Алгоритмические системы управления

Группа	Учебная литература
Название на русском языке	Алгоритмические системы управления
Авторы на русском языке	Мухопад Ю.Ф., Мухопад А.Ю.
Вид издания на русском языке	учебное пособие
Издательство на русском языке	Иркутск: ИрГУПС, 2018. – 96 с.

Резюме

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

Сложные технические системы (СТС) мехатроники, информационно-управляющие системы автоматизации технологических процессов и производств являются аппаратно или программно управляемыми по заданным алгоритмам. Поэтому такие системы управления являются алгоритмическими (СУА). Независимо от области применения (промышленность, транспорт, медицина и др.) методы анализа и синтеза СУА имеют общую основу системного анализа и моделирования. Моделирование имеет 3 аспекта: аналитический, структурно-функциональный и физический. В пособии рассматриваются в основном вопросы структурно-функционального анализа и синтеза СУА, т.к. математическое и физическое моделирование специфично для каждой отрасли и поставленных целей применения.

СУА реализуются на интегральной микроэлектронной, пневматической и электромеханической элементной базе. Основой анализа и синтеза является структурные модели и алгоритмы управления, представленные в виде граф-схем (ГСА), логических схем (ЛСА) и табличных схем (ТСА).

В первой части пособия рассматривается анализ и синтез СТС на основе двух основных моделей: двухблоковой модели В.М. Глушкова в виде операционного устройства (ОУ) и управляющего автомата (УА) и оригинальной структурной модели Ю.Ф. Мухопада (ФИЛАУ) в виде полного пятивершинного графа. Вершинам графа сопоставлены функциональная (Ф), информационная (И), логическая (Л), адресная (А) и управляющая подсистемы (У). Анализ УА по модели ФИЛАУ позволяет оценить, что в УА Мура (УАМr) нет адресной подсистемы, т.к. все множество логических условий α1 … αq подается на Ф подсистему, реализуемую комбинационной схемой переходов на ПЗУ или ПЛМ. Объем ПЗУ V определяется как V = m2m+q, где m – разрядность кода состояния a(t), q – количество логических условий, mp = 4,8 – реальная разрядность БИС ПЗУ.

Управляющие автоматы разделяются 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.

При анализе и синтезе СТС авторы используют полную структуру УА с адресной подсистемой, позволяющей выделить одно αj ∈ {α} и тем самым снизить объем ПЗУ до W = m2m+1 для любой заданной ГСА. Реализация адресной подсистемы многовариантна, но наиболее эффективна в УА нового типа, названных автоматами Мухопада (НУАМх). В них вводится логический блок из q двухвходовых элементов «И», выходы которых через элемент «ИЛИ» и RS-триггер подаются на вход Ф подсистемы. Адресация логических условий производится подмножеством выходов дешифратора состояний a(t). Выходы дешифратора разделяются на два непересекающихся подмножества: для выбора операторов действия и логических условий, если разметка ГСА производится по входам как операторов действия A1…Ak , так и логических условий. Для автоматов АС и более высокой степени сложности объем комбинационной схемы значителен и именно ее работоспособность определяет надежность не только УА, но и СТС в целом.

Основные главы пособия посвящены вопросам безопасности функционирования УА при работе в реальном масштабе времени. Динамический контроль УА предложено осуществлять двумя способами: через использование специального помехозащищенного кода с фиксированным числом единиц и применением процедуры разделения кода a(t) на две части со специальным дополнением числа старших разрядов так, чтобы первую и вторую части разделенного кода можно было представить кодом Грея. Оба метода оригинальны.

Третьим способом повышения уровня безопасности является оригинальная реализация мажоритарного резервирования комбинационной схемы переходов с использованием разделения каждой из трех схем переходов на приблизительно равные полусхемы. Выбор работоспособной пары полусхем производится по коду состояния a(t) и введенного признака γ с помощью ПЗУ в специально разработанной схеме мажоритарного резервирования НУАМх. Объем ПЗУ незначителен, т.к. адресом его является конкатенация γ и код a(t).

При традиционном способе мажоритарного резервирования исправность работы УА определяется при наличии тождественности результатов одной из трех пар комбинационных схем переходов. В предложенном оригинальном способе за счет специальной комбинации работоспособных пар (номера которых считываются из ПЗУ) можно организовать 9 пар при тех же затратах на три группы комбинационных схем.

Детально анализируются различные (оригинальные) варианты СТС: выделение центра изображения на фотоматрице, аппаратная реализация криптографической защиты информации, сглаживание волн давления в нефтепроводах, управление автомобильно-железнодорожным переездом для предупреждения столкновения, медицинский прибор «Мультимед» и др.

Издание "Алгоритмические системы управления" (Мухопад Ю.Ф., Мухопад А.Ю.) отмечено наградой
МЕДАЛЬ «ЗА ВЕРНОСТЬ ТРАДИЦИЯМ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ» С УДОСТОВЕРЕНИЕМ

Оформление наградных документов и заказ каталога