книги из ГПНТБ / Лоскутов В.И. Основы современной техники управления

Под нормализацией понимается упорядочение размерно­ стей, приведение к стандартным единицам и т. п. С помощью специально разработанных для этого устройств осуществля­ ются также логические и арифметические операции.

Еще более сложной обработке подвергается экономическая информация, отражающая течение дискретных процессов. К таким операциям относятся: изменение значения единицы информации с помощью кодирования и логико-математиче­ ских операций, операции замены, присвоения, подстановки, изъятия с уничтожением для аннулирования определенных величин.

Формируемая структура системы управления должна быть строго согласована со схемой действующих в ней информаци­ онных потоков. Последняя строится на основе анализа дви­ жения исходных данных, а также получения и использования промежуточных и конечных результатов и представляет собой совокупность узлов, линий связи и технических средств для создания информационной сети.

Информационная схема строится на основе точного опреде­ ления маршрутов прохождения информации по структурным подразделениям с учетом минимального количества пересече­ ний и изломов формируемых потоков, наличия их нагрузоч­ ных характеристик и обеспечения контроля за правильностью передаваемых данных.

При проектировании крупных комплексов обмена инфор­ мацией между территориально разобщенными объектами управления возникает вопрос о правильном выборе каналов связи. От правильного решения этого вопроса зависит устой­

139

п— число каналов связи;

ß— частота подключения одного двоичного раз­ ряда.

Коэффициентом использования передающего канала назы­ вается отношение числа фактически пропускаемых сообщений к предельно возможному числу сообщений:

nk= - ^ .

Информационные фонды в автоматизированных системах управления

В автоматизированных системах управления многократно приходится использовать различные виды служебной инфор­ мации.

Для быстрого поиска необходимых данных организуются информационные фонды. Основными задачами таких фондов являются:

рациональные способы ввода и хранения используемой информации;

усовершенствованная выработка необходимых данных; надлежащий выбор этапности формирования данных. Созданию информационного фонда должна предшествовать

приближенная оценка объема хранимой информации и опре­ деление возможной величины ее роста. Все это определяется при разработке информационной схемы проектируемой си­ стемы. Исходная информация, вводимая в фонд, должна быть надлежащим образом оценена с точки зрения ее актуальности и частоты использования в процессах управления. С этих же позиций должен производиться отбор и промежуточной инфор­ мации.

Организацию информационных фондов для АСУ следует вести с учетом системного подхода, рассматривая формируе­ мые данные не как обеспечение отдельных локальных задач, а как единую, общую для всей системы управленческую за­ дачу. При этом должен быть четко определен оптимальный состав, объем, назначение и классификация показателей функ -

140

ционирования объекта, а также установлена единая их терми­ нология и система единиц измерения.

Исходная информация должна быть минимальной, но одно­ временно достаточной для образования требуемого количества производных данных. Принцип рационального использования исходных показателей для широкого круга решаемых системой управленческих задач может быть достигнут лишь при ин­ тегрированной обработке первичной информации с целью ее широкого обобщения.

Особое внимание следует обратить также на создание цен­ трализованного нормативного фонда. Наличие такого фонда позволит организовать формирование нормативных показате­

вов является выбор способов хранения и поиска укомплекто­ ванных данных. В первую очередь должна быть обеспечена высокая точность записи информации, возможность автомати­ ческого ввода ее в ЭВМ и сокращение времени на поиски необ­ ходимых данных в местах хранения.

Современные запоминающие устройства, даже при наличии их огромной информационной вместимости, все же не в состоя­ нии хранить содержание всех документов. Поэтому системы информационного поиска АСУ с использованием ЭВМ строятся по двухъярусной схеме. В этом случае в активной памяти машины хранятся только поисковые образы (шифры) доку­

ский. Единицей хранения информации в первом типе является документ или его основные данные, а во втором — факт, кото­ рый в общем случае может быть выражен цифрой, табли­ цей и т. д.

Организация поискового процесса и быстрое извлечение необходимой информации из фондовых хранилищ во многом зависят от разработанного соответственным образом информа­ ционно-поискового языка. На втором этапе организации инфор­ мационного фонда производится разработка полной языковой модели, с помощью которой выдаются ответы не только в виде адреса документа, но и создается новая информация в резуль­ тате логического преобразования.

141

6.

ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

ВПРОЦЕССАХ УПРАВЛЕНИЯ

Вкачестве исходной информации для управления соответ­ ствующим объектом используют сведения о значениях и изме­ нении во времени некоторых переменных величин, характери­ зующих состояние контролируемого процесса.

Первичная подготовка информации связана с предвари­ тельной обработкой поступающих сведений и разгрузкой управляющей машины от частных решений при выработке и формировании сигналов для оперативного управления объ­ ектом. Одновременно с этим исходная информация подвер­ гается ряду дополнительных операций для упорядочения и улучшения качества получаемых данных.

К числу таких операций относится квантование непрерыв­ ных величин в дискретные, перевод документированной информации на машинный язык, кодирование и декодирование информации на машинный язык, кодирование и декодиро­ вание информации, сортировка и формирование массивов, нормализация данных, линеаризация нелинейных функций, масштабирование и вычисление масштабных множителей, расчеты по определению поправок на изменившиеся условия работы объекта, вычисление технико-экономических показа­ телей, контроль появления постоянных и случайных ошибок, сглаживание значений переменных.

Достоверность получаемых сведений служит основой ра­ боты всей системы, и поэтому повышение точности переда­ ваемых даных за счет предварительной обработки информации является также важной фазой процессов управления.

Четкой границы между предварительной обработкой и пе­ реработкой информации нет, и поэтому часть перечисленных операций может происходить как в самой машине, так и

143

В соответствии с этим различают автоматизированные и ав­ томатические способы предварительной обработки данных.

