5.3 Задания для самостоятельного выполнения
1. Произвести синтез ПДА с исполнительными элементами Х1, Х2, Х3. Необходимо, чтобы после воздействия на командный элемент А, исполнительные элементы поочередно включались, а затем в обратном порядке отключались. Цикл ПДА должен непрерывно повторяться, пока включен командный элемент.
2. В интегрированной среде моделирования VisSim составить модель заданного ПДА.
3. Сделать выводы по проделанной работе.
Задание для дополнительной работы
Произвести синтез ПДА с исполнительными элементами Х1, Х2, Х3. Необходимо, чтобы после воздействия на командный элемент А, исполнительные элементы поочередно включались в обратном порядке, а затем в том же порядке отключались. Цикл ПДА должен непрерывно повторяться, пока включен командный элемент;
Составить модель в интегрированной среде VisSim;
Написать программу, имитирующую работу заданного ПДА.
Лабораторная работа № 6 Автоматизированный синтез последовательных дискретных агентов с малым объемом памяти
6.1 Цель работы
Изучить особенности работы последовательных дискретных автоматов (ПДА). Приобрести навыки проведения синтеза ПДА с малым объемом памяти.
Задачи:
1) Изучить метод синтеза ПДА путем использования обратной связи по выходу;
2) Научиться моделировать ПДА в среде VisSim;
3) Разработать ПДА при следующих условиях: насос Н должен автоматически включаться при достижении жидкостью нижнего датчика Дн, оставаться включенным при достижении жидкостью среднего уровня (соответствующий датчик Дср) и выключаться при достижении жидкости верхнего уровня, контролируемого датчиком Дв. Насос должен оставаться выключенным до тех пор, пока уровень жидкости не достигнет нижнего датчика Дн.
6.2 Общие теоретические сведения
Последовательные дискретные автоматы осуществляют преобразование двоичных входных переменных не только с учетом текущей комбинации на входе в данном такте автоматного времени, но и с учетом того, что было в предыдущих тактах. Создание ПДА, способного запомнить предшествующие данному такту комбинации сигналов на входе, обеспечивается наличием в автомате не только внешних рабочих входов Х и выходов У, но и вспомогательных внутренних переменных Н, которые должны иметь возможность давать различные комбинации для каждого такта, подлежащего запоминанию, и реализуемых в виде обратных связей. Эти внутренние переменные корректируют результат от воздействия внешних входов, учитывая предыдущие ситуации.
Следовательно, задача внешних входов – задать текущую комбинацию, а внутренних – сохранить и задать на входе комбинацию, однозначно соответствующую сформировавшейся комбинации на входе в предыдущем такте. В этом случае выходная комбинация формируется с учетом предыдущего такта. В следующем такте внутренние переменные внесут очередную корректировку, если их комбинация будет отлична от предыдущей и новое значение входов уже несет в себе следы двух предыдущих тактов и т. д. Количество таких состояний М внутренних переменных Н называют весом ПДА.
Число внутренних переменных Nн, обеспечивающих возможность кодирования всех М состояний, составляют объем памяти автомата.
Характерной особенностью ПДА является то, что с использованием корректирующего воздействия возможны разные комбинации выходов при одинаковых комбинациях сигналов на внешних входах.
Разработаем ПДА системы управления насосом. Эвристическое описание задачи будет выглядеть следующим образом.
Насос Н должен автоматически включаться при достижении рабочей жидкостью нижнего уровня, контролируемого датчиком Дн, и выключаться при достижении жидкостью верхнего уровня, контролируемого датчиком Дв.
В цикле работы насоса можно выделить четыре такта: 1 – уровень жидкости ниже Дн (насос работает, резервуар наполняется); 2 – уровень жидкости выше Дн, но ниже Дв (насос работает, резервуар наполняется); 3 – уровень достиг Дв (насос отключается, жидкость расходуется, резервуар опустошается); 4 – уровень ниже Дв, но выше Дн (насос выключен, резервуар опустошается).
Так как насос работает циклически, выделим один цикл работы, который будет состоять из четырех тактов. Цикл работы насоса представлен в таблице 6.1.
Таблица 6.1 – Цикл работы системы управления насосом
Элементы системы |
Такты предыдущего цикла |
1 |
2 |
Такты последующего цикла |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
|||
Дн |
… |
0 |
1 |
1 |
1 |
… |
Дв |
… |
0 |
0 |
1 |
0 |
… |
Н |
… |
1 |
1 |
0 |
0 |
… |
Произведем синтез ПДА введением обратной связи. Для синтеза с малым объемом памяти часто можно использовать логическое уравнение, предусматривающее введение обратной связи.
где
- конъюнкция входных переменных, не
изменяющихся в соседних тактах;
- конъюнкция входных переменных,
изменяющихся в соседних тактах;
- внутренняя переменная.
Для тактов 1 и 2 математическая модель будет выглядеть следующим образом:
Для тактов 3 и 4 математическая модель будет выглядеть следующим образом:
где Нв1 и Нв2 – внутренние переменные, в виде обратных связей по выходу.
Чтобы избавиться от инверсии выходной переменной в математической модели для тактов 3 и 4, необходимо воспользоваться теоремой Шеннона-Моргана. Уравнение примет следующий вид:
По математической модели, можно составить принципиальную электрическую схему системы управления насосом. Она представлена на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1 – Принципиальная электрическая схема системы управления насосом
По принципиальной электрической схеме и математической модели системы управления насосом, составим схему алгоритма работы. Схемы работы системы управления насосом представленны на рисунках 6.2 и 6.3 соответсятвенно для первой и второй математической модели.
Рисунок 6.2 – Схема алгоритма работы системы управления насосом по первой принципиальной электрической схеме
Рисунок 6.3 – Схема алгоритма работы системы управления насосом по второй принципиальной электрической схеме
Модель КДА в интегрированной среде VisSim.