Системное и программное обеспечение
Системное и программное обеспечение
Введение.
Основные понятия, термины, определения.
Програмирование:
1. В широком смысле слова,– процесс составления плана действий (или
программ).
2. В узком смысле – раздел прикладной математики, изучающий способы и
методы реализации алгоритма решения конкретной задачи, составление
программы, ее отладку и эксплуатацию.
Любая АСУ содержит два основных компонента:
1. Функциональная часть, реализация задачи, стоящей перед системой.
Например управление предприятием: бухучет, кадры, склад и т.д. Это
функциональная часть АСУП предприятия.
2. Виды обеспечения:
а) техническое
б) математическое
в) программное
г) информационное
д) организационно–методическое
е) правовое
ж) метрологическое
Жизненный цикл программного продукта:
1. Бумажное программирование (начинается с изучения предмета реализации,
заканчивается –
алгоритмом).
2. Программная реализация.
3. Эксплуатация программного продукта.
Укрупненная технология разработки программных продуктов.
Этапы и стадии:
1. Первоначальное изучение конкретной предметной области с помощью
научно–техническоц литературы, а также с использованием технической
эксплуатационной и нормативно–технической документации. Включает: ТОСТы,
ОСТы, РТМы, Рмы.
2. Обследование объекта автоматизации (управления). Включает: исследование
объекта автоматизации и анализ полученных данных. Исследование объекта
автоматизации проводится как правило с помощью специально разработанных
методик обследования, которые содержат специально разработанные формы с
последующим их дополнением и рекомендациями по анализу полученных данных.
|Код|Наименование|Обозначение |Паспортные|Характеристи|Дополнительна|
|. | |или маркер | |ки. |я |
| |прибора. |прибора. |данные. | |информация. |
| | | | | | |
Второй этап предполагает сбор данных методом интервью у заказчика. Второй
этап заканчивается подготовкой технического задания (технические условия,
предложения, отчет).
3. Содержательная и формализованная постановка задач.
4. Разработка алгоритма решения задач. Входит: выбор, анализ, обоснование
средств программирования. После выбора средств программирования
составляется блок–схема алгоритма решения задач и дается соответствующее ее
описание.
5. Собственное программирование.
6. Отладка тестирования и корректировка программного продукта.
7. По результатам опытной эксплуатации осуществляется корректировка
программного продукта.
8. Сдача программного продукта в опытную эксплуатацию.
9. Программная эксплуатация разработанного программного обеспечения.
10. Создается новая версия или модернизация программного продукта.
Способы преобразования информации при работе ЭВМ с внешними устройствами.
Исходными данными в ниже рассматриваемых способах преобразования является
точностные характеристики используемых параметров.
Если Р произвольный параметр процесса, объекта, системы и т.д., то его
основной точностной характеристикой является дисперсия погрешностей:
Р([pic].
1. Определение шага или интервала дискритизации.
[pic]
Для обработки выборки N необходимо определить шаг дискретизации:
[pic]
(T– может быть равномерным и неравномерным.
Существуют разработанные алгоритмы и программы определяющие (T. Программы
входят в состав стандартной библиотеки программ.
2. Отбраковка ложных промахов (выбросов).
[pic]
Если значение Р не попадает в [pic] , то оно отбраковывается и точность
получается выше.
3. Сжатие информации.
Два случая когда нужно сжать информацию:
а) недостаточный объем памяти;
б) не требуется высокая точность.
Различают необратимое сжатие (НС) и квазиобратимое сжатие (КС)
НС:
[pic]
Сжатие–выборка:
[pic]
При НС совокупность значений Р1—Рn заменяется на1 значение Рср, которое
запоминается, а предыдущая совокупность Р1—Рn стирается.
КС (ложнообратимое):
[pic]
При КС назначается значение разброса параметра
Р—(Р. Проводится расчет Рср и запоминается два значения: Рср и (Р.
Предыдущая совокупность Р1—Рn стирается. Для получения выборки значения Р
от 1 до N используются стандартные программы RND по тому или иному закону.
4. Аналитическая градуеровка устройства.
X– измеренное значение параметра
устройства.
Y ( ЭВМ Y– записанное значение в память ЭВМ.
