Описание объекта исследования и его анализ
Рассмотрим модель программного комплекса системы управления и выделим ее основные блоки. Любая программная система, предназначенная для управления объектами, обязательно включает модули ввода/выводаданных, по средствам которых происходит взаимодействие с управляемым объектом имодуль обработки данных. Модуль ввода с определенной периодичностью получает показания измерительных устройств, тем самым выясняя состояние объекта управления. Эти данные передаются основному модулю системы –модулю обработки данных. В процессе обработки данных, нередко выполняется оптимизация одной или нескольких функций по параметрам, описывающим состояние процесса системы. Обработанные данные передаютсямодулю выводадля непосредственного воздействия на объект управления через исполнительные устройства. Ввод/вывод данных, в общем случае, может производиться как через оператора, так и в автоматическом режиме. Современные требования к системам управления требуют высокой скорости реакциина теили иные изменения состояния объекта управления, поэтому нас будет больше интересовать автоматический режим обмена данными. Модель программного комплекса системы управления можно представить так, как изображено на рисунке 1 .2.
Отметим, что, в общем случае, данные от управляемого объекта могут поступать в случайные, заранее неизвестные, моменты времени. Система управления же должна своевременно получать и обрабатывать данные, даже в случае если на момент поступления новых данных, обработка предыдущих ещё не окончена. Это особенно важно для обеспечения отказоустойчивости программной системы, потому что потеря даже части поступивших данных чревата отказом всей системы управления. Подобная задача решается созданием модулей ввода/вывода на отдельных, от основного модуля, потоках. В таком случае все процессорное время пропорционально расходуется между существующими потоками и модули ввода/вывода оперативно получают/передают данные, в то время как модуль обработки данных производит расчеты. Но реализация нескольких потоков имеет свои тонкости. Предположим ситуацию, когда данные от объекта управления начинают поступать с большей скоростью, чем может их обработать система. Тогда возможна потеря информации. Решить подобную проблему можно созданием буфера для приема/передачи данных внутри модулей ввода/вывода. Таким образом, фактический ввод и вывод будет осуществляться параллельно и независимо от обработки данных, а обрабатываться будут накопленные в буфере модуля ввода данные. Для данного случая подходит буфер с методом доступаFIFO(firstin,firstout– “первым вошел, первым вышел”): данные добавляются в конец очереди, а извлекаются из начала. Это позволяет предотвратить потерю необходимых нам данных, а также сохранить порядок их получения.
Ошибки могут возникать в любом модуле системы управления, представленном на рисунке 1 .2.
Рисунок 1.2. Модель программного комплекса системы управления
Ошибки в устройствах измерений и исполнительных устройствах являются ошибками аппаратного обеспечения, что выходит за рамки данного исследования. А к ошибкам возникающих в модулях ввод, вывода и обработки данных могут быть применены дополнительные меры для повышения эффективности и отказоустойчивости всей системы управления. Для простоты будем рассматривать только блок обработки данных, формирующий управляющее воздействие. К модулям ввода/вывода все подходы могут быть применены аналогичным образом.