Article03 (Рабочие материалы к курсам лекций)
Описание файла
Файл "Article03" внутри архива находится в следующих папках: STEFANOVICH_MGUPI, STEFANOVICH_MGUPI_DAY_C12_ARTICLE. Документ из архива "Рабочие материалы к курсам лекций", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "программирование и алгоритмизация" из 5 семестр, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "программирование и алгоритмизация" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Article03"
Текст из документа "Article03"
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУВПО
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И АВТОМАТИКИ
А.Е. Стефанович
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСАМИ МЕХАТРОННЫХ ОБЪЕКТОВ.
Учебно-методическое пособие
по дисциплине
"Программирование и основы алгоритмизации".
(3401)
Москва 2006
АННОТАЦИЯ.
В работе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой программного обеспечения на основе программы Syscont [1]. Программа Syscont, написанная на языке программирования Си, представляет собой программный конструктор, на основе которого можно создавать системное программное обеспечение, предназначенное для систем автоматического управления (САУ) комплексами мехатронных объектов (КМО).
ВВЕДЕНИЕ.
В работе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой программного обеспечения на основе программы Syscont [1]. Программа Syscont, написанная на языке программирования Си, представляет собой программный конструктор, на основе которого можно создавать системное программное обеспечение, предназначенное для систем автоматического управления (САУ) комплексами мехатронных объектов (КМО).
Мехатронным объектом (МО) называется устройство (прибор, агрегат), в котором органически сочетаются исполнительный механизм, микропроцессорная система управления, алгоритм управления, привод, информационно-измерительная система, программное обеспечение управления.
Исходный текст (образец) программы Syscont.с обеспечивает наиболее часто встречающиеся режимы работы:
-
REGIME 0. Exit.
Выход из программы. -
REGIME 1. Hand Command – Hand Delay.
Адрес, команда и интервал времени задержки выполнения команды набирается на клавиатуре. -
REGIME 2. Hand Time - Hand Command.
Адрес, команда и время выполнения команды набирается на клавиатуре. -
REGIME 3. Commands file - Hand Interval constant.
Адреса и команды записаны в файл, постоянный интервал времени между командами набирается на клавиатуре. -
REGIME 4. Commands file with Intervals variable.
Адреса, команды и переменные интервалы времени между командами записаны в файл. -
REGIME 5. Commands file with Times.
Адреса, команды и время выполнения команд записаны в файл. -
REGIME: 6. Step by step.
Пошаговое выполнение команд, записанных в файл.
Так как исходный текст составлен по модульному принципу, то любой режим работы может быть исключен из программы, а любой другой режим вставлен в программу. При этом может быть обеспечена любая логика работы, в том числе имитация обработки сигналов МО (сигналов рассогласования, запросов на обслуживание и т.д.). Количество режимов не ограничено.
Программа Syscont обеспечивает возможность отображения схемы работающего МО в динамике с указанием двоичных значений в заданных точках; допускает возможность использования анимационной графики для наглядного представления процессов, происходящих в комплексах МО; обеспечивает в реальном времени отображение параметров процесса управления. Количество и размеры информационных окон, типы и размеры шрифтов, применяемые цвета легко перенастраиваются по желанию пользователя. Все результаты работы САУ записываются по принципу "черного ящика" в автоматически открывающийся выходной файл Control.c.
САУ на основе программы Syscont может управлять, как реальными МО, так и их программными имитаторами (виртуальными МО), а также комбинациями реальных и виртуальных МО Для связи САУ с программно управляемым МО или комплексом МО, объединенных интерфейсной магистралью, необходима программа-драйвер МО или магистрали, которая должна быть включена в виде программного модуля в исходный текст программы Syscont.
Исходный текст (образец) программы Syscont.с содержит практически все основные средства языка программирования Си. В тексте использованы только библиотечные функции, т.е. нет обращения к заимствованным программам, что позволяет полностью проследить логику работы программы. Текст подробно комментирован на английском языке. Программа Syscont может быть использована при создании САУ КМО различного назначения, а также при разработке курсовых и дипломных проектов, при выполнении лабораторных работ и написании демонстрационных программ.
ИСТОРИЧЕСКИЙ АСПЕКТ.
Программа Syscont соответствует логике проблемно – ориентированной операционной системы (ОС) АВТОТЕСТ, разработанной в середине восьмидесятых годов XX века в Институте космических исследований (ИКИ) АН СССР для испытаний комплексов научной аппаратуры (КНА) космического назначения. Первоначально ОС АВТОТЕСТ была написана на языке ассемблера для ЭВМ Д3-28 (PDP 11) [2], [3], [5], затем переведена на другие машинные языки [4]. Исходный текст (образец) программы Syscont является упрощенным вариантом ОС АВТОТЕСТ, обеспечивающим одну из ее функций - выдачу команд управления с контроллера магистрали на МО.
В общем случае КНА космического назначения можно отнести к КМО. Автоматические испытательные комплексы (АИК) для испытаний КМО возникли в середине восьмидесятых годов XX века . В Советском Союзе первый такой АИК был создан в ИКИ АН СССР в 1984 году для испытаний КНА по международному космическому проекту “Интершок” [6]. КНА “Интершок” был установлен на ИСЗ “Прогноз Интеркосмос 10” и предназначался для изучения быстрых процессов, происходящих в околоземной и межпланетных ударных волнах.
Некоторые разработки АИК “Интершок” были впоследствии внедрены в промышленность. В 1985 году на московском заводе “Красный пролетарий” был создан участок для автоматического выходного контроля промышленных роботов.
До 1984 года на космические аппараты (КА) устанавливались научные приборы, которые обычно решали свои собственные научные задачи, информационная связь между приборами, как правило, отсутствовала. КНА “Интершок” был качественно новой исследовательской системой. Приборы, входившие в него, находились в сильной информационной связи. Управление этим КНА осуществлялось встроенной ЭВМ, работавшей, как по жестким программам, записанным в постоянное запоминающее устройство, так и по программам, которые передавались КНА с наземных измерительных пунктов (НИП) в сеансах связи. КНА мог автоматически выбирать режимы работы в зависимости от физических процессов, происходивших в космической среде, т.е. обладал адаптивными возможностями. Испытания такого КНА не могли осуществляться старыми методами, его можно было испытать только с использованием автоматических режимов.
В основу АИК “Интершок” были положены следующие принципы: стандартизация интерфейсов, магистральность, модульность, программное управление модулями, интерактивность взаимодействия человек-система, виртуальность, типизация решений, расширяемость. В большом испытательном зале ИКИ АН СССР на стендах устанавливались приборы, входившие в КНА. Эти приборы через пульты подключались к интерфейсной магистрали ГОСТ 26003-80. К этой же магистрали подключались имитаторы служебных систем (ИСС) КА. Управление абонентами магистрали осуществлялось ЭВМ контроллером магистрали (ЭВМ ДЗ-28), регистрация информационных процессов в магистрали осуществлялась ЭВМ универсальным слушателем (ЭВМ ДЗ-28). В процессе испытаний с пультов на КНА подавались воздействия, которые имитировали физические процессы, происходящие в космической среде. С ИСС, имитировавших управление, на КНА подавались управляющие команды. С телеметрических выходов КНА информация поступала на ИСС, имитировавшие радио - телеметрический комплекс КА. Часть телеметрической информации направлялась на блок регистрации и обработки данных КНА (БРОД), где она анализировалась и по результатам анализа автоматически выбирались режимы работы КНА, в зависимости от имитировавшихся с пультов физических процессов. Таким образом БРОД выполнял функции адаптивной системы автоматического управления. Выходная телеметрическая информация запоминалась в бортовом запоминающем устройстве КНА (ORION), а затем сбрасывалась на большую ЭВМ ЕС 1040. Таким образом моделировалась связь КНА с наземными обрабатывающими системами. Специальная ЭВМ Д3-28 использовалась для передачи на КНА управляющих программ. Таким образом моделировалось перепрограммирование логики работы КНА с НИП в сеансах связи.
Для этого АИК в 1984 году автором были предложены и разработаны проблемно-ориентированный язык для написания программ управления ПОЯ АВТОТЕСТ и ОС АВТОТЕСТ, основным модулем которой был интерпретатор этого языка.
В 1985 году система АВТОТЕСТ была внедрена на московском заводе “Красный пролетарий” при создании участка для выходного контроля промышленных роботов [6]. К интерфейсной магистрали ГОСТ 26003-80 через интерфейсные карты подключались промышленные роботы, подлежащие автоматическому выходному контролю. Согласно стандарту к этой интерфейсной магистрали можно подключить до 15 абонентов. Управление абонентами магистрали осуществлялось ЭВМ контроллером магистрали, регистрация информационных процессов в магистрали осуществлялась ЭВМ универсальным слушателем. Информация выводилась на дисплей и печатающее устройство.
ОПИСАНИЕ ПРОБЛЕМНО–ОРИЕНТИРОВАННОГО ЯЗЫКА.
