11050

Информационные системы в мехатронике

Лекция

Физика

Информационные системы в мехатронике 1. Место и роль информационных систем Информационная система ИС представляет собой совокупность функционально объединенных измерительных вычислительных и других вспомогательных технических средств предназначенных для получ

Русский

2013-04-03

96.5 KB

8 чел.

Информационные системы в мехатронике

1. Место и роль информационных систем

Информационная система (ИС) представляет собой совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств, предназначенных для получения измерительной и другой, необходимой для нормального функционирования МС информации, ее передачи, хранения и преобразования (в том числе осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации) в целях представления этой информации потребителю (системе управления или человеку-оператору) в виде, удобном для принятия решения.

Информационные системы являются важнейшей составной частью МС и занимают в них особое место: именно они обеспечивают координацию и синхронизацию работы всех других систем. Благодаря ИС объект приобретает новые системные свойства (целостности, организованности, иерархичности структуры), которые не являются простой суммой свойств составляющих систем.

9.2. Состав, классификация и основные виды информационных систем мехатронных устройств

Информационные системы современных мехатронных устройств имеют достаточно сложную структуру, включают в себя множество различных функциональных блоков и связей между ними. На схеме (см. рис. 9.1) показаны объекты 1, информация о которых собирается с помощью множества первичных измерительных преобразователей (датчиков) 2, размещенных в определенных точках пространства или перемещающихся в пространстве (сканирующего типа); множество вторичных измерительных преобразователей: аналоговых 3, аналого-цифровых 4 цифровых 5, 6 и цифроаналоговых 7.

Функциональные блоки ИС могут соединяться между собой через стандартные интерфейсы, содержащие интерфейсные узлы 8, системы шин 9 и устройства управления 10. На схеме показана также возможность соединения функциональных блоков между собой с помощью жестко установленных связей.

Рисунок.9.1. Обобщенная структурная схема ИС

Множество аналоговых преобразователей 3 может включать нормирующие преобразователи аналоговых сигналов 3.1, преобразователи вида модуляции 3.2, коммутаторы 3.3, вычислительные устройства 3.4, устройства памяти 3.5, компараторы 3.6, каналы связи 3.7 и т. п.

Интерфейсные устройства 8 аналоговых функциональных блоков служат главным образом для приема командных сигналов и передачи информации о состоянии блоков. Через них, например, могут передаваться команды на изменение режима работы, подключение заданной цепи с помощью коммутатора.

Между аналоговыми и цифровыми устройствами включено множество аналого-цифровых преобразователей 4.1 и аналоговых устройств допускового контроля 4.2.

К цифровым устройствам 5 относятся формирователи импульсов 5.1, коммутаторы 5.2, специализированные цифровые вычислительные устройства (CPU) 5.3, устройства памяти 5.4, устройства сравнения кодов 5.5, каналы цифровой связи 5.6, универсальные программируемые вычислительные устройства - микропроцессоры и микроЭВМ 5.7.

Группа цифровых устройств вывода, отображения и регистрации 6 содержит формирователи кодоимпульсных сигналов 6.1, печатающие устройства 6.2, накопители информации на магнитной ленте б.З, магнитных дисках 6.4, оптических дисках 6.5, дисплеи, цифровые индикаторы 6.6, сигнализаторы 6.7.

Разумеется, в конкретных ИС практически никогда не используется весь приведенный состав блоков. Нужно также иметь в виду, что для выполнения одних и тех же функций могут быть созданы системы, существенно различающиеся по структуре и алгоритму работы. Цифровые ИС мехатронных устройств, как правило, обладают более высокой надежностью по сравнению с аналоговыми. Например, цифровой лазерный проигрыватель компакт-дисков (который является примером современной МС) несравненно надежнее проигрывателя грампластинок. Компакт-диск как носитель информации также обладает гораздо более высокой надежностью хранения информации (количество проигрываний компакт-диска не ограничено, в то время как грампластинка сохраняет исходное качество звучания при проигрывании не более пяти раз).

Можно классифицировать ИС по составу, выполняемым функциям и уровню интеллектуальности (рис.9.2).

Информационные системы

Состав

Выполняемые

Уровень интел-

(подсистемы)

функции

лектуальности

Измерительная

Формирование запроса

Детерминиро-

на получение инфор-

ванные

Автоматического

мации

С адаптацией ин-

контроля

Получение информа-

формационных про-

ции от датчиков

цессов

Технической

Получение информа-

С обучением

диагностики

ции от внешних источ-

Самооргани-

источников

зующиеся

Распознавания об-

Первичная обработка

Самосовершенст-

разов

информации

вующиеся

Передача информации

Комбинированные

на расстояние

Обработка информа-

ции

Запись, хранение,

поиск, считывание

информации

Рис. 9.2. Способы классификации ИС

         

          В мехатронных устройствах процесс измерения обязательно включает измерительные и вычислительные процедуры. Под измерительными процедурами понимают в первую очередь восприятие входных величин и преобразование измерительных сигналов, сравнение непрерывных сигналов с мерами и получение цифровых значений этих сигналов. К вычислительным процедурам относятся математические преобразования аналоговых, дискретных и цифровых сигналов в процессе измерения. Эти процедуры выполняются входящими в состав ИС микропроцессорами, микроЭВМ и другими вычислительными устройствами.

9.3. Подсистемы информационных систем

Измерительная подсистема (см.рис.9.2) осуществляет процесс получения информации, заключающийся в сравнении опытным путем измеряемых и известных величин или сигналов, выполнения необходимых логических операций и представления информации в численной форме. Остановимся на некоторых определениях, используемых в МС.

Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Объектом измерения является та или иная физическая величина - особенность физического объекта, характеризующая его свойства, состояние или происходящий в нем процесс и имеющая количественное и качественное содержание.

Измерительная информация - количественная информация о свойствах физических объектов (о значениях физических величин), получаемая в результате измерений.

В общем случае под сигналом подразумевают материальный носитель информации, а измерительным называют сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величины.

Входной измерительный сигнал, т.е. сигнал, воздействующий на вход средства измерения, является физическим процессом, параметры которого являются той или иной функцией времени. Измеряемая величина - определенный параметр этого процесса.

Выходным сигналом называется сигнал, возникающий на выходе средства измерения. Это - физический процесс или явление, несущее сообщение о каком-либо событии или состоянии объекта наблюдения. В общем случае выходной сигнал может обладать многими параметрами, как информативными, так и неинформативными. В МС выходной сигнал всегда имеет электрическую природу.

Подсистема автоматического контроля выполняет функцию установления соответствия между состоянием (свойством) объекта контроля и заданной нормой, определяющей качественно различные области его состояния. В результате контроля выдается суждение о состоянии объекта контроля, т.е. к какой из нормированных областей относится рассматриваемое состояние объекта контроля.

Контроль может быть осуществлен везде, где имеются установленные нормы. Нормы задаются самым разнообразным образом, чаще всего в виде области количественных значений, определяющих нормальное состояние объекта (например, при контроле знаний студентов нормы могут задаваться в виде объема конкретных знаний, предусмотренных программой обучения).

Процессы контроля и измерения роднит наличие операций сравнения входных или производных от них величин: при измерении - с мерами (овеществленными единицами измерения), а при контроле - с уставками.

С работой подсистем контроля биологