63938 (Принципы и алгоритмы ИИС)
Описание файла
Документ из архива "Принципы и алгоритмы ИИС", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "коммуникации и связь" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "к экзамену/зачёту", в предмете "коммуникации и связь" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "63938"
Текст из документа "63938"
Информационные измерительные системы
ИИС – совокупность функционально объединённых измерительных, вычислительных, и др. вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, её преобразования, обработку с целью представления потребителю (В том числе ввода в АСУ) в требуемом виде, либо автоматического осуществления логических функций измерения, контроля, диагностирования, идентификации.
Информационным называется процесс, возникающий при установлении связи между источником и её приёмником. К основным процессам при этом относятся:
обнаружение и счёт;
измерение и контроль;
сбор и распределение;
распознавание и диагностика;
передача и хранение;
обобщение и отражение.
Виды и структуры ИИС
В зависимости от выполняемых функций ИИС реализуется в виде следующих систем:
1. Измерительные системы (ИС);
2. Системы автоматического контроля (САК);
3. Системы технической диагностики (СТД);
4. Системы распознавания образов (СРО);
5. Телеизмерительные системы (ТИС).
В зависимости от способа организации передачи информации между функционирующими блоками различают цепочечную, радиальную и магистральную структуры ИИС.
Любая ИИС с необходимыми возможностями, её технические и др. характеристики в решающей степени определяются объектом исследования, для которого данная система создаётся.
Назначение ИИС можно определить как целенаправленное оптимальное ведение измерительного процесса и обеспечение смежных систем высшего уровня достоверной информацией. Степень достижения функций ИИС принято характеризовать с помощью критериев измерения: точность, помехоустойчивость, надёжность, пропускная способность, экономичность, сложность, адаптивность и т.д.
Надёжность понятие
Надёжность – свойство изделия выполнять заданные функции или сохранять свои эксплуатационные показатели в заданном пределе технически требуемого промежутка времени.
Надёжность технических средств АС определяется следующими составляющими:
-
безотказностью;
-
ремонтопригодностью;
-
долговечностью;
-
сохраняемостью.
В надёжности используется понятия «отказ» и «наработка».
Отказ – неисправность, без устранения которой невозможно дальнейшее выполнение изделием всех или хотя бы одной из своих функций.
Наработка – продолжительность работы изделия.
Безотказность – свойство технических средств непрерывно сохранять свою работоспособность в течение некоторого времени и являющееся наиболее важной составляющей надёжности технических средств.
Ремонтопригодность – характеризует приспособленность технических средств к предупреждению, обнаружению и устранению последствий отказов путём проведения ТО и ремонта.
Долговечность – свойство технических средств сохранять работоспособность с необходимыми перерывами на ТО и ремонт до некоторого предельного состояния.
Сохраняемость – свойство технических средств сохранять эксплуатационные показатели в течение срока хранения и после этого срока и транспортировки.
АС. Фун-ции, задачи, алгоритм функ-ния и научно-тех ур-нь АС
АС – представляет собой организационную техническую систему, обеспечивающую вывод решения, на основе автоматизации информационных процессов в различных сферах деятельности и их сочетаний (управление, проектирование, производстве и т.д.). Функции АС – совместимость действий АС, представляющая собой направленное достижение определенной цели. Задача АС – функция или часть, представляющая собой формализованную совместимость автоматизированных действий выполнение которых приводит к результатам заданного уровня. Алгоритм функционирования АС – алгоритм задающий условия и последовательность действий компонентов АС при выполнении своих функций. Научно-технический уровень АС – показатель характеризующий степень соответствия технических и экономических характеристик АС с современным достижением науки и техники.
Основные компоненты ИИС
Состав и структура конкретной ИИС определяются общими техническими требованиями, установленными ГОСТами и частными требованиями, содержащимися в ТЗ на её создание. Информационные системы должны управлять измерительным процессом или экспериментом в соответствии с принятым критерием функционирования, выполнять возложенные на неё функции в соответствии с назначением и целью, обладать требуемыми показателями и характеристиками, быть приспособленной к функционированию с др. системой, допускать возможность дальнейшей модернизации и т.д.
Процессом функционирования ИИС является преобразование входной информации в выходную.
Математическое обеспечение – модели и вычислительные алгоритмы.
Программное обеспечение – гарантирует конкретную реализацию вычислительных алгоритмов и алгоритмов функционирования системы, а также охватывает круг решений, связанных с разработкой и эксплуатацией программ. Информационное обеспечение определяет способы и конкретные формы информационного отображения состояния объекта исследования в виде форм, документов, диаграмм, графиков, сигналов для представления обслуживающему персоналу и ЭВМ для дальнейшего использования в управлении.
Технические средства ИИС состоят из следующих блоков:
-
Множество первичных измерительных преобразователей (датчиков).
-
Множество вторичных измерительных преобразователей.
-
Множество элементов сравнения (мер).
-
Блока цифровых устройств.
-
Множество элементов описания (нормы).
-
Множество преобразователей сигнала, средств отображения, памяти и т.д.