Исходный текст (образец) программы Syscont является упрощенным вариантом ОС АВТОТЕСТ, обеспечивающим выдачу команд управления с контроллера магистрали на МО (функция оператора Cmdc ПОЯ АВТОТЕСТ ). Исходный текст можно наращивать создавая соответствующие программные модули вплоть до полномасштабной ОС, имеющей такие же возможности как и ОС АВТОТЕСТ.
Чтобы представить себе потенциальные возможности САУ на основе программы Syscont рассмотрим систему УНИКОН [7], которая является дальнейшим развитием системы АВТОТЕСТ.
ПОЯ УНИКОН является языком высокого уровня, предназначенным для создания программ автоматического управления, который в принципе реализует любой алгоритм управления. Программа на ПОЯ УНИКОН представляет собой последовательность управляющих предложений (УП) и описывающих предложений (ОП). В УП записывается время выполнения операции, оператор, соответствующий выполняемой операции и аргументы, которые содержат информацию, необходимую для выполнения заказанной операции (например адреса абонентов магистрали, задействованных в заказанном типе информационного обмена). ОП делятся на два типа Hard-дескрипторы, описыващие реальные МО, и Soft-дескрипторы, описывающие виртуальные объекты, т.е. модели реальных МО, которые хранятся в памяти ЭВМ в виде структур. Soft-дескриптор является по существу программным эмулятором реального МО. Наличие Soft-дескрипторов чрезвычайно облегчает испытания на АИК с неполным составом КМО.
Возможности ПОЯ УНИКОН видны из состава его операторов:
-
Cmdc (to command - управлять, организует выдачу команд управления с контроллера магистрали на МО);
-
Answ (to answer - отвечать, организует прием ответов МО);
-
Send (to send - посылать, организует выдачу информационных массивов с контроллера на МО);
-
Reсv (to receive - принимать, организует прием информационных массивов с МО);
-
Tran (to translate - передавать, организует выдачу информационных массивов с МО на другой или другие МО);
-
Jump (to jump - прыгать /мгновенный безусловный переход/);
-
Bran (to branch - ответвлять/безусловный переход с учетом времени/);
-
Ifeq (if equivalent - /условный переход/ если равно);
-
Ifne (if ne - /условный переход/ если не равно);
-
Ifgt (if great - /условный переход/ если больше);
-
Ifge (if great or equivalent - /условный переход/ если больше или равно);
-
Iflt (If little - /условный переход/ если меньше);
-
Ifle (if little or equivalent - /условный переход/ если меньше или равно);
-
Sign (signal - сигнал, организует обработку событий, происходящих на АИК);
-
Gate (gate - ворота /допусковый контроль/);
-
Asgn (to assign - назначать, присваиваивает фактические значения формальным аргументам);
-
Cycl (cycle - цикл);
-
Сdos (command dos - команда дисковой операционной системы DOS);
-
Freq (frequency - частота следования УП и ОП);
-
Ysrq (yes service request - разрешает обслуживание запросов МО);
-
Nsrq (no service request - запрещает обслуживание запросов МО); - /тире/ (комментарий); _ /подчеркивание/ (комментарий с подчеркиванием);
-
List (listing - листинг, организует вывод листинга на видеосистемы, магнитные носители и печатающие устройства);
-
Line (line - линия /управление интерфейсом/);
-
Stop (останов программы);
-
End (конец программы);
-
Soft (описание Soft объектов);
-
Hard (описание Hard объектов).
ПОЯ УНИКОН позволяет также вводить новые операторы.
ОПИСАНИЕ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ.
ОС УНИКОН состоит из трех компонент:
-
библиотеки системных программ, соответствующих операторам ПОЯ УНИКОН (машиннонезависимой, объектонезависимой, магистраленезависимой библиотеки верхнего уровня library high);
-
библиотеки программ драйверов (магистралезависимой библиотеки нижнего уровня library low);
-
библиотеки интерпретатора проблемно-ориентированного языка ПОЯ УНИКОН (машиннонезависимой, объектонезависимой, магистраленезависимой библиотеки library interpreter).
ОС УНИКОН допускает расширение своих возможностей посредством ввода новых системных программ. Программы, входящие в состав указанных библиотек, могут быть написаны на языках программирования Ассемблер, Си, Си++. Удобно для этих целей использовать язык программирования Си, который более компактен, чем Ассемблер и, хотя не столь эффектен, как использующий объекты Си++, но позволяет сделать более быстродействующие и меньшие по объему занимаемой памяти программы.
Программы управления КМО на языке типа АВТОТЕСТ (УНИКОН) удобно создавать и использовать в Интегральной среде подготовки программ УНИКОН (ИСПП), которая состоит из программы работы с файлами File, редактора Editor, программы настройки и запуска интерпретатора Run, компилятора Compilator, программы настройки среды Option, отладчика Debug.