XLIX международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий

Теория управляющих автоматов


ГруппаУчебная литература
Область науки
Технические науки
Название на русском языкеТеория управляющих автоматов
Авторы на русском языкеМухопад А.Ю.
Вид издания на русском языкеучебное пособие
Издательство на русском языкеИркутск: ИрГУПС, 2018. – 72 с.

Резюме

Учебное пособие ориентировано на подготовку инженеров, бакалавров, магистров и аспирантов в области технической кибернетики.

В сложных технических системах (СТС) реального времени управляющие автоматы (УА) могут составлять более 50% оборудования. Наиболее распространены УА Мура (УАМr) и УА Мили (УАМL), основой структурной организации которых является комбинационная схема переходов F1 и память состояний на двух парафазно связанных регистрах. УА реализуются на микроэлектронных БИС, пневматических и электромеханических элементах. При реализации F1 на ПЗУ его объем равен V = m2m+q, где m – разрядность кода состояний, q – количество логических условий, mp – реальная разрядность промышленных БИС ПЗУ.

Автором предложено управляющие автоматы разделять на 7 типов по значению величин m и q (табл.), где обозначено: сверхпростые (СП), простые (ПА), средней сложности (СА), сложные (АС), высокой сложности (ВС), особо сложные (ОС) и ультрасложные (УС) автоматы.

Тип

СП

ПА

СА

АС

ВС

ОС

УС

m

3

4

5

6

7

8

9

q

3

6

9

12

15

18

21

mp

4

4

8

8

8

8

12

m+q

6

10

14

18

22

26

30

Для УА типа АС объем ПЗУ равен 2Мб, а для УА ОС – 0,5Гб, поэтому разрабатываются методики для снижения объема ПЗУ и обеспечения правильности формирования команд управления для обеспечения безопасности функционирования СТС.

Методы синтеза основаны на сокращении числа состояний, минимизации булевых функций и декомпозиции граф - схем алгоритмов (ГСА) или графов переходов высокосложных УА.

В работах предложен принципиально новый подход для снижения объема комбинационной схемы, основанный на увеличении числа состояний УА за счет ввода в ГСА пустых операторов в следующих случаях:

- если между любыми последовательно связанными логическими операторами нет оператора действия;

- если к одному логическому оператору передается управление от нескольких других операторов;

- если после проверки логического условия осуществляется переход к тому же предыдущему оператору (петля).

После такой модификации ГСА реализация УА предложена двумя вариантами:

1. В УАМr между регистром состояний a(t) и схемой F1 ставится дополнительный дешифратор, который преобразует двоичный код a(t) в унитарный код;

2. В УАМr вводится мультиплексор для выбора одного логического условия из всего множества по коду состояния a(t).

В первом варианте схема F1 реализуется как двухъярусная специальная ПЛМ из 2q двухвходовых элементов «И», выходы которых через элементы «ИЛИ» формируют код a(t+1). Во втором варианте на вход F1 через мультиплексор подается одно логическое условие, поэтому объем ПЗУ снижается в (2q-1) раз. Первый вариант применим только для УА типа СП, ПА и СА из-за ограничений на число входов F1 при унитарном кодировании.

Оригинальность и высокая эффективность УА второго варианта позволила присвоить такому УА логотип УА Мухопада (УАМх) по аналогии с УА Мура, Мили, Майхилла, Маркова, Уилкса, Рабина-Скотта и др.

Для УАМr и УАМх при переходе к графу номера состояний a(t) присваиваются операторам действия. В работе предложен новый способ определения состояний УА через разметку начала (вход) как операторов действия, так и логических операторов. В этом случае выходы дешифратора состояний a(t+1) разделяются на два непересекающихся подмножества:

- для выбора операторов действия A1…Ak;

- для выбора логических операторов.

При таком способе определения состояний предложен новый УАМх с оригинальной структурной организацией в которой введен логический блок из q двухвходовых элементов «И», выходы которых через элемент «ИЛИ» подаются на вход схемы F1, а адресация элементов «И» осуществляется вторым подмножеством выхода дешифратора состояний. Новый тип автомата (НУАМх) является самой эффективной реализацией УА с длительностью команд равной длительности импульсов синхронизации τ как в УАМL, но с одной комбинационной схемой, зависящей от a(t) и αj . При наличии таймера в блоке синхронизации НУАМх может работать в режиме УАМr с длительностью команд равной периоду Т>>τ. Сложность комбинационной схемы снижается также в 2q-1 раз, при этом нет необходимости в мультиплексоре, в схеме адресации и в регистре адреса.

Кроме базовых моделей рассмотрены автоматы со счетчиком в качестве регистра памяти, декомпозиция из логического и линейного автоматов, системы взаимодействующих автоматов и другие варианты эффективной аппаратной и программной реализации управляющей подсистемы СТС.

Программные версии ГСА для микроконтроллеров (МК) создаются непосредственной интерпретацией операторов действия с проверкой логических условий командами МК. Для сложных и высокосложных УА требуется значительное число команд МК.

Автором предложен структурно автоматный подход, основанный на переходе от ГСА к графу УА и определению содержимого ОЗУ эквивалентого ПЗУ в схеме переходов F1, тогда для программной версии ГСА требуется всего 16 команд МК. Функционирование программной версии основано на считывании из зон ОЗУ кодов состояний для ГСА любой сложности.

Комментарии

Издание "Теория управляющих автоматов" (Мухопад А.Ю.) отмечено наградой
МЕДАЛЬ «ЗА ВЕРНОСТЬ ТРАДИЦИЯМ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ» С УДОСТОВЕРЕНИЕМ