится воспроизво­ дить сложные процедуры функционирования исследуемых средств. Алгоритмы функционирования технических средств принципиально отличаются от алгоритмов расчета характером отображения дина­ мики процессов. Если расчетный алгоритм представляет собой по­ следовательность выполняемых операций, то алгоритм функциони­ рования — динамику действий в привязке к определенному мас­ штабу времени. Это положение необходимо учитывать при преобра­ зовании математической модели в моделирующий алгоритм.

В силу целого ряда обстоятельств, включая необходимость на­ глядного представления алгоритма, возможности варьирования

50

которых равно 2п— 1 при л-разрядной кодовой комбинации; резуль­ тат сравнения представляется значением логической переменной

У Ф К — устройство формирования кода; О — оператор отсчета кода.

Данный алгоритм может быть положен в основу составления программы машинного моделирования функционирования аналогоцифрового преобразователя, реализующего метод считывания.

2-2. Оценка качества ИИС

Одним из важнейших элементов системотехнического подхода к проектированию ИИС является оценка качества возможных ва­ риантов построения системы. Как уже указывалось в первой главе, сравнение различных вариантов с однозначным определением луч­ шего может быть произведено лишь при использовании обобщенного показателя качества, формируемого на основе принятой системы частных показателей.

Таким образом, можно выделить две основные проблемы, воз­ никающие при развитии методов оценки качества ИИС в процессе их синтеза (проектирования): разработку методов построения обоб­ щенных показателей качества на основе принятой совокупности частных показателей, определение и описание необходимой сово­ купности частных показателей.

К этим проблемам примыкает постановка задачи оптимизации ИИС с учетом объема и характера исходной информации.

В соответствии с принятыми нормами в области электроизмери­ тельной техники различаются следующие группы частных пока­ зателей качества: технические, технологические, стандартизации и унификации, технической эстетики, патентно-правовой защиты

иэкономические.

Взависимости от исходных требований, предъявляемых к ИИС,

накладываемых ограничений и данных об условиях и особенностях эксплуатации отбирается соответствующая совокупность частных показателей и на их основе формируется обобщенный.

Синтез обобщенного показателя качества связан с преодолением целого ряда трудностей, основными из которых являются недоста­ точность априорной информации и ограничения по допустимой сложности критерия. Последнее связано с необходимостью учиты­ вать реальные возможности вычислительных средств при получе­ нии количественных результатов.

Недостаточность априорной информации выражается в том, что нет возможности в полном объеме оценить многообразие условий использования проектируемой системы при ее будущей эксплуата­ ции и, что еще более важно, отсутствуют данные об эффективности ее использования будущим потребителем. Последняя трудность

52

имеет место в тех случаях, когда создается ИИС широкого назна­ чения без выделения конкретного потребителя. В терминах системо­ техники последняя ситуация означает, что данная система не мо­ жет рассматриваться как подсистема системы более высокого иерар­ хического уровня с определением полной совокупности ее внешних связей.

В тех областях техники (см., например, [13]), где удается «при­ вязать» проектируемую систему к ассимилирующей ее системе, задача (в ее принципиальной части) упрощается и преодоление ап­ риорной трудности сводится к получению необходимой информации у конкретного потребителя. В [13] на примере радиолокационных систем приведено подробное исследование возможного подхода к оценке эффективности и качества систем, предназначенных для конкретного потребителя. Специфика средств электроизмеритель­ ной техники требует более общего подхода, предполагающего, что значительная часть необходимых решений принимается при рас­ смотрении конкретной задачи. К числу таких решений относятся выбор структуры критерия, определение значений весовых коэффи­ циентов и ряд других.

Прежде чем рассмотреть возможные структуры обобщенных по­ казателей качества для средств электроизмерительной техники, рассмотрим одно важное предельное свойство критерия качества и эффективности сложных систем.

В работе [29], посвященной исследованию проблем потенци­ альной эффективности сложных систем, развиваются положения общей теории с позиций (и, о)-обмена, где и — расходуемые систе­ мой, а V — потребляемые ею ресурсы. При этом понятие «ресурсы» может трактоваться в широком смысле, охватывающем, в частно­ сти, расходы на создание и эксплуатацию системы, а также полу­ чение информации. При таком подходе удается исследовать асимп­ тотическое поведение системы при предельных уровнях получае­ мых ресурсов V . Для этой цели вводится понятие потенциальной эффективности, определяемой некоторым предельным значением получаемых ресурсов ѵ0. Естественно, что величина ѵ связана с те­ кущим уровнем научных и технических достижений в данной об­ ласти. При выбранной структуре обобщенного показателя каче­ ства можно оценить его предельное значение, соответствующее по­ тенциальной эффективности при отсутствии ограничений,

Теперь мы можем сопоставлять К лред (ѵ) со значениями К (и, ѵ), имея в виду, что справедливо следующее предельное соотношение:

( 2- 2)

53

Иначе говоря, определив значение и0, можно для оценки целе­ сообразного объема затрат на создание системы использовать от­ ношение АиІАѵ, ограничив его некоторой установленной величи­ ной (Л«/Дщ)пред (Ді»! — принятый уровень приращения ресур­ сов). Установление выделяемых на создание ИИС ресурсов пред­ ставляет собой самый первый шаг процесса синтеза, обеспечиваю­ щий возможность определения важной группы исходных данных, относящихся к ограничениям.

Последующие шаги тесно связаны с видом (структурой) обоб­ щенного показателя. Как указано в [33], к основным структурам относятся аддитивные и аддитивно-мультипликативные критерии.

Как известно, наиболее простыми являются аддитивные обоб­

работа системы при решении і-й задачи характеризуется совокуп­

ностью условий, составляющих множество В(= [Ьц\і1.

Кроме того, в (2-3) вводится S частных показателей качества (k') характеризующих систему в целом.

Поскольку линейные аддитивные обобщенные показатели ка­ чества не всегда позволят учесть все многообразие требований, предъявляемых к системе, и сложившиеся представления о мето­ дах оценки, в ряд критериев следует включить такие, которые обес­ печивают возможность учета нелинейного характера зависимости обобщенного показателя от частных. Тогда К приобретает следую­

Для отражения выполнения предъявляемых к системе требова­

54