Известно устройство и принцип действия
( функция [pic].
X Y Неизвестно Х берем [pic]– обратная
градуеровочная функция.
По этой функции строится градуеровочная таблица:
Y X Хранить эти таблицы на практике неудобно и
громоздко ( вместо таблицы –
. . полиномы n– степени. Эти полиномы реализованы
в виде программ и на Паскале их
. . объем достигает 40–60 строк.
. .
5. Интерполяция и экстраполяция.
[pic]
Интерполяция используется для нахождения промежуточного (прошлого) значения
параметра Р.
Различают: прямую, ступенчатую, параболическую, квадратичную интерполяцию.
[pic]
Экстраполяция используется для нахождения будущих (последующих) значений.
Рmax – аварийное значение.
Способы итерполяции и экстраполяции оформлены в виде программы, которая
хранится в стандартной библиотеке.
6. Цифровая фильтрация.
Существуют программы, реализующие цифровые фильтры 0,1,2–го порядка, а
также цифровые фильтры Калмана и Калмана–Бьюри.
Способы управления ЭВМ при работе с внешними устройствами.
1. Управление по отклонениям.
ЭВМ Задача состоит в поддержании на ОУ
некоторого параметра у заданного:
[pic]
ОУ [pic]– аварийное значение.
[pic]; i– дискретное время
Проблема: (х– может быть const или (.
На практике:
а) либо (х определяется или рассчитывается исходя из описания объекта
управления устройств связи с ОУ и условий его работы;
б) либо проводится предварительное моделирование работы объекта и по
результатам этого моделирования определяется работа х.
2. Пропорциональное управление.
[pic] ; [pic] ; [pic]
Данный способ является более грубым по сравнению с предыдущим.
На практике (когда объект не меняем):
[pic]
3. Стохостическая аппроксимация.
[pic] ; [pic] ; [pic] ;
Данный способ является более тонким по сравнению со вторым способом. Эти
способы позволяют организовать сам процесс управления.
Элементы математического моделирования.
Различают следующие классы моделей:
1. Линейный и нелинейный.
2. Статический и динамический.
3. Непрерывный и дискретный.
4. Детерминированный (заранее определенный) и стохастический.
Различные способы модели.
Для автоматизации технических процессов функционирования объектов
моделирования работы вычислительных систем как правило используется
линейная стохостическая модель которая описывается системой 2-х векторных
конечноразностных уравнений следующего вида:
[pic]
, (1) уравнение динамики
, (2) уравнение наблюдения (измерения)
i– дискретное время
[pic]
[pic] – это вектор–столбцы параметров процесса объекта системы
(Соответственно моменты времени i и i+1 размерностью [1*n]);
Ai ,i+1 – Известная квадратная матрица перехода процесса объекта системы
из состояния в момент времени i в состояние момента времени i+1
размерностью [n*n];
[pic]– Векторный столбец возмущающих воздействий (помех) в момент времени
i+1, размерностью [1*n];
[pic]– Вектор столбец в параметрах наблюдения или измерения в момент
времени i+1, размерностью [1*m];
Bi+1 – Известная матрица наблюдения или измерения в момент времени i+1,
размерностью [m*n];
[pic]– Вектор столбец возмущающих воздействий наблюдения измерения в момент
времени i+1, размерностью [1*m];
m(n;
В этой системе уравнений неизвестной являются его компоненты вектора
столбца [pic]. Остальные предполагаются либо известными, либо определяются
каким-то образом. На практике n(10 в противном случае вычисления громоздки.
Пример: Измеряется плавно меняющийся параметр, которым нужно управлять (с
заданной погрешностью).
[pic], ( – коэффициент
В данной системе учитываются только аддитивные ошибки.
Для учета, наряду с учетом аддитивных ошибок и мультипликативных ошибок
система принимает вид:
[pic]
[pic]– известная квадратная матрица учета мультипликативных ошибок
размерностью [m*n];
[pic]– известная матрица учета мультипликативных ошибок при наблюдении или
измерении размерностью [m*n].
Рассмотрена система уравнений представленных цифровым фильтром Калмана с
помощью которого могут быть определены текущие параметры, а также
предшествующие и последующие.
