Принципы построения автоматизированных систем управления.

Информация непосредственно и неразрывно связана с процессом управления. Самое общее кибернетическое определение управления гласит: управление есть процесс целенаправленной переработки информации.

Управление определяется как функция системы, обеспечивающая либо сохранение совокупности ее основных свойств, либо ее развитие в заданном направлении. И в том и в другом случае управление осуществляется для достижения определенной цели. В системе управления можно выделить две подсистемы: управляющую и управляемую. Первая осуществляет собственно функции управления, вторая является объектом управления.

Внешняя среда и объект правления информируют систему о своем состоянии, управляющая подсистема анализирует эту информацию, вырабатывает управляющее воздействие на объект управления, отвечает на возмущения внешней среды и при необходимости модифицирует цель и структуру всей системы. Объект управления и управляющая система связаны между собой и внешней средой через информационные потоки:

ИП1 - информационный поток из внешней среды в управляющую подсистему, который, с одной стороны, представляет поток нормативной информации, создаваемой государственными учреждениями в части законодательства, а с другой стороны - поток информации о конъюнктуре рынка, создаваемый конкурентами, потребителями, поставщиками;

ИП2 - информационный поток из управляющей подсистемы во внешнюю среду, а именно: отчетная информация, прежде всего финансовая информация в государственные органы, инвесторам, кредиторам, потребителям; маркетинговая информация потенциальным потребителям:

ИПЗ - информационный поток из управляющей подсистемы на объект управления (прямая кибернетическая связь), представляющий совокупность плановой, нормативной и распорядительной информации для осуществления хозяйственных процессов;

ИП4 - информационный поток от объекта управления в управляющую подсистему (обратная кибернетическая связь), который отражает учетную информацию о состоянии объекта управления экономической системой (сырья, материалов, денежных, энергетических, трудовых ресурсов, готовой продукции и выполненных услугах) в результате выполнения хозяйственных процессов. Во второй половине 1960-х годов и в 1970-х гг. получили развитие автоматизированные системы управления (АСУ) сложными объектами хозяйственной деятельности (предприятиями, энергосистемами, отраслями, сложными участками производства).

АСУ - это комплекс технических и программных средств, совместно с организационными структурами (отдельными людьми и коллективом), обеспечивающий управление объектом (комплексом) в производственной, научной или общественной среде. Цель разработки и внедрения АСУ:

■ повышение эффективности принимаемых решений, особенно в части наилучшего использования всех видов ресурсов и сокращения потерь, достигаемых за счет обеспечения процесса принятия решений своевременной, полной и точной информацией, а также применения математических методов оптимизации;

■ повышение производительности труда инженерно-технического и управленческого персонала (и его сокращение) за счет выполнения основного объема учетных и расчетных задач на ЭВМ.

Кроме того, внедрение АСУ обычно приводит к совершенствованию организационных структур и методов управления, более гибкой регламентации документооборота и процедур управления, упорядочению использования и создания нормативов, совершенствованию организации производства. Важнейшими принципами построения эффективных АСУ являются:

· Принцип интеграции, заключающийся в том, что обрабатываемые данные, однажды введенные в АСУ (базы данных), многократно используются для решения большого числа задач, при этом устраняется дублирование данных и операций их преобразования.

· Принцип системности, заключающийся в обработке данных в различных разрезах, чтобы
получить информацию, необходимую для принятия решении на всех уровнях и во всех функциональных подсистемах управления;

· Принцип комплексности, подразумевающий механизацию и автоматизацию процедур преобразования данных на всех стадиях техпроцесса АСУ.

АСУ подразделяются по функциям:

· административно-организационные (например, системы управления предприятием - АСУП, отраслевые системы управления - ОАСУ);

· технологическими (автоматизированные системы управления технологическими процессами - АСУТП, в свою очередь подразделяющиеся на гибкие производственные системы - ГПС, автоматизированные системы контроля качества продукции - АСК, системы управления станками и линиями с числовым программным управлением - ЧПУ);

· интегрированные, объединяющие функции перечисленных АСУ в различных комбинациях.

 

53. Основные категории команд SQL. Команда SELECT:

SELECT (англ., означает «выбрать») — оператор DML языка SQL, возвращающий набор данных (выборку) из базы данных, удовлетворяющих заданному условию.

В большинстве случаев, выборка осуществляется из одной или нескольких таблиц. В последнем случае говорят об операции слияния — JOIN. В тех СУБД, где реализованы представления (англ. view) и хранимые процедуры (англ. stored procedure), также возможно получение соответствующих наборов данных.

