Лекция: Операторы входов и выходов.

При исследовании связей объекта и управляющих систем возникает трудности, если объем информационных массивов очень велик. В таких случаях целесообразно использовать математические методы и вычислительную технику.

Результаты моделирования помогают раскрыть закономерности управляющих информационных потоков и дают возможность определить алгоритм управления. Понятие агрегат, агрегатная схема используется для описания сложных систем.

Любой элемент системы, также всякая группа ее элементов имеет вход, т.е. место получения сигнала, посылаемого дальше. Обратная связь, охватывающая элемент, группу элементов или всю автоматическую систему в целом, означает, что выходной сигнал Х2 подается на вход, где складывается с выходным сигналом Х1 или вычитается из него, что обозначается на схеме знаком (Рис. 5.1.).

Х1 Х1 +- Х2 Х2

Рис. 5. 1. Обратная связь

 

При сложении этих сигналов обратная связь называется положительной, а при вычетании – отрицательной. Система, имеющая контур обратной связи, называется замкнутой. Функции обратной связи в первые установил Максвелл, рассматривая в 1968г. Машину для управления кораблем. Понятие об обратной связи является одним из основных в кибернетике и обозначает управления на основе действительного, а не ожидаемого выполнения приказов. Неисправность канала обратной связи приводит к тому, что автоматическая система оказывается дезорганизованной. Обратная связь противодействует тенденции к дезорганизации в работе автоматической системы, т.е. как заметил Винер, приводит к временной и местной перемене обычного направления изменения энтропии.

Пользуясь обратной связью, можно выяснить свойства и состояния объекта, оказывая на него пробные воздействия. Управляющие воздействия, служащие для этого, называют изучающими, в отличие от направляющих, предназначаемых для управления объектом.

При наличии тех или других управляющих воздействий имеет место дуальное управление.

О
АУС

2 3

1

4

Рис. 5. 2. Схема автоматической системы.

По каналу 1 идет информация от АУС, воздействующая на объект, по каналу 2 поступает информация о состоянии объекта, с учетом которого вырабатываются управляющие сигналы, несущие информацию по каналу 1. АУС еще может получать информацию извне: по каналу 3 – задания, которые она должна наполнять, управляя объектом; по каналу 4 – сведения о внешних условиях, в которых находится объект, получающий воздействия этих условий по каналу 5.

Математическое описание сигналов.

Рассмотрим элемент системы, получающий информацию по каналу 1 и выдающий ее по каналу 2. 1 2

       
   

Воздействующий на этот элемент сигнал поступает на его вход в некоторый момент времени, за которого на входе сигнала не было. Примем за начало отсчета времени момент появления входного сигнала, т.е. предположим, что сигнал появляется на входе, когда время t=0. Предположим также, что физическая величина, характеризующая входной сигнал, является непрерывной функцией времени f1(t), называемой описывающей функцию f1(t) подчиним лишь тому условию, что при t=0 непрерывны и все ее производные, которые могут быть нужны для нахождения сигнала на выходе. Тогда сигнал Х1 появляющийся на входе при t=0, можно представить следующим выражением: Х1(t)=f1(t)1(f) (5.1), где 1(t) – единичная функция, определяемая как 1(t){0, t<0 / 1, t>0 (5.2)

1(t)

 

 

 

 

Рис. 5.2 Единичная функция безразмерна.

Из выражения (5.1) следует, что функция Х1(t) непрерывна при t=0 лишь в том случае, когда f1(0)=0. Если же f1(0)=f10 = 0, то функция Х1(t) при t=0 имеет скачок, равный f10, Рис. (5.4) так как согласно определению (5.2) Х1(t)=0, при t<0 (5.3) независимо от вида описывающей функции.

f1(t)

f1

 

.

f10

0 t

Рис.5.3. Скачок при включении

входного сигнала

Передача сигнала от входа до выхода рассматриваемого элемента должна занимать некоторое время, обусловленное скоростью распространения сигнала внутри этого элемента. Поэтому выходной сигнал, вызываемый сигналом Х1(t), появится при t=I, аналогично (5.1) должен иметь выражение: Х2(t – I) = f2(t) (t – I) (5.3).