Пример: Фрагмент программного обеспечения в сложной АСУ:
АСУ=ОУ+ЦСУ
а) Объект управления включает в себя: колесные средства передвижения и
испытательный стенд для имитации натурных экспериментов.
б) Комплекс технических средств: сложное АСУ имеющий иерархию.
[pic]
М–мышь;
Вт–видетерминал;
СК–сканер;
Кл–клавиатура;
ГП–графопостроитель;
П–принтер;
ПС–подсистемный сбор;
ПУ–пультовое управление оператора.
На 1-м уровне производится сбор, регистрация, преобразование информации,
реализация управляющих воздействий.
На 2-м уровне производится оперативная обработка информации с 1-го уровня.
На 3-м уровне производится планирование экспериментов, обработка статистики
за длительный период и ее анализ, расчет обработанных характеристик.
3. Взаимосвязь основных прикладных программ (программных модулей) под
системой управления АСУ:
[pic]
Модули:
1. Управляющая программа (программа–монитор).
2. Программа управления параметрами процесса.
3. Программа межмашинной связи (286 на 1-м уровне, 386 на 2-м уровне) и
подсистема управления.
4. Модули межмашинной связи (286 процессора подсистема управления и 286
процессора подсистема сбора информации).
5. Программа сбора и регистрации измерительной информации в подсистеме
управления (286 процессор подсистема управления)
6. Программа обработки измерительной информации в подсистеме управления
(286 процессор подсистемы управления).
7. Программа начального диалога (программа, предназначена для ведения
начального диалога пользователем с ПЭВМ 2-го уровня 386).
8. Программа визуализации процесса (ПЭВМ 2-го уровня 386).
9. Программа протоколирования результатов эксперимента (ПЭВМ 2-го уровня
386).
10. Программа сбора и регистрации измерительной информации в подсистеме
сбора информации (286 процессор подсистемы сбора информации).
11. Программа аварийного останова (286 процессор подсистемы управления).
12. Программа перевода системы в режим ожидания (286 процессор системы
управления).
13. Программы выхода из режима ожидания (286 процессор подсистемы
управления).
Эти программы предназначены для ввода, хранения и выдачи необходимой
информации оператору с использованием базы данных. Содержит 2 вида исходных
данных:
а) постоянно меняющиеся данные (от сеанса к сеансу). К ним относятся дата и
время проведения эксперимента; фамилия, имя, отчество оператора; его
должность; техническое задание на эксперимент; технические условия;
дополнительные условия.
б) постоянные (редко меняющиеся) данные: справочная информация (ГОСТы,
ОСТы, нормативы); справочные таблицы; различные расчеты (формулы). Этой
справочной информации соответствует справочный раздел базы данных (справка
или help–помощь).
Рекомендуемые данные: метрологические характеристики приборов и устройств;
постоянные сведения на эти приборы.
Потом запускаем систему (
8. Программа визуализации процесса.
Эти программы необходимы для вывода на экран важнейших параметров
экспериментального процесса с возможностью просмотра других групп
параметров.
9. Программа протоколирования результатов для выдачи на принтер результатов
эксперимента.
Два варианта протоколирования:
а) прямой вывод информации (всех результатов) при отказе или аварии;
б) оговоренный заранее заказчиком, вывод определенного блока результата
эксперимента.
5,10. Программа сбора и регистрации измерительной информации.
Предназначена для сбора информации с объекта управления и проверки
параметров процесса на предупредительный и аварийный уровень. В данном
примере информация регистрировалась в 2-х буферах, работающих поочередно.
После наполнения 1-го буфера, информация переходит во 2-й буфер.
6. Программа обработки измерительной информации в подсистеме управления.
Были реализованы на основе основных способах преобразования информации при
работе ЭВМ с внешними устройствами.
11. Программа аварийного останова.
Назначение: в случае превышения аварийного уровня параметров выдать команду
на клапан, прерывающий подачу топлива. Она реализована на 2-х языках
внешний блок– Турбо-Паскаль, внутренний блок – на Ассемблере (для
быстроты).
12. Программа перевода системы в режим ожидания.