При формировании запроса SELECT пользователь описывает ожидаемый набор данных: его вид (набор столбцов) и его содержимое (критерий попадания записи в набор, группировка значений, порядок вывода записей и т. п.).

Запрос выполняется следующим образом: сначала извлекаются все записи из таблицы, а затем для каждой записи набора проверяется её соответствие заданному критерию. Если осуществляется слияние из нескольких таблиц, то сначала составляется произведение таблиц, а уже затем из полученного набора отбираются требуемые записи.

Особую роль играет обработка NULL-значений, когда при слиянии, например, двух таблиц — главной (англ. master) и подчинённой (англ. detail) — имеются или отсутствуют соответствия между записями таблиц, участвующих в слиянии. Для решения этой задачи используются механизмы внутреннего (англ. inner) и внешнего (англ. outer) слияния.

Оператор SELECT имеет следующую структуру:

SELECT

[DISTINCT | DISTINCTROW | ALL]

select_expression,...

FROM table_references

[WHERE where_definition]

[GROUP BY {unsigned_integer | col_name | formula}]

[HAVING where_definition]

[ORDER BY {unsigned_integer | col_name | formula} [ASC | DESC],...]

Формат запроса с использованием данного оператора:

SELECT список полей FROM список таблиц WHERE условия…

Основные ключевые слова, относящиеся к запросу SELECT:

· WHERE — используется для определения, какие строки должны быть выбраны или включены в GROUP BY.

· GROUP BY — используется для объединения строк с общими значениями в элементы меньшего набора строк.

· HAVING — используется для определения, какие строки после GROUP BY должны быть выбраны.

· ORDER BY — используется для определения, какие столбцы используются для сортировки результирующего набора данных.

Примеры

Таблица «T»	Запрос	Результат
C1 C2   a   b	SELECT * FROM T;	C1 C2   a   b
C1 C2   a   b	SELECT C1 FROM T;	C1
C1 C2   a   b	SELECT * FROM T WHERE C1 = 1;	C1 C2   a
C1 C2   a   b	SELECT * FROM T ORDER BY C1 DESC;	C1 C2   b   a

Для таблицы T запрос

SELECT * FROM T;

вернёт все столбцы всех строк данной таблицы. Для той же таблицы запрос

SELECT C1 FROM T;

вернёт значения столбца C1 всех строк таблицы— в терминах реляционной алгебры можно сказать, что была выполнена проекция. Для той же таблицы запрос

SELECT * FROM T WHERE C1 = 1;

вернёт значения всех столбцов всех строк таблицы, у которых значение поля C1 равно '1'— в терминах реляционной алгебры можно сказать, что была выполнена выборка, так как присутствует ключевое слово WHERE. Последний запрос

SELECT * FROM T ORDER BY C1 DESC;

вернёт те же строки, что и первый, однако результат будет отсортирован в обратном порядке (Z-A) из-за использования ключевого слова ORDER BY с полем C1 в качестве поля сортировки. Этот запрос не содержит ключевого слова WHERE, поэтому он вернёт всё, что есть в таблице. Несколько элементов ORDER BY могут быть указаны разделённые запятыми [напр. ORDER BY C1 ASC, C2 DESC] для более точной сортировки.

Отбирает все строки где поле column_name равен одному из перечисленных значений value1,value2,…

SELECT *

FROM table_name

WHERE column_name IN (value1,value2,...)

Ограничение возвращаемых строк. Согласно ISO SQL:2003 возвращаемый набор данных может быть ограничен с помощью:

курсоров, или введением оконных функций в оператор SELECT

Оконная функция ROW_NUMBER()

Существуют различные оконные функции.

ROW_NUMBER() OVER может быть использована для простого ограничения числа возвращаемых строк. Например, для возврата не более десяти строк:

SELECT * FROM (

SELECT

ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY key ASC) AS rownumber,

columns

FROM tablename

) AS foo

WHERE rownumber <= 10

ROW_NUMBER может быть недетерминированным: если key не уникален, каждый раз при выполнении запроса возможно присвоение разных номеров строкам, у которых key совпадает. Когда key уникален, каждая строка будет всегда получать уникальный номер строки.

Оконная функция RANK() Функция RANK() OVER работает почти так же, как ROW_NUMBER, но может вернуть более чем n строк при определённых условиях. Например, для получения top-10 самых молодых людей:

SELECT * FROM (

SELECT

RANK() OVER (ORDER BY age ASC) AS ranking,

person_id,

person_name,

age

FROM person

) AS foo

WHERE ranking <= 10

Данный код может вернуть более чем 10 строк. Например, если есть два человека с одинаковым возрастом, он вернёт 11 строк.

