Принципы управления объектами. Этапы развития автоматизированных систем.

Принципы управления объектами. Этапы развития автоматизированных систем.

Управление – целенаправленное воздействие на ОУ на основании поставленной цели и с учетом i о состоянии объекта.

Основные факторы управления:

Z- цель упр-я; y – i о состоянии ОУ

Управляющее воздействие:

, φ – алгоритм управ-я

Любой ОУ имеет 3 входа и 1 выход:

X – наблюд-е внешн. воздействие

Е – ненабл-е внешн. воздействие (имеет случайное значение)

И – управляющее воздействие

Принципы управления подразделяются:

1. Управление по следствию

УУ – управл-е устройство

У^* - заданный режим работы ТОУ

С помощью канала ОС i о текущем состоянии ТОУ поступает на УУ, вырабатывающее управл.возд-е на основании рассогласования текущего и заданного значения состояния ТОУ.

- по следствию, когда управляющая система реагирует на отклонение состояния ОУ от заданного, т.е. на следствие, а не на причину, вызвавшую это отклонение;

2. Управление по причине

Различают две схемы управления: 1схема учитывает в УУ помеху возн-ю из-за наблюдаемого внешнего воздействия (Х); во 2схеме данная помеха учтена в соотв.программе.

по причине, когда упр-е воздействие вырабатывается только на основе i о возмущающих воздействиях на ОУ при отсутствии обратной связи
и на основе информации, задаваемой системой управления в виде программы.

3. Комбинированное управление

представляющее совокупность перечисленных выше способов управления.

По способу организации: одноцентрическое, при котором принятие решения об управлении осуществляется в одном управляющем органе или центре; многоцентрическое, когда решение об управляющих воздействиях на объект формируются во многих управ-х органах.

Для недопущения конфл-х ситуаций при многоцентр-м упр-е принимают иерархический принцип упр-я, при котором выделяются главные и подчинённые УУ.

Задачи управления ТОУ:

—стабилизации, которые состоят в поддержании выходных параметров ТОУ в заданных пределах;

—выполнения программы, которые заключаются в изменении выходных параметров объекта по ранее составленной программе;

—слежения, которые возникают, если изменение выходных параметров объекта
заранее неизвестно;

—оптимизации, которые состоят в наилучшем выполнении поставленной цели упр-я при сложившейся ситуации.

Составные коды. Код Грея.

Кроме простых числовых кодов, применяют составные, имеющие два
основания и более, Наибольшее распространение из них получили единично-десятичные и двоично-десятичные коды, которые при двоичном характере символов легко позволяют перейти к десятичной системе, широко применяемой и наиболее понятной.

В единично-десятичном коде каждая цифра десятичного числа записывается одними единицами. Например, число 325 запишется как 111 11 11111. В двоично-десятичном коде каждая
цифра от 0 до 9 десятичного числа записывается четырехразрядным двоичным кодом. Такой код позволяет образовать N = 2⁴=16 различных комбинаций. Для обозначения десяти цифр можно использовать любые 10 комбинаций из 16, поэтому возможно большое число двоично-десятичных кодов. Наибольшее применение нашел код, в котором десятичная цифра представлена ее точным двоичным числом. Такой код
иногда обозначают 8—4—2—1 по весу двоичных цифр в каждом разряде. При этом цифры от 0 до 9 обозначают рядом двоичных чисел. Число 325 в двоично-десятичной системе может быть записано следующим образом:
0011—0010—0101.

Код ГРЕЯ. Код, рассматриваемый  ниже носит название кода Грея и обладает тем свойством, что при переходе от любого его состояния к следующему изменяется лишь один  разряд (бит), что позволяет предотвратить ошибки, поскольку в данном случае при переходе между двумя закодированными значениями все разряды никак не могут измениться одновременно. Если бы использовался чисто двоичный код, то при переходе, например, от 7 к 8 на входе можно было бы получить число 15. Для формирования состояний кода Грея существует простое правило: начинать  нужно с нулевого состояния, а затем для получения, каждого следующего нужно выбрать самый младший разряд, изменение которого приводит к образованию нового состояния, и взять его инверсное значение.

0000

0001

ОО11

0010

О11О

0111

0101

0100

1100

1101

1111

1110

1010

1011

1001

1000

Коды Грея могут содержать любое число разрядов.

 

Комбинаторные коды. Пример применения комбинаторного кода.