Здесь f2(t) – описывающая функция, представляющая собой зависимость физической величины, характеризующей выходной сигнал, от времени. Запаздывающая единичная функция f(t – I) имеет вид, показанный на Рис. (5.4).

 

f(t – I) Рис. (5.4) Запаздывающая единичная

функция.

 
 

 


0 I t

 

функция Х2(t) имеет скачок f2I при t=I, если f2(I)=f2I = 0 Рис. (5.5). Величину I называют временем чистого или транспортного запаздывания.

 
 

f2 X2 Рис. (5.5) Скачок

Х2

выходного сигнала.

 

 

f2 0 I t

 

Выражения сигнала через описывающую и единичную функцию позволяет, связать сигнал с действием того элемента автоматической системы, который его принимает или выдает.

Описание элементарного процесса.

Процесс представляет собой некоторую последовательность действий, образующих задачу. Процесс характеризуется входом, т.е. наборами данных, которые являются исходными для процесса, и выходом наборами данных, образующимися в результате завершения процесса.

Действие: < название действии >

Вход: < список элементов входа >

Выход: < список элементов выхода >

Механизм: < используемые информационные и вычислительные ресурсы >

Например.

Действие: поиск следующей записи.

Вход: предыдущая запись, условие поиска.

Выход: найденная запись.

Механизм: файл.

Принципиальным является вопрос о взаимосвязи процессов теоретической основой для решения этого вопроса является теория конечных систем, а точнее, теория машин со входом.

Математическое описание системы П с конечным числом состояний включает:

  • множество допустимых входов U,
  • множество допустимых выходов У,
  • множеств состояний Q,
  • функцию перехода L:Q x U → Q,
  • функцию выхода V:Q x U → У,

На практике входы и состояния процесса соответствуют логическим величинам ( файл данных создан / не создан, ресурс для выполнения процесса свободен / занят, процесс готов / не готов к выполнению).

Поэтому широкое распространение получили графические модели, элементами которых является обозначения процессов и данных, а взаимосвязи между ними характеризуют причинно-следственные отношения. Достаточно широкое распространение получили системы автоматизации проектирования и сопровождения ИС, основанные на двух теоретика — грифовых моделях:

· SADT (Structured Analysis and Design Technique) – структурный системный анализ и технология разработки системы;

· IDEF (Integrated Definition) – интегрированное определение системы;

Применительно к процессам, реализуемым ИС, модель должна иметь:

ü Описание последовательности процессов;

ü Указание входных и выходных данных относительно каждого процесса;

ü Фиксацию условий, при которых выполняется процесс;

ü Разделение процесса на составляющие его части.

Основным элементом моделирования процесса является диаграмма. Диаграммы объединяются в иерархические структуры, причем чем выше уровень диаграммы, тем менее она детализирована. В состав диаграммы входят блоки, изображающие допустимые действия в системе, и душ, изображающие взаимосвязь действий.

Таким образом, мы приходим к следующими множеству понятий, необходимых для определения процессов:

§ Процесс;

§ Данные;

§ Использует;

§ Формирует;

§ Содержит;

§ Управляет;

§ Получены;

§ Предназначены для.

Пример.

Применим этот аппарат описание процессов и данных к следующему примеру. Он представляет собой фрагмент последовательности процессов в ЭИС и представлен на рисунке 5.6. Х1

Х

Х1
Х2

 

У4

У2 У5

 

а – процесс

Х2
  Х12
Х11
  У11

У1 У4

 

У5

У12

 

У2

б-процесс

 

Рис. (5.6) Графическая иллюстрация процесса х:

а – процесс; б – детализация процесса х.

 

Описание процесса х выглядит следующим образом:

Процесс Х: Процесс Х2

Использует У1, У2; Использует У2, У12;

Формирует У3, У4, У5; Управляется У4;

Содержит Х1, Х2; Формируется У5;

 

Процесс Х1: Процесс Х11:

Использует У1; Использует У1;

Формирует У3, У4, У12; Формирует У2, У4, У11;

Содержит Х11, Х12.

Процесс Х12:

Использует У11;

Формирует У12.

Аналогичные описания могут быть получены для связей данных относительно процессов с использованием термина получены для процесса, который сформирован эти данные, и термина предназначены для того, чтобы назвать процесс, который будет использовать эти данные.

 

еще рефераты
Еще работы по информатике