 

54. Типы команд и разновидности адресации в микропроцессорах. CISC, RISC и VLIW процессоры:

Микропроцессоры. Микропроце́ссор — процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем (в противоположность реализации процессора в виде электрической схемы на элементной базе общего назначения или в виде программной модели). Первые микропроцессоры появились в 1970-х и применялись в электронных калькуляторах, в них использовалась двоично-десятичная арифметика 4-х битных слов. Вскоре их стали встраивать и в другие устройства, например терминалы, принтеры и различную автоматику. Доступные 8-битные микропроцессоры с 16-битной адресацией позволили в середине 1970-х создать первые бытовые микрокомпьютеры.

Микропроцессоры типа CISC. Микропроцессор CISC использует набор машинных инструкций, полностью соответствующий набору команд языка ассемблера. Вычисления разного типа в нем могут выполняться различными командами, даже если они приводят к одному результату (например, умножение на два и сдвиг на один разряд влево). Такая архитектура обеспечивает разнообразные и мощные способы выполнения вычислительных операций на уровне машинных команд, но для выполнения каждой команды обычно требуется большое число тактов процессора.

Для CISC-процессоров характерно: сравнительно небольшое число регистров общего назначения;
большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов; большое количество методов адресации; большое количество форматов команд различной разрядности; преобладание двухадресного формата команд; наличие команд обработки типа регистр-память.
Организация первых моделей процессоров - i8086/8088 - была направлена, в частности, на сокращение объёма программ, критичного для систем того времени, отличавшихся малой оперативной памятью. Расширение спектра операций, реализуемых системой команд, позволило уменьшить размер программ, а также трудоёмкость их написания и отладки. Однако увеличение числа команд повысило трудоёмкость разработки их топологических и микропрограммных реализаций. Последнее проявилось в удлинении сроков разработки CISC-процессоров, а также в проявлении различных ошибок в их работе. Кроме того, нерегулярность потока команд ограничила развитие топологии временным параллелизмом обработки инструкций на конвейере “выборка команды- дешифрация команды- выборка данных- вычисление- запись результата”.

Эти недостатки обусловили необходимость разработки альтернативной архитектуры, нацеленной, прежде всего, на снижение нерегулярности потока команд уменьшением их общего количества. Это было реализовано в RISC-процессорах, название которых означает “чипы с сокращённой системой команд” (Reduced Instruction Set Computer).

Микропроцессоры типа RISC. Микропроцессоры с архитектурой RISC (Reduced Instruction Set Computers) используют сравнительно небольшой (сокращённый) набор наиболее употребимых команд, определённый в результате статистического анализа большого числа программ для основных областей применения CISC (Complex Instruction Set Computer)- процессоров исходной архитектуры. Все команды работают с операндами и имеют одинаковый формат. Обращение к памяти выполняется с помощью специальных команд загрузки регистра и записи. Простота структуры и небольшой набор команд позволяет реализовать полностью их аппаратное выполнение и эффективный конвейер при небольшом объеме оборудования. Арифметику RISC - процессоров отличает высокая степень дробления конвейера. Этот прием позволяет увеличить тактовую частоту (значит, и производительность) компьютера; чем более элементарные действия выполняются в каждой фазе работы конвейера, тем выше частота его работы. RISC - процессоры с самого начала ориентированны на реализацию всех возможностей ускорения арифметических операций, поэтому их конвейеры обладают значительно более высоким быстродействием, чем в CISC - процессорах. Поэтому RISC - процессоры в 2 - 4 раза быстрее имеющих ту же тактовую частоту CISC - процессоров с обычной системой команд и высокопроизводительней, несмотря на больший объем программ, на (30 %). Дейв Паттерсон и Карло Секуин сформулировали 4 основных принципа RISC: 1. Любая операция должна выполняться за один такт, вне зависимости от ее типа.
2. Система команд должна содержать минимальное количество наиболее часто используемых простейших инструкций одинаковой длины.
3. Операции обработки данных реализуются только в формате “регистр - регистр“ (операнды выбираются из оперативных регистров процессора, и результат операции записывается также в регистр; а обмен между оперативными регистрами и памятью выполняется только с помощью команд загрузки\записи). 4. Состав системы команд должен быть “ удобен “ для компиляции операторов языков высокого уровня

VLIW. В попытке достижения компромисса между CISC и RISC были созданы микропроцессоры типа VLIW. Хотя идеи VLIW сформулированы уже давно, до настоящего времени они были известны в основном специалистам в области компьютерных архитектур. Имеющиеся реализации, например, VLIW Multiflow, не получили широкого распространения. Пожалуй, единственными популярными процессорами, архитектура которых близка к VLIW, была линия AP-120B/FPS-164/FPS-264 компании Floating Point Systems, которые в 80-е годы активно применялись при проведении научно-технических расчетов. Команда в этих системах содержала ряд полей, каждое из которых управляло работой отдельного блока процессора, так что все командное слово определяло поведение всех блоков процессора [5]. Однако длина команды в FPS-х64 была равна всего 64 разрядам, что по современным меркам никак нельзя отнести к сверхбольшим.