Автоматизированный способ предварительной обработки данных предусматривает наличие некоторых ручных опера­ ций. При автоматической системе первичная обработка данных

Преобразование непрерывных величин в дискретные

Сведения о состоянии и ходе производственного процесса от различных источников информации большей частью посту­ пают в виде непрерывных величин. В качестве преобразователя используются устройства, осу­ ществляющие замену непре­ рывной последовательности получаемых сигналов конеч­ ным числом дискретных зна­ чений и формирующие из них соответствующие кодовые ком­

бинации.

Аналоговая величина при квантовании по уровню и по времени как бы наклады­ вается на сетку, имеющую по оси времени деления т, рав­

ные интервалу между циклами преобразования, а по оси уров­ ней ô (рис. 28).

Любое значение у , попавшее внутрь /-го интервала о*, т. е. удовлетворяющее неравенству УІ-І<У<УІ, округляется до ве­ личины, назначенной для выбранного интервала. Совокупность значений УІ(І = 1 , 2, ..., п) при формировании цифровых вели­ чин контролируемых переменных составляет дискретную шкалу соответствующего преобразователя. При одинаково вы ­ бранных 8І квантование называется равномерным.

Замена ординаты квантуемой функции у на величину у ' приводит к ошибке квантования:

&у = у'—у-

144

Совокупность таких ошибок в процессе дискретизации ана­ логовых величин называется шумом квантования. Выбор ве­ личины уровней квантования зависит от разрешающей способ­ ности датчика и от требуемой точности ввода соответствующей переменной в вычислительную машину.

Квантование непрерывных величин в дискретные часто со­ вмещают с процессом кодирования их в принятую для машины цифровую форму.

Важнейшими параметрами процессов преобразования яв ­ ляются скорость и точность одного преобразования. Под ско­ ростью преобразования понимают число преобразований в еди­ ницу времени. Скорость преобразования должна быть строго согласована с быстродействием ЭВМ и частотным спектром преобразуемых сигналов.

Точность преобразования является функцией фиксирован­ ных уровней на всем диапазоне измерений и появляющихся при этом погрешностей.

времени должен быть таким, чтобы преобразуемый сигнал не успел измениться более чем на единицу младшего разряда.

Разрешающей способностью преобразователя называется интервал между двумя соседними дискретными уровнями по оси у , величина которого при квантовании равна единице млад­ шего разряда в коде (кванту информации). При увеличении раз­ рядности кода ошибка квантования уменьшается. Разрешаю­ щая способность преобразователя должна быть меньшей, чем его инструментальные погрешности. Число дискретных уров­ ней преобразования определяется формулой

няются групповые преобразователи с последовательным под­ ключением к ним различных каналов. Максимальная частота преобразования при этом будет

Для перекоммутации присоединяемых каналов в зависи­ мости от назначения преобразования могут быть приняты при­ нудительно циклический или программный принципы обегания датчиков.

Введение поправок в связи с изменяющимися условиями работы объекта

Изменяющиеся условия работы управляемого объекта с непрерывным процессом часто требуют введения поправок для вычисления фактического значения контролируемой пе­ ременной. Это вызвано тем, что тарирование датчиков проис­

Так, например, при изменившихся условиях физического состояния газа его действительный расход можно подсчитать на основе зависимости

где Qo, Г0 и Po — соответственно расход газа, абсолютная тем­ пература и давление среды, при которых проводилось тариро­ вание датчика.

Вычисление величин поправок и коррекция значений со­ ответствующих переменных могут производиться как на месте формирования информации за счет применения специальных устройств, так и самой вычислительной машины по разрабо­ танным для этого программам.

Линеаризация

Информация, выдаваемая первичными измерительными приборами, различается по роду выдаваемых сигналов (на­ пряжение, ток, длительность импульсов), по величине форми­ руемых уровней и по характеру функциональной зависимости выходного сигнала от измеряемой величины:

U=f(P).

146

Нелинейность характеристик и невзаимозаменяемость дат­ чиков вызывают серьезные затруднения при формировании универсальной системы сбора информации.

Линейные зависимости между измеряемой и представляю­ щей ее величинами можно добиться с помощью процесса ли­ неаризации. Величина соответствующей переменной Р изме­ ряется датчиком D с нелинейной характеристикой. Выходной сигнал датчика U поступает в линеаризатор Л, который обес­ печивает линейную зависимость между Р и у.

Линеаризацию нелинейной характеристики датчика можно рассматривать как обратное функциональное преобразование.

Представим характеристику датчика в виде 1/ = Ф ( Р ) .

Линеаризатор, включенный последовательно с датчиком,

величины.

Далее, применяя масштабирование, полученную зависи­ мость можно привести к виду у' = тР, где m — масштабный коэффициент.

Нелинейность характеристик выходных сигналов зависит от физических свойств чувствительных элементов датчиков и от методов измерения соответствующих переменных. К первому виду нелинейности относятся нелинейности характеристик мембран, сильфонов, термосопротивлений и других чувстви­ тельных элементов. Устранение этих нелинейностей при созда­ нии современных средств измерения — сложная инженерная проблема.

Пусть существует нелинейная зависимость между изме­ ряемой переменной Рх и выходным сигналом датчика ух.

При этом приращение сигнала датчика ух от соответствую­ щего приращения переменной АР* определяется на основе вы - ражения 6уя = <р (Р, ± Д Р , ) - Ф

Линеаризация в процессе преобразования величины Рх со­ стоит в том, что на всем диапазоне изменения измеряемой величины должно соблюдаться соотношение

а = — = const,

Ух