Блоки технических средств 1–6 используются в цифровых измерительных системах, а в аналоговых информационных системах используются только 1, 2, 3 и 6 блоки.
Математические модели и алгоритмы для измерения ИИС
Математическая модель объекта измерений включает описание взаимодействия между переменами входа и выхода для установившегося и переходного состояния, т.е. модели статики и динамики, граничные условия и допустимое измерение переменных процессов. Если переменные объекты изменяются только во времени, то модели, описывающие свойства таких объектов, называются моделями с сосредоточенными параметрами.
Если переменные объекты изменяются как во времени, так и в пространстве, то они называются моделями с распределёнными параметрами.
Различают три основных метода получения математических моделей объектов исследования:
-
Аналитический.
-
Экспериментальный.
-
Экспериментально-аналитический.
В последние годы при создании ИИС широко используется математическое моделирование, реализующее цепочку:
– «объект» – «модель» – «вычислительный алгоритм» – «программа на ЭВМ» – «анализ результатов расчёта» – «управление объектом исследования».
Ядро вычислительного эксперимента – модель – алгоритм – программа калибрует и нормирует оптимальную модель объекта исследования.
Датчики
Датчики (первичные преобразователи) – основные средства измерений, преобразующие измерительную или контролируемую физическую величину (давление, усилие и т.д.) в выходной, обычно электрический сигнал, предназначенный для дальнейшей регистрации, обработки и передачи к исполнительному механизму.
Классификация датчиков
-
По назначению: силовые, скоростные, температурные и т.д.
Основные типы датчиков системы управления и контроля
Измеряемый параметр | Тип датчика |
1. Механическая деформация | – Измеритель смещения; – Датчик давления; – датчик массы; – тендаметрический датчик |
2. Температура | – термометр; – термопара; – терморезисторные датчики |
3. Давление | – измеритель нагрузки; – расходомер; – магнитоупругие датчики; – ёмкостные датчики |
4. Влажность, состав газов | – газовый сигнализатор |
5. Звук | – эхолот; |
6. Свет | – фотодатчик; – датчики цвета; – сенсорный датчик |
7. Радиация, рентгеновское излучение | – датчик уровня; – рентгеновский томограф |
8. Волновое излучение | – радар; – измеритель скорости |
2. По принципу действия:
– механические;
– электрические;
– тепловые;
– акустические;
– оптические;
– радиоактивные
3. По способу преобразования неэлектрических величин в электрические:
– активные (генераторные);
– пассивные (параметрические).
В генераторных датчиках энергия входящего сигнала преобразуется (без участия вспомогательных источников энергии) в энергию выходящего сигнала (ток, напряжение, эл. разряд).
При этом схема включения параметрических датчиков всегда имеет внешний источник питания.
4. По конструкции и принципу действия чувствительного элемента датчика:
– контактные;
– бесконтактные.
При этом в контактных датчиках чувствительный элемент взаимодействует непосредственно с контролируемым объектом, а в бесконтактных это взаимодействие отсутствует (фотодатчики, ультразвуковые и т.д.).
Показатели надёжности неремонтируемых изделий (невосстанавливаемых)
1. Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах определённого времени не произойдёт ни одного отказа. Определяется формулой:
,
где N(t) – количество исправных изделий в конце промежутка времени;
N0 – количество работавших изделий в начале промежутка времени.
2. Интенсивность отказа – вероятность отказа неремонтируемого изделия в единицу времени, отнесённое к среднему числу изделий, исправно работающих в данный отрезок времени:
,
где n(∆t) – число изделий отказавших за время ∆t;
Nср – среднее число изделий, исправно работающих в начале и в конце интервала ∆t;
∆t – промежуток времени, следующий после t, на котором определяется интенсивность отказа.
3. Средняя наработка до первого отказа – среднее значение наработки изделия в партии до первого отказа.
,
где Тi – время работы i-го изделия до первого отказа;
N0 – число испытываемых изделий.
Микропроцессор
Микропроцессор – законченная вычислительная система, интегрирующая память на кристалл ЭВМ; предназначена для обработки информации и управления этим процессом. Микропроцессор выполняется на основе одной или нескольких БИС (больших интегральных схем).
Устройство реализуется на кристалле площадью не более 4–6 см2.
АЛУ предназначена для выполнения арифметических и логических операций над данными в виде двоичных чисел. Данные, с которыми производятся операции называются операндами. Обычно в операции участвуют 2 операнда, один из которых находится в специальном регистре-аккумуляторе, а другой в регистрах РЗУ или в памяти микропроцессора.
УУ предназначено для выработки сигналов управления, обеспечивающих работу блоков микропроцессора. В состав УУ входит регистр команд ПК, в котором фиксируется выполняемая в данный момент команда.
РЗУ содержит несколько регистров общего назначения (РОН) и, в частности, счётчика команд СК, в котором фиксируется количество команд.
Команды, обеспечивающие реализацию заданного алгоритма обработки информации, образуют программу и выполняются в пошаговом режиме в строго записанной последовательности.