Выделение в архитектуре VLIW компонентов командного слова, управляющих отдельными блоками МП, вводит явный параллелизм на уровень команд. Задача обеспечения эффективного распараллеливания работы отдельных блоков возлагается при этом на компилятор, который должен сгенерировать машинные команды, содержащие явные указания на одновременное исполнение операций в разных блоках. Таким образом, достижение параллелизма, обеспечиваемое в современных суперскалярных RISC-процессоров их аппаратурой, в VLIW возлагается на компилятор. Очевидно, что это вызывает сложные проблемы разработки соответствующих компиляторов. При этом распараллеливание работы между ФУ в EPIC происходит статически при компиляции, в то время как современные суперскалярные RISC-процессоры осуществляют это динамически.

 

55. Понятие области нормальных режимов регулятора (ОНР) и области допустимых настроек регулятора (ОДН):

Областью нормальных режимов регулятора называют область таких амплитуд и частот входного сигнала и настроечных параметров регулятора, в пределах которой частотные характеристики реального регулятора отличаются от частотных характеристик идеального регулятора не более чем на некоторую заданную величину по модулю и по фазе.

При выборе типа регулятора требуется соответствие его динамических характеристик и объекта. Динамические характеристики регулятора зависят от его настройки, которая осуществляется специальными устройствами на основании расчета (коэффициентов в уравнениях), призванного обеспечить минимизацию критериев качества регулирования. Параметры настройки регуляторов различных типов представлены в табл. 13.3.

Коэффициент передачи Кр для всех регуляторов, кроме И-регулятора, определяется отношением доли (в процентах) хода регулирующего органа к единице регулируемой величины (у И-регулятора в знаменатель еще входит время, с).

Для расчета параметров настройки типовых промышленных объектов пользуются номограммами и эмпирическими формулами. Пример расчета для двух видов переходных процессов в объекте с саморегулированием приведен в табл. 13.4, где Ко — коэффициент передачи объекта; T_z — его динамическая постоянная; т — запаздывание; а' — квадратическая оценка качества регулирования (см. параграф 13.6J.

Табл. 13.3. Динамические настройки регуляторов

Табл. 13.4. Оптимальные параметры настройки регуляторов

	Параметры настройки
Тип регулятора	Регулируемая величина х	Коэффициент передачи iCp	Время сервомотора Ts, с	Время изодрома V ^с	Время предварения Т д, с

 

\Вид ПН Тип ^-"^ регулятора	Апериодический с минимальным	Периодический затухающий с 20%-иым перерегулированием	Периодический затухающий с ^arain
п	кр =о,зтг/к0	Яр=0,7Гг/(*от)	л-р=о,9гг/(л:0т)
и	/Ср= 1/(4,5^2)	Kv=\iajK0Tz)	/Гр=1/(1,7^0т)
пи	Ти=0,8т + + 0,5Гг	Kv=0,7Tz!(Kot:) Тя=х+0,ЗТг	Яр=Г«/(ЯоО Ги=т+0,35Гг
пид	КР= =0,95Гг/(Л:оТ) Ги=2,4т; Гд=0,4т	Ти=2,0т; Гд=0,4т	Др=1,47У</(0т) Ги=1,3т; Гд=0,5т

После расчета проверяют, находятся ли параметры в области нормальных режимов (ОНР). На рис. 13.21 показана ОНР, построенная для ПИ-регулятора, и переходные процессы 1...3 с разными Яр, из которых процесс 2 выходит за пределы ОНР. Регулятор необходимо перенастроить.

Следует правильно применять термины «регулирование» и «регулировка». Регулировка — эпизодическое или

± к_Р

0,2

о,1

	x il
А ---X^1
\ |\.
	——к-

10 20 30 40

Ты.С

Рис. 13.21 периодическое вмешательство человека в работу установки с целью настройки, наладки, обычно в ходе монтажа, опробования или испытаний. Балансировка колеса вентилятора — регулировка, изменение частоты вращения для обеспечения заданного расхода — регулирование, т. е. воздействие на режим работы.