Комбинаторные коды основаны на математической теории соединений: перестановок, размещений и сочетаний.

Коды, построенные по закону перестановок, содержат n символов в каждой комбинации. Отдельные комбинации отличаются друг от друга только порядком следования символов. Общее число возможных комбинаций определяется выражением

где Р_n — число перестановок.

Коды, построенные по закону размещений, представляют собой комбинации из n элементов по m символов, отличающихся символами или порядком их следования. Число возможных комбинаций определяется выражением

Например, имеем n = 3 (а, б, в) и m = 2, тогда число возможных комбинаций

Коды, построенные по закону сочетаний, представляют собой комбинации по m символов из n возможных, отличающиеся только символами. Число возможных комбинаций определяется выражением

Такие коды называют кодами на одно сочетание.

Код типа  при временном разделении элементов сигналов называют распределительным. Кодом на все сочетания называют код, составленный из заданного числа элементов n и представляющий суммарную комбинацию сочетания:

Циклические коды.

Из систематических большое распространение получили циклические коды. Комбинации в этих кодах обладают свойством цикличности при последовательной перестановке их элементов. Так, если комбинация 1101011 принадлежит циклическому коду, то и комбинации, образованные путем перестановки символов, например, с крайней правой позиции на крайнюю левую (1110101, 1111010, 0111101, 1011110), принадлежат этому же коду. Выбрав определенное число проверочных позиций, можно обеспечить высокую обнаруживающую способность, когда не только при одиночных ошибках, но и при пакетах ошибок. При этом кодирующие и декодирующие устройства будут сравнительно простыми. Несколько усложнив декодирующее устройство, можно обеспечить исправление ошибок.

Дешифратор.

Дешифраторы служат для преобразования кода, поступающего на их входы, в распределительный код . Дешифраторы составляют из логических схем И, количество которых соответствует числу выходов N дешифратора. Число входов соответствует числу элементов (разрядов) комбинаций входного кода. Дешифратор двоичного кода на одно сочетание  представлен на рисунке. Он состоит из 6-ти диодных
логических схем И, каждая из которых имеет 2 входных диода и резистор. Шины 1, 2, 3 и 4 являются входами дешифратора. К ним подключаются диоды схем И таким образом, что совпадение сигнала 1 (—Е) при каждой кодовой комбинации возможно только на диодных входах одной схемы И. На выходе этой схемы будет также сигнал 1.
При этом на всех других выходах будет сигнал 0. Все входные и выходные комбинации сведены в табл.

При подаче на входы дешифратора, например, комбинации № 2 — 1010 сигнал 1 будет на входах 1 и 3, а на входах 2 и 4 — 0. Совпадение сигналов 1 произойдет на диодах
схемы И2, на выходе которой будет также сигнал 1. На выходах всех других логических схем
будет сигнал 0, так как хотя бы один из диодных входов этих схем подключен к шине 2 или
4 с высоким потенциалом, следовательно, диод этого входа будет открыт.

Дешифратор двоичного кода на все сочетания mⁿ состоит из восьми логических схем И. Каждому разряду двоичного числа на входе дешифратора соответствуют две кодовые шины: а0 и а1 — разряд I; b0 и b1 — разряд II; с0 и с1 — разряд III. На одну из двух шин каждого разряда подается прямой сигнал, на другую — инверсный. Каждой комбинации кода соответствует определенная диодная схема И и выход дешифратора. При совпадении отрицательных потенциалов на всех трех входах одной из схем на ее выходе будет также отрицательный потенциал (сигнал 1). Если принять, что нулю соответствует комбинация на шинах разряда 10, а единице — 01, то кодовой комбинации 011 на кодовых шинах входов дешифратора будет соответствовать комбинация сигналов 10, 01, 01. При этом сигнал 1 будет на шинах al, b1, cl, а сигнал 0 — на шинах аО, bО, сО. Совпадение сигналов 1 произойдет на входах схемы И выхода 3,следовuательно, сигнал 1 будет на выходе 3. На остальных выходах будут сигналы 0. Работа дешифратора при других комбинациях приведена в табл.

 

 

Сумматоры по модулю m 2.

Сумматоры - это цифровые функциональные устройства, предназначенные для выполнения операции сложения чисел, представленных в различных кодах.

По характеру действия сумматоры подразделяются на комбинационные, не имеющие элементов памяти, и накапливающие – запоминающие результаты вычислений при снятии входных сигналов.

