Название: Компьютерная автоматизация производства - учеб. пособие (Конюх, В.Л.)

Жанр: Информатика

Просмотров: 923


1.3. модель управления дискретным объектом

 

С  помощью  зрения,  слуха,  осязания, обоняния и вкуса оператор

ручного управления оценивает состояние объекта и перемещает устройства управления объектом.

 

Рис. 1.7.  Работа устройства управления

 

При автоматическом управлении устройство управления перерабатывает сигналы а1, а2,..., аn от n входных датчиков в команды z1, z2,…, zr управления r исполнительными устройствами (рис. 1.7). Обычно  аi и zj  могут принимать два значения (0 и 1, включить и отключить, да и нет). В этом случае устройство управления называют логическим. Для его синтеза применяют теорию конечных автоматов.

Если выход зависит только от входа, то конечный автомат называют комбинационным. Если выход зависит не только от входа, но и от внутреннего состояния qj устройства перед изменением входа, то автомат называют последовательностным.

Алгоритм работы управляющего логического устройства отображает связь выходов с входами и задается на автоматном языке. Простейшим  автоматным языком являются автоматные таблицы. Для комбинационного автомата в левой части таблицы (табл. 1.1) указывают все комбинации состояний датчиков, а в правой – соответствующие  им команды управления  исполнительными устройствами.

 

Т а б л и ц а  1.1

 

Пример таблицы выходов для комбинационного автомата

 

Входы

Выходы

а1

а2

аn

z1

z2

zr

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

 

1

1

1

0

 

При n двухпозиционных датчиках таблица содержит 2n строк, описывающих все распознаваемые датчиками состояния объекта. Для r исполнительных устройств в правой части будут перечислены 2r комбинаций команд.

При составлении автоматной таблицы необходимо перебрать все, даже неиспользуемые, входы  для того, чтобы правильно задать алгоритм управления. Если выходные сигналы зависят также от предыдущих комбинаций входных сигналов, то необходимо составить две таблицы:  таблицу переходов из одного внутреннего состояния в другое (табл. 1.2) и таблицу выходов (табл. 1.3)

 

Т а б л и ц а  1.2

 

Пример таблицы переходов для последовательностного автомата

 

Состояния

Входы

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

S0

S1

S2

S0

S0

S0

S1

S1

S2

S2

S2

S1

S1

S0

S0

S0

S2

S1

 

В левой части таблицы переходов (см. табл. 1.2) записывают начальные состояния, а в правой – новые состояния, в которые переходит устройство при подаче некоторого входа. В левой части таблицы выходов (см. табл. 1.3) записывают состояния устройства, а в правой – выходы устройства при подаче некоторого входа.

 Т а б л и ц а  1.3

 

Пример таблицы  выходов для  последовательностного автомата

 

Состояния

Входы

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

S0

S1

S2

0 0 0

0 0 0

0 0 1

1 0 0

1 0 0

0 1 0

0 1 0

0 1 0

1 1 1

1 1 0

1 1 0

0 1 0

0 0 1

1 0 1

0 1 1

 

Автоматные таблицы составляет специалист по автоматике в результате диалога с технологом, знающим особенности управления объектом. Затем строки таблиц преобразуют в логические функции, по которым после операций сокращения и минимизации строят устройство логического управления объектом.

Алгоритм работы управляющего логического устройства может быть задан автоматным графом, в котором вершины соответствуют внутренним состояниям, а дуги – входам и выходам (в скобках).

На рис. 1.8 построен автоматный граф, соответствующий таблицам переходов  (см. табл. 1.2)  и выходов  (см. табл. 1.3).  Автоматный граф

 

 

Рис. 1.8. Пример автоматного графа управляющего

логического устройства

 

нагляден и позволяет оценить неполноту или противоречивость в описании управляющего устройства. Неполнота проявляется в том, что для некоторых входов не указаны дуги переходов. Противоречивость обнаруживается по наличию вершин, из которых при одном и том же входе дуги ведут к разным вершинам.

В реальных системах автоматизации число датчиков больше десяти. Следовательно, число входов или строк автоматных таблиц, которые должен проанализировать разработчик, превышает

 

n = 210 = 1024.

 

Ввод каждого дополнительного датчика вдвое увеличивает число строк. Чтобы избавиться от так называемого «проклятия размерности», пытаются объединить некоторые датчики. Многие из входов принципиально невозможны, например одновременное появление сигналов движения вперед и назад. Однако они все равно должны быть введены в таблицу,  чтобы  можно  было использовать теорию полностью определенных конечных автоматов. Недостатком автоматных таблиц и графов является их слабая связь с логикой управления и управляющим устройством. Уже при 5–6 признаках метод автоматных таблиц малоэффективен из-за трудоемкого перебора и анализа всех ситуаций, громоздкости автоматных таблиц, необходимости детального изучения технологического процесса. Известны методы описания процессов логического управления на языках автоматных графов, карт Карно, граф-схем алгоритмов или логических схем алгоритмов. Они наглядны для анализа, но непригодны для синтеза систем управления.

Новым способом задания алгоритмов управления является язык секвенций, формализующий простые условия управления «если a, то b», заданные технологом. Эти условия записывают в виде секвенций:

 

                                               Y           Ψ,

 

где U, Y  – логические функции.

 Если Y = 1, то Y = 1, а если Y = 0, то значение Y не определено. Описание алгоритма управления на языке секвенций позволяет сократить число строк автоматных таблиц до реально возможных по технологическим условиям. Таблица переходов (см. табл. 1.2) может быть описана системой секвенций переходов

 

                                               000 S0 ├  S0

                                               001 S0 ├  S1

                                               010 S0 ├  S2  и т.д.

 

Таблица выходов (см. табл. 1.3) описывается системой секвенций выходов

                                               000 S0  ├  0 0 0

                                               001 S0   ├ 1 0 0

                                               010 S0   ├  0 1 0  и т.д.

 

Сокращение системы секвенций происходит как традиционными методами склеивания и поглощения логических функций, так и специальными методами минимизации секвенциального описания.

 В отличие от традиционных автоматных языков секвенциальное описание процесса управления не требует перечисления всех комбинаций состояний признаков, будучи тесно связанным с технологией процесса и аппаратурной реализацией. Но применение языка секвенций ограничено конечными автоматами с элементами распределенной памяти. К таким элементам относятся исполнительные устройства, которые сохраняют свое положение после отключения команды: пневмопереключатели и пневмогидроцилиндры с двумя состояниями, задвижки.

Конечно, для недоопределенных конечных автоматов,  заданных секвенциями, существует опасность появления непредвиденных ситуаций в условиях эксплуатации.  В этом случае описание дополняют новыми секвенциями  или вводят устройства противоаварийного распознавания ситуаций.