Постановка задачи

4 Постановка задачи

В настоящее время существует большое количество разнообразных информационно-измерительных систем, а также множество прикладных пакетов моделирования для математического анализа как например. Среди них лидирующее положение для исследования динамических систем занимают пакеты MATLAB и Simulink . Большинство из этих систем невозможно использовать в совокупности аналитического и измерительного инструмента для наладки электропривода.

Целью разработки является создание автоматизированной системы информационной поддержки наладочных работ электропривода, для повышения эффективности самого процесса наладки электропривода постоянного и переменного тока. Эта задача актуальна по следующим причинам:

-объекты управления электроприводами становятся более сложными; это выражается в том, что возрастает число задач, решаемых в процессе управления; одновременно с ростом числа задач сокращается допустимое время принятия решения и повышаются требования к надежности;

-наладка электропривода проводится достаточно долго в условиях неопределенности, т.е. при отсутствии в полном объеме информации, необходимой для правильного выбора технических решений.

Эти причины вызывают необходимость применения проектирования современной информационной системы в следующих областях: Первая область — применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые требует слишком больших затрат времени или вообще не реализуются вручную. Развитие этой области способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач. Характерной особенностью данной области применения вычислительной техники является наличие сложных алгоритмов обработки, которые используются в простых по структуре данным, объем которых сравнительно невелик.

Вторая область, которая непосредственно относится к использованию средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. Информационная система представляет собой программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий выполнение следующих функций:

1.         надежное хранение информации в памяти компьютера;

2.         выполнение специфических для данного приложения преобразований информации и вычислений;

3.         предоставление пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса. Однако в информационных системах совокупность взаимосвязанных информационных объектов фактически отражает модель объектов реальных событий. А потребность пользователей в информации, адекватно отражающей состояние реальных объектов, требует сравнительно быстрой реакции системы на их запросы. И в этом случае требуется наличие устройств хранения данных.

Процесс проектирования должен иметь иерархическую структуру. Этот принцип определяет последовательность анализа объекта при проектировании. В соответствии с ним анализ должен начинаться с выхода системы, рассматриваемой как единое целое. Затем система разбивается на небольшое число достаточно крупных подсистем, исследуется вклад каждой из них в результирующий выход системы. Иерархия проста и естественна в отображении взаимосвязи между классами объектов.

Основной метод проектирования сложной системы - метод декомпозиции. Иерархическая структура процесса проектирования и широкое использование метода декомпозиции объясняются особенностями процесса принятия решений ходе создания информационно-советующей системы и в ходе ее эксплуатации.

Качество принятого решения в общем случае зависит от информированности об объекте управления и временного ресурса, т.е. от многообразия просмотренных способов воздействии на процесс и оттого, насколько тщательно и полно проведен анализ хода процесса до некоторого момента времени. С другой стороны, закономерности управляемого процесса обычно таковы, что высокое качество управления может быть достигнуто лишь при достаточно малой задержке во времени управляющего воздействия. Таким образом, основное противоречие в требованиях к организации процесса принятия решения - противоречие между объемом работы по получению и переработке информации и отводимым на эту работу временем.

Одни из путей разрешения этого противоречия - использование иерархической структуры процесса принятия решения. Проблема или задача, подлежащая решению, разбивается на ряд задач (проводится декомпозиция задачи), каждая из которых по объему и сложности такова, что может быть решена за приемлемое время и содержит координирующие условия, обеспечивающие объединение решений частных задач. Управляемый процесс при этом, как правило, может быть разбит на ряд соответствующих взаимосвязанных подпроцессов.

Координирующие условия вырабатываются в результате декомпозиции исходной задачи, которая может осуществляться за меньшее время и при более ограниченном объеме информации, чем полное решение исходной задачи. Постановка частных задач и объединение их решений в решение полной задачи осуществляются на более высоком уровне соподчиненных решающих систем, чем решение частных задач, и представляют собой также процесс принятия решений. Указанное расслоение на два или большее число подчиненных один другому уровней может иметь место не только в результате дефицита времени или сложности задачи принятия решения.

Требования в эксплуатации системы, которые предназначены для решения задач, необходимых человеку при управлении сложными процессами или объектами; эти вычислительные системы не связаны с контурами управления, они вырабатывают информацию для уточнения (коррекции) сигналов управления, которая выдается наладчику через системы отображения принятия решений. Известны несколько режимов работы которые оказывают существенное влияние на формирования требований к их надежности:

Важными являются также вопросы эксплуатации. По этому необходимо иметь четкие представления о работе. Известны несколько режимов работы, которое оказывают существенное влияние на формирование требований и их надежностей:

1          Разовый режим – за период жизни используется для основной работы один раз;

2          Периодический режим – включается в основную работу через определенные интервалы времени и после ее выполнения выключается;

3          Длительность и непрерывный режимы – при длительном режиме работы системы включаются для работы на длительное время, связанное с периодами эксплуатации объекта, при непрерывном система включается на весь период жизни объекта.