В дальнейшем будут рассматриваться только комбинационные сумматоры, на основе которых выполняется большинство суммирующих ИС. Сумматор по модулю два - Это устройство с двумя входами (а и b), на выходе у которого сигнал "1" появляется только в том случае, когда на входах действуют противоположные сигналы, т. е. "0" и "1". Сумматор не обладает памятью. Его таблица истинности и логическое уравнение имеют вид:

 

Название “по модулю два” этот сумматор получил потому, что y соответствует значению младшего разряда при суммировании одноразрядных двоичных чисел A и B. Построим в базисе И–НЕ схему сумматора по модулю два (рис. 21)

а – принципиальная схема; б – функциональная схема

Полусумматоры.

Полусумматор - Обеспечивает операцию сложения двух одноразрядных двоичных чисел a и bс. Так как при a = 1 и b = 1 получается перенос единицы в следующий разряд, полусумматор должен иметь два выхода: с одного снимается сигнал суммы по модулю два, а с другого - сигнал переноса.

Таблица истинности полусумматора и его логические уравнения имеют вид:

P' = ab

Реализация полусумматора в базисе И–НЕ представлена на рис. 22

а – реализация в базисе И–НЕ; б – условное обозначение

Условное обозначение полусумматора на схемах – HS (halfsum – полусумма), а полного сумматора – SM.

Полный сумматор.

Полный сумматор - Это устройство для сложения трех одноразрядных двоичных чисел a, b, c, где c - сигнал переноса из предыдущего младшего разряда. Имеет два выхода S (сумма) и Р (перенос).

Полный сумматор можно построить из двух полусумматоров (рис. 23), отсюда и название – полусумматор, используя следующие логические уравнения

Рис. 23. Полный сумматор

На основе полного сумматора можно построить суммирующие устройства параллельного или последовательного действия для сложения многоразрядных двоичных чисел.

В цифровой схемотехнике операцию вычитания обычно заменяют сложением уменьшаемого с вычитаемым, представленным в дополнительном коде, поэтому вычитатели могут быть выполнены на основе сумматоров.

 

Принципы управления объектами. Этапы развития автоматизированных систем.

Управление – целенаправленное воздействие на ОУ на основании поставленной цели и с учетом i о состоянии объекта.

Основные факторы управления:

Z- цель упр-я; y – i о состоянии ОУ

Управляющее воздействие:

, φ – алгоритм управ-я

Любой ОУ имеет 3 входа и 1 выход:

X – наблюд-е внешн. воздействие

Е – ненабл-е внешн. воздействие (имеет случайное значение)

И – управляющее воздействие

Принципы управления подразделяются:

1. Управление по следствию

УУ – управл-е устройство

У^* - заданный режим работы ТОУ

С помощью канала ОС i о текущем состоянии ТОУ поступает на УУ, вырабатывающее управл.возд-е на основании рассогласования текущего и заданного значения состояния ТОУ.

- по следствию, когда управляющая система реагирует на отклонение состояния ОУ от заданного, т.е. на следствие, а не на причину, вызвавшую это отклонение;

2. Управление по причине

Различают две схемы управления: 1схема учитывает в УУ помеху возн-ю из-за наблюдаемого внешнего воздействия (Х); во 2схеме данная помеха учтена в соотв.программе.

по причине, когда упр-е воздействие вырабатывается только на основе i о возмущающих воздействиях на ОУ при отсутствии обратной связи
и на основе информации, задаваемой системой управления в виде программы.

3. Комбинированное управление

представляющее совокупность перечисленных выше способов управления.

По способу организации: одноцентрическое, при котором принятие решения об управлении осуществляется в одном управляющем органе или центре; многоцентрическое, когда решение об управляющих воздействиях на объект формируются во многих управ-х органах.

Для недопущения конфл-х ситуаций при многоцентр-м упр-е принимают иерархический принцип упр-я, при котором выделяются главные и подчинённые УУ.

Задачи управления ТОУ:

—стабилизации, которые состоят в поддержании выходных параметров ТОУ в заданных пределах;

—выполнения программы, которые заключаются в изменении выходных параметров объекта по ранее составленной программе;

—слежения, которые возникают, если изменение выходных параметров объекта
заранее неизвестно;

—оптимизации, которые состоят в наилучшем выполнении поставленной цели упр-я при сложившейся ситуации.