CBRR1335 (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 прибора.	Обозначение или маркер прибора.	Паспортные данные.	Характеристики.	Дополнительная 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® .

1. Определение шага или интервала дискритизации.

Для обработки выборки N необходимо определить шаг дискретизации:

DT– может быть равномерным и неравномерным.

Существуют разработанные алгоритмы и программы определяющие DT. Программы входят в состав стандартной библиотеки программ.

2. Отбраковка ложных промахов (выбросов).

Если значение Р не попадает в , 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:

Сжатие–выборка:

При НС совокупность значений Р₁—Р_n заменяется на1 значение Р_ср, которое запоминается, а предыдущая совокупность Р₁—Р_n стирается.

КС (ложнообратимое):

При КС назначается значение разброса параметра

Р—DР. Проводится расчет Р_ср и запоминается два значения: Р_ср и DР. Предыдущая совокупность Р₁—Р_n 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 Þ функция .

X Y Неизвестно Х берем – обратная градуеровочная функция.

По этой функции строится градуеровочная таблица:

Y X Хранить эти таблицы на практике неудобно и громоздко Þ вместо таблицы –

. . полиномы n– степени. Эти полиномы реализованы в виде программ и на Паскале их

. . объем достигает 40–60 строк.

. .

5. Интерполяция и экстраполяция.

Интерполяция используется для нахождения промежуточного (прошлого) значения параметра Р.

Различают: прямую, ступенчатую, параболическую, квадратичную интерполяцию.

Экстраполяция используется для нахождения будущих (последующих) значений.

Р_max – 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:

ОУ – аварийное значение.

; i– дискретное время

Проблема: Dх– может быть const или @.

На практике:

а) либо Dх 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.

; ;

Данный способ является более грубым по сравнению с предыдущим.

На практике (когда объект не меняем):

3. Стохостическая аппроксимация.

; ; ;

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:

, (1) уравнение динамики

, (2) уравнение наблюдения (измерения)

i– дискретное время

– это вектор–столбцы параметров процесса объекта системы (Соответственно моменты времени i и i+1 размерностью [1*n]);

A_{i ,i+1} – Известная квадратная матрица перехода процесса объекта системы из состояния в момент времени i в состояние момента времени i+1 размерностью [n*n];

– Векторный столбец возмущающих воздействий (помех) в момент времени i+1, размерностью [1*n];

– Вектор столбец в параметрах наблюдения или измерения в момент времени i+1, размерностью [1*m];

B_i+1 – Известная матрица наблюдения или измерения в момент времени i+1, размерностью [m*n];

– 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 . 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).

, · – коэффициент

В данной системе учитываются только аддитивные ошибки.

Для учета, наряду с учетом аддитивных ошибок и мультипликативных ошибок система принимает вид:

– известная квадратная матрица учета мультипликативных ошибок размерностью [m*n];

– 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.

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.