Лекция 3.

1.2. Структурная схема информационно-измерительной и управляющей системы

На основании вышеизложенного и основываясь на иерархическом подходе можно представить обобщенную структуру ИУС, как техническая система как систему, в виде множеств двух видов - М_i – множество субъектов системы; S_ij – множество связей между субъектами системы, характеризующие отношение между ними и прохождение информации (описание типа и протокола передачи информации). Подобный подход справедлив для любой технической системы, к которым относится и ИУС, и возможен для других систем. На рис.1.2.1 представлена структура ТС как система множеств, где приняты следующие обозначения: М₁- множество исследуемых объектов;

М₂ - множество субъектов воздействия на М₁ М₃, и М₄; М₃

– множество преобразователей, обрабатывающих входную информацию; М₄ – множество результатов преобразований информации (математический вид, электрический сигнал, оптический сигнал, видеоизображение, фото, и т.д. и т.п.); М₅ - множество получателей информации из ТС и принятия решения (визуальное восприятие человеком, электрический датчик, какая-либо оптическая система управления, архив данных, и т.д. и т.п.); S₁₂ - определяет характер взаимодействия между М₁ и М₂; S₂₃ - определяет характер взаимодействия между М₁М₂ и М₃М₄, т.е. описывает передачу информации от объектов исследования на вход системы; S₃₄ - описывает характер передачи данных с выхода М₃ на вход М₄; S₄₅ – предполагает протокол обмена информации - интерфейс. Двусторонняя стрелка S₁₂ и S₂₃ справедлива для активных ТС (например, система активной локации объектов). Понятно, что ТС можно рассматривать как совокупность всех множеств и связей, представленных на рис.1.2.1, но не умаляя общности рассуждений и выводов в дальнейшем мы ограничимся определением ТС как совокупность множеств М₃, и М₄ со связями S₂₃, S₃₄ и S₄₅, и по мере необходимости будем расширять.

В силу того, что элементы множеств М_i описывают непосредственно характеристики этих сред, то будем называть их абсолютными характеристиками, а элементы вида S_ij, описывающие характер отношений между вышеозначенными множествами, определим как относительные характеристики. В силу выбранного временного графика прохождения сигнала по элементам технической системы (последовательное, параллельное, параллельно-последовательное) общая погрешность преобразования является аддитивной величиной для одних параметров ( ), мультипликативной для других ( ) и их сочетанием для третьих ( ), что и отражено соотношениями 1.2.1.

(1.2.1)

В структуре ТС можно выделить 3 вертикальных уровня рассмотрения, к каждому из которых могут, применимы соответствующие ему операции.

Уровень 1. Высший уровень описания ТС представлен множеством предметных сред М_i, описываемых абсолютными параметрами и совокупностью связей S_ij между множествами, характеризуемыми относительными параметрами.

Уровень 2. Средний, описательный, предметно-указательный, с определением конкретных составных частей множеств М_i .

Уровень 3. Низший, конкретно-технический - указываются реальные физико-технические параметры всех составных частей ТС.

В результате системного анализа ТС должны будут определены следующие её характеристики:

1. Целостность системы - это когда свойства ТС не могут быть приняты без учета, хотя бы некоторых свойств подсистем и наоборот. Представление о целостности ТС проявляются как через внутренние, так и внешние связи.

2. Структура ТС как совокупность внутренних и внешних связей системы.

3. Иерархичность ТС как соподчиненность функциональных свойств.

4. Границы ТС.

Структура ТС, представ-ленная на рис.1.2.1, может быть положена в основу представления информационно-измери-тельных и управляющих систем как систему, в виде множеств 2-го уровня описания, что и представлено на рис.1.2.2 для ИУС, у которой входная информация в виде оптического излучения (подобные системы в дальнейшем будем обозначать - ИУС_О). Подобные технические системы, как правило, могут быть отнесены к сложным системам с подсистемами разной физической природы [58,59,69]. На рис.1.2.3 представлены возможные по реализации структурные схемы ИУС, где приняты следующие обозначения: НО – наблюдаемый (исследуемый) объект; ПС – приёмная система: УПИ – устройство преобразования и представления информации; УУ – управляющее устройство; ВВ – внешние возмущения (пассивные или активируемые УУ). При этом: на рис. 1.2.3а представлена ИУС_О с учетом внешних возмущений; на рис. 1.2.3б представлена ИУС_О с учетом реакции объекта на внешние возмущения; на рис.1.2.3в представлена ИУС_О без учёта внешних возмущений.

В общем случае схема функциони-рования и взаимодействия ИУС_О с внешней средой может быть представлена как замкнутая динамическая система, к особенностям функционирования которой следует отнести:

• нестационарность внешних возмущений и, как следствие этого, нестационарность процессов измерения и управления;

• наличие в системе разнородных по физической природе связей;

• необходимость работы в реальном масштабе времени с необходимым быстродействием.

Все информационно-измерительные и управляющие системы:

1) по принципам формирования информационного сигнала и по результатам измерения ИУС разделяют: позиционные и программные.

2) по принципам управления объектом ИУС_О разделяют: по положению, скорости и ускорению, и комбинированные.

Для ИУС_О характерно выполнение следующих задач [2,3,5,63,70]:

1. Поиск и обнаружение информационного сигнала на фоне помех в заданной информационной области поиска.

2. Сбор и анализ информации.

3. Преобразование (адаптация) информации к виду для последующих действий.

4. Принятие решения об управлении.

5. Выработка управляющего сигнала.

6. Контроль и коррекция качества функционирования системы.

Обобщённая структурная схема ИУС_О представлена на рис. 1.2.4, где приняты следующие обозначения: НО – наблюдаемый подвижный объект; Иизл – искусственный или естественный источник облучения НО; П_ОС – приемная оптическая система; ПУ - пульт управления; Экст – экстраполятор; КСУ - контур стабилизированного управления; ОУ – объект управления; СОС – система обратной связи с ПС; ЦВМ – цифровая вычислительная машина (выполняет целевую функцию); _Т - вектор текущего положения объекта наблюдения; - оценка вектора текущего положения НО.

«Оператор» в данной системе выполняет функцию решающего правила и преобра-зующего звена, т.е. звена, которое прини-мает решение о последующем управлении на основании принятой информации и выпол-няет соответствующее преобразование.