Автоматизация и управление процессами.

Значительная часть технических задач связана с применением компьютеров в качестве гибкого устройства управления оборудованием и в качестве устройства для контроля состояния аппаратуры и исследования процессов. При этом компьютер становится необъемлемой частью прибора, станка, управляющей системы и т.д.

В связи с усложнением технических задач возникает все больше случаев, в которых использование человека для управления техническими установками и регистрации данных просто невозможно из-за объема, скорости и сложности выполняемых операций. Практически все мыслимые задачи, связанные с автоматизацией и управлением процессами, основаны на очень небольшом наборе необходимых операций:

1. Считывание с одного или нескольких входных источников аналоговых сигналов в форме напряжения и преобразование этих сигналов в цифровую форму (аналогово-цифровое преобразование).

2. Преобразование цифровых значений в аналоговый сигнал (напряжение) и выдача этого сигнала на внешние устройства по нескольким каналам (цифро-аналоговое преобразование).

3. Считывание с внешних стандартных цифровых входов цифровой информации (цифровой ввод).

4. Посылка цифровых кодов на внешние устройства (цифровой вывод).

5. Точный отсчет временных интервалов в одном или нескольких независимых устройствах (таймирование).

Для реализации перечисленных операций необходимо использовать специализированные устройства. Действительно, если функции цифрового ввода и вывода на компьютере еще можно реализовать через стандартные порты ввода-вывода, а простейшие функции отсчета интервалов можно выполнять с помощью встроенных в компьютер часов, то для ввода и вывода аналоговой информации необходимы специализированные устройства.

Пример. Система управления летательным объектом.

Анализ экспериментальных данных.

Методы обработки и анализ экспериментальных данных столь же разнообразны, как и области применения компьютеров, и их специфика в значительной степени определяется решаемой задачей. Несмотря на огромное разнообразие методов анализа данных, можно выделить несколько основных групп методов:

• представление данных;

• изменение параметров сигналов;

• предварительная обработка и фильтрация;

• спектральных анализ и идентификация процессов;

• классификация, статистических анализ.

Первые три пункта покрывают до 90% всех приложений методов обработки сигналов на компьютерах. Рассмотрим эти методы подробнее.

Представление данных

Первое место по частоте использования и реальной потребности принадлежит группе методов, которые имеют больше отношения к компьютерной графике, чем к обработке сигналов – представлению и визуализации результатов измерений.

Какие основные функции используются для представления графиков? Во-первых, часто возникает необходимость одновременно просмотреть несколько зависимостей. Естественно, что при этом графики должны чем-то отличаться друг от друга. Информацию можно представить различными цветами или использовать несколько окон, в каждом из которых расположен один или несколько окон. Как правило, при анализе семейства кривых пользователь решает две основные задачи: выбор из набора кривых интересующей его для более детального анализа и анализ кривых в различные моменты времени.

Следующий уровень управления процессов визуализации данных реализуются в пределах одного выбранного графического окна, в котором уже оптимальным образом собрана интересующая пользователя информация. Основной функцией является режим "лупы", позволяющей просматривать часть кривой с изменением амплитудного и временного масштабов. Использование этого режима позволяет выделить из кривой детали, которые могут быть практически незаметны при другом режиме просмотра. Типичный пример такой ситуации – анализ спектров сигналов. Другим часто используемым приемом является изменение типа представления данных: введение логарифмического масштаба, использование полярных координат и т.д.