Общий алгоритм процесса проектирования

Процесс проектирования систем управления итеративен, при этом на каждом шаге итерации разработчик системы пытается найти более совершенные решения. На первых этапах исходные предпосылки еще недостаточно четко определены, поэтому используются приближенные методы, расчеты и испытания.

При расчётах в первом приближении, когда только выявляется чувствительность переменных проектируемой системы к отдельным параметрам, можно пренебречь второстепенными факторами. Позднее, когда будут изучены и поняты главные явления, в анализ следует включить и второстепенные, ранее не учтенные факторы, чтобы обеспечить уверенность в том, что на последующих этапах проектирования не возникнет никаких неожиданностей и в целом будут получены наиболее удовлетворительные результаты.

Процесс решения проблем, возникающих при проектировании систем, является эволюционным процессом постепенного перехода от постановки проблемы в терминах задания к созданию технической и программной документации реальной системы и описанию ее физических возможностей.

Рис. 9.. Схема процесса проектирования системы управления

На рис. 3.3 показана укрупненная схема процесса проектирования системы, охватывающая основные этапы формулирования задачи (цели) проектирования, научно-исследовательские работы -(НИР), эскизное проектирование (ЭП), техническое проектирование (ТП).

Общим для этапов предварительного, эскизного и технического проектирования является то, что каждый из них включает в себя обязательное проведение пяти процедур (рис. 9. 4,а): синтез, создание абстрактной и физической моделей, анализ, принятие решения.

Существенно, что при переходе от этапа к этапу происходит уточнение моделей и углубление анализа и как следствие приближение системы к заданным в ТЗ характеристикам.

Синтез охватывает конкретизацию задачи и технических решений, формирование принципов. Абстрактные модели строятся в виде как математических, так и графических моделей (схем, чертежей). Физические модели выполняются в виде либо физических аналогов проектируемой системы, либо макетов, экспериментальных и опытных образцов. Анализ включает в себя проведение экспериментальных

Рис. 9.4. Основные процедуры процесса проектирования

исследований (испытаний) и их оценку. Как отмечалось выше, принятие решения является необходимой процедурой процесса проектирования и связано с поиском компромиссных решений.

Изложенная последовательность процесса проектирования систем отражает лишь самые общие черты этого сложного процесса, так как, иллюстрируя итеративный характер процесса от этапа к этапу, она не дает представления об итерациях в рамках каждого этапа. На рис. 9.4,6 приведена схема процесса проектирования, учитывающая итеративный характер процесса на каждом из этапов проектирования. На схеме обратные связи ОПТ отражают процессы оптимизации. При этом оптимизируются выбранные принципы, структуры, технические средства, алгоритмы, программы, методы и средства построения моделей, а также методы анализа (испытаний).

 

19. Синтез систем управления по циклограмма работы механизмов

Синтез систем управления осуществляется по циклограммам работы механизмов. Циклограмма показывает последовательность включения рабочих органов машины. Состояния рабочих органов в установившемся режиме изображают на циклограмме горизонтальными линиями. Для каждого рабочего органа, a также для каждого элемента памяти проводится своя линия.

Переход от одного состояния к другому происходит почти мгновенно, поэтому он на циклограмме изображается вертикальной линией. Таким образом, вертикальные линии соответствуют моментам изменения входных сигналов. Расстояние между соседними вертикальными линиями на циклограмме есть такт работы дискретного автомата.

По циклограмме легко определить суммарные веса входных переменных в каждом такте. С этой целью входным переменным (каналам) в порядке сверху вниз приписывают веса 2°, 2¹, .и в каждом такте вес канала умножают на значение сигнала в нем, т.е. на 0 или на 1, а полученные величины суммируют.

Последовательная запись изменения состояний входных и выходных переменных называется таблицей включений.

Правила записи таблицы включений:

1) в первом столбце отмечают изменения состояний входных а в правом столбце - выходных переменных;

2) для выходных переменных (правый столбец) записывают только изменения состояний с 0 на 1 (обратные изменения этих переменных с 1 на 0 не надо записывать);

3) начинают запись алгоритма, отмечая изменение выходной переменной в первом такте. При этом вначале строка состояния входной переменной в первом такте остается пустой. В эту строку записывают последнее изменение одной из входных переменных в конце цикла.

В соответствии с полученной таблицей включений построим начальную циклограмму работы устройства. Строить ее рекомендуется в два приема.

Первый прием состоит в том, что чертят стандартную сетку циклограммы, на которой буквами а₁ а₂, b₁ и b₂ обозначены входные переменные, а рядом указаны «веса» этих переменных, В верхней строке циклограммы записаны порядковые номера тактов.

Затем переносят информацию, содержащуюся в таблице включений, на циклограмму. Для этого в верхней части циклограммы такты, в которых входные переменные изменяют свое состояние, отмечают короткими, равными длительности одного такта, горизонтальными линиями, причем момент изменения переменной с 0 на 1 указывают поперечным штрихом на левом, а с 1 на 0 - на правом конце линии.

Соединив между собой концы линий, на которых нет штрихов, получим циклограмму состояний входных переменных.

В строке Σ надо подсчитать суммарные веса входных переменных, которые определяют состояния дискретного автомата.

В нижней части циклограммы показаны состояния выходных логических функций Fx, Fx, Fy,Fy причем жирной линией отмечены обязательные состояния логических функций, пунктирной безразличные, а состояния, где нет линии запрещенные.

Важная особенность циклограмм, построенных по рассмотренному принципу, состоит в том, что в каждом такте изменяет значение одна и только одна входная переменная (верхняя и часть циклограммы). На выходные переменные (нижняя часть циклограммы) это ограничение не распространяется, т.е. в одном такте допускается изменение нескольких выходных переменных.

Если в циклограмме имеются два одинаковых состояния различающихся значениями выходных переменных, то это значит что такая циклограмма не может быть реализована.

Циклограмма с введёнными внутренними элементами памяти называется реализуемой. Реализуемая циклограмма отличается от начальной тем, что превышает её длину на количество тактов отведённых на включение и на выключение внутренних элементов памяти.