Необходима в случае превышения предупредительного уровня параметров. На
экран оператору выдается соответствующее сообщение. Испытывают 13 модуль и
система снова начинает работать. 3,4. Программа межмашинных связей .
Написана только на Ассемблере.
2. Программа управления параметрами процесса.
Представляет собой внешнюю оболочку всех остальных программ.
Пример способов преобразовании информации и управления при работе с
внешними устройствами.
В качестве АСУ рассмотрим АСУ ТП цеха термообработки деталей.
1. Объект управления (ОУ)– термическая печь закалки деталей:
[pic]
Внутри печи надо создать температурное поле, которое обеспечило бы закалку
деталей. Контроль за полем осуществляется в 100 точках с помощью датчиков
одного класса и типа:
[pic]
2. Комплекс технических средств (КТС).
К нему относятся:
а) датчики (Д)(ПП– первичный преобразователь).
б) устройство связи с объектом – система интерфейса (УСО–Ш)
в) вычислительная машина (комплекс ВК),(ППЭВМ типа IBM PC)
г) кабели (КС)
д) исполнительные механизмы (ИМ), нагревательные элементы (НЭ)
е) пульт управления (ПУ)
Типовой состав пульта управления: рабочее место оператора, приборы
(измерительные), мнемосхема – отражения процесса (например лампочки),
органы управления (тумблера, рычаги), средства связи.
Структурная схема КТС:
[pic]
Отражает одноуровневою структуру АСУ.
Стандартный набор УСО:
а) устройство преобразования информации – усилители, нормализаторы;
б) устройство выдачи информации;
в) устройство управления – контроллер;
г) интерфейс;
д) блок питания.
Рассмотрим один из измерительных каналов АСУ ТП:
[pic]
Д– первичный преобразователь.
У– усилитель.
Н– нормализатор.
Способы управления:
а) определение шага дискретизации;
б) отбраковка ложных промахов;
в) цифровая фильтрация;
г) интер–экстрополяция.
3. Математическая постановка задачи.
[pic]
Способ управления– стохостической аппроксимации.
[pic]
Вместо yi используют y из RND с учетом распределения Гаусса.
yсл [pic]; (> – больше
аварийного.
Пример: Построение математической модели стохастического типа.
В процессе функционирования АСУ получены 100 замеров плавноменяющегося
параметра Р. Замеры проводились в течении 10 секунд равномерно (т.е. каждую
секунду). Наибольшее отклонение параметра Р от его некоторого среднего
значения Рср , не превышают 10% т.е. задана погрешность. Погрешность
измерения параметра – 5%. Какой вид будет иметь стохастическая модель в
виде системы двух конечноразностных уравнений (динамики и измерения).
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]; [pic]– дискретизация.
(Р– берем либо из условия задач или через большее значение.
Построение баз данных.
База данных (БД)– совокупность взаимосвязанных данных хранящихся в памяти
ЭВМ, вводятся, хранятся, просматриваются, обрабатываются, а также выводятся
на экран.
Существует два способа создания базы данных:
а) Позадачный– каждая задача работает со своей совокупностью данных;
б) с использованием систем управления БД (СУБД).
[pic]
Имеем БД, СУБД, задачи (прикладная программа 1,2, ... , n) работает сразу
со всеми задачами.
СУБД выполняет двоякую функцию:
а) является инструментальным средством (средой), создания, разработки,
программирование БД;
б) обеспечивает эксплуатацию БД.
Современные СУБД можно классифицировать на следующие классы:
а) электронные таблицы (Super Calc /MSDOS/, Excel /Windows/)
Первый класс СУБД используется для решения небольших по объему (V) и
несложных по выполнению задач.
Функциональные возможности электронных таблиц:
— написание, корректировка и другая работа с текстом (т.е. имеют свой
встроенный редактор);
— проведение расчетов и вычислений с помощью общепринятых арифметических,
логических операций и встроенных функций (sin, cos, tg, ctg).
— работа в режиме псевдографики, т.е. создание столбцовых, прямоугольных,
круговых, линейчатых, зонных и других диаграмм.
— работа со встроенной БД реалиционного типа.
Страницы: 1, 2
|