Кроме того, по эксплуатационным требованиям можно ввести следующее деление.

Информационные системы которые не обслуживается в процессе основной работы, т.е. не могут ремонтироваться, но могут обслуживается человеком при подготовке к основной работе. Их программы после начала эксплуатации не изменяются, хотя их можно модернизировать.

Требования к надежности программ в процессе основной работы возможно было периодически модернизировать. При определении состава показателей надежной работы необходимо учитывать условия функционирования, области использования и условия эксплуатации.

Для неремонтируемых – необслуживаемых разового или периодического действия наиболее важным показателем является вероятность правильного функционирования в течение заданного времени. Для ремонтируемых – обслуживаемых – информационных систем длительного использования и периодической работы важен еще один показатель – коэффициент готовности.

Определения требований к основным параметрам производительности и емкости памяти – осуществляется на основе математических исследований алгоритмов, метода численного анализа, а также методов программирования. Кроме того для решения задач необходимо установить возможность параллельного выполнения программ вычислений.

Важным этапом в работе структуры является определение производительности работающей по временной диаграммы которая учитывает поступление, обработку и выдачу информации.

Информационные системы работающие в необходимых для человека условиях при управлении сложными процессами или объектами управляющих системах, можно условно классифицировать по принципу их построения:

- на вычислительных машинах;

- на вычислительных машинах с общем полем памяти;

- на отдельных устройствах (модулях) – процессорах – вычислителях, спецпроцессорах, модулях памяти, процессорах обмена и.т.п.

При построении информационные системы большое значение имеет принцип соединения вычислительных средств друг с другом. Известны следующие принципы соединения устройств для передачи информации:

- радиальные;

- магистральные;

- с помощью коммутатора;

- комбинированное;

По характеру используемых средств можно разделить следующим образом:

- однородные, состоящие из одинаковых вычислительных машин или процессоров – вычислителей, модулей памяти, имеющих одинаковую архитектуру;

- разнородные, состоящие из различных машин или процессоров вычислителей, т.е. имеющих различную архитектуру.

Информационно - советующая система может быть связана с различными источниками информации, по этому необходимо предусматривать возможность приема данных одновременно от нескольких источников, а также возможность приема информации по запросу источников и частоте ее поступления. Аналогичные условия необходимо предусматривать и при выдачи информации на исполнительные устройства, механизмы, а также на средства отображения информации. Принципы организации соединений с источниками и потребителями информации аналогичны принципам соединения информационно - советующей системы, т.е используется при ограничениях только магистральный и радиальный принципы, а также соединения с помощью коммутатора.

Правильность получении информации из информационно – советующей системы от правильного функционирования аппаратуры и схем контроля ее работы, так и от правильности поступающих данных алгоритмов и программ, по которым работает информационно – советующая система.

В ведем показатель, который комплексно оценивает характеристики, с вязаные с оценкой и построением правильно функционирующей аппаратуры. Это показатель достоверности работы, который представляет собой условную вероятность того что, работает правильно при отсутствии сигнала ошибки. При не избыточном построении системы (без аппаратного контроля) достаточным условием правильности работы информационно – советующей системы является исправное состояние правильного функционирования аппаратуры в этом случае равносильны и определяют достоверность работы. Достоверность работы системы зависит от качества методов контроля, которыми проверяется правильность функционирования устройств, а также от надежности работы аппаратуры контроля и основной аппаратуры информационно – советующей системы.

В информационно – советующей системе использующих важную информацию, предусматриваются меры регламентирующие возможность доступа к ней. Эти меры должны быть определены для каждого вида информации с учетом ранжирования ее по степени необходимости.

Для начала процесса ограничения информационно – советующей системы необходимо знать следующее:

- количество разрядов в числе, обеспечивающих получение заданной точности расчетов;

- предварительные алгоритмы решения задач и временную диаграмму работы системы

-количество абонентов информационно – советующей системы, объем и частоту принимаемой и выдаваемой информации;

- надежность работы и достоверность выдаваемой информации;

- условие работы при механических, климатических и специальных воздействиях окружающей среды;

- специальные требования по защите информации.

Построение «автоматизированной системы информационной поддержки наладочных работ электропривода»

Дано:

1          Объект информатизации

2          Ограничения

3          Критерий

4          База данных

5          Классификатор характеристик

6          Пакет программ для анализа и представления данных

4.1 Объект информатизации

Автоматизированная система информационной поддержки наладочных работ электропривода представляет собой систему комплексной обработки информации, при этом под обработкой понимается процесс решения вычислительных задач, адекватно отражающих функциональные задачи управления. Именно комплексная обработка информации позволяет повысить эффективность производства,

В информационном процессе функционирования можно выделить следующие типовые фазы преобразования информации. Сбор, подготовку данных, ввод, передачу, обработку, накопление, вывод, воспроизведение, регистрацию. Их можно рассматривать как самостоятельные информационные процессы. Хотя в общем случае в реальной системе отдельные фазы преобразования информации могут присутствовать неявно, соотношение и значимость этих фаз зависят от уровня системы (т.е. от того, является ли она организационно-экономической, организационно-технологической либо технологической ). Для рассматриваемой информационной советующей системы нужное значение приобретают такие фазы, как сбор, ввод, передача, вывод, отображение, регистрация. Особенностью обработки информации является то, что она должна осуществляться в реальном масштабе времени. Для верхних уровней может быть допущена пакетная обработка информации. Рассмотрим основные фазы преобразования информации

Сбор информации. Фаза сбора информации является начальным этапом формирования осведомляющей информации. Сбор осуществляется с датчиков информации, встроенных в технологический процесс. По характеру изменения сигналы делятся на непрерывные и дискретные. С технологического оборудования с помощью датчиков снимается непрерывная информация, которая подвергается операциям преобразования и кодирования. Эти операции выполняются преобразователями. При преобразовании осуществляется дискретизация непрерывной величины. Эту операцию могут выполнять и датчики. При кодировании дискретное значение непрерывной величины превращается в код. Под кодом понимают определенный набор символов и знаков, однозначно отображающих любое сообщение, в том числе дискретизированное или мгновенно снятое с датчика значение непрерывной величины. Представленные в кодированном виде значения исходной информации хранятся в накопительных устройствах и через коммутатор по определенному закону выводятся на следующую фазу преобразования информации. Режим опроса, т.е. функционирования коммутатора, задается устройством программного управления. При этом могут быть реализованы режимы циклического опроса, случайного поиска, опроса по загрузке накопителей, а также по заданным приоритетам.

Процедуры считывания информации с датчика и последующего кодирования зачастую удается совместить. Для уменьшения ошибки считывания при наличии аналогокодовых преобразователей используют специальные виды кодов.

Подготовка информации. Фаза подготовки информации заключается в записи информации, снятой с объекта управления, на носитель с целью включения этой информации в процесс управления. Вид представления информации зависит от того, с какой следующей фазой сопрягается подготовка информации. При пакетной обработке информации фаза подготовки непосредственно сопрягается с фазой обработки.

Передача информации. Фаза передачи информации в информационном процессе зависит от того, когда существует взаимодействие между физически удаленными объектами Схема на рисунке. 5 отражает простейшее взаимодействие источника и потребителя информации, между которыми существует канал связи и возникает задача передачи заданного объема информации через канал связи с требуемой помехоустойчивостью. Сообщение, формируемое источником информации (ИИ), подвергается на передающей стороне трем процедурам: 1) преобразованию, что выполняется преобразователем (Пр); 2) кодированию, осуществляемому кодирующим устройством (КУ); 3) модуляции, что реализуется модулятором (М).

На приемной стороне над сигналом, который прошел через линейные согласующие устройства (ЛУ) и канал связи (КС), выполняются следующие процедуры: 1) демодуляция с помощью демодулятора (ДМ); 2) декодирование, что реализует декодирующее устройство (ДКУ); 3) преобразование полученной информации в соответствующую форму, что выполняет потребитель информации (ПИ). Особенностью процесса передачи является то, что сигнал, отображающий код, в канале связи подвергается действию помех.

Приемная часть

Рисунок 5 – Структурная схема процесса передачи информации

Обработка информации. Выделяется как под этап предварительная обработка информации. Целью обработки является решение с помощью ЭВМ вычислительных задач оптимизационного, расчетного характера, отображающих функциональные задачи управления в системе. Должны существовать модели обработки информации, соответствующие принятым алгоритмам управления. Для обработки необходимо создать набор вычислительных алгоритмов с программным обеспечением, проблемно-ориентированным на задачи управления. На этапе предварительной обработки основной задачей является выявление смысла принятого сообщения. Поэтому должно существовать правило интерпретации сообщения, которое принято по согласованию между источниками и приемниками информации. Процесс предварительной обработки информации - обязательная составляющая с информационно-советующей системой. Одной из задач создания системы обработки является рациональное распределение вычислительных ресурсов между модулями с целью минимизации информационных потоков и времени решения вычислительных задач[4].

Хранение информации. Хранение информации можно рассматривать как передачу информации во времени. Различают оперативное и долговременное хранение информации Необходимость хранения информации в ЭВМ связана не только с процессом арифметической обработки. При управлении создают информационные массивы, которые хранятся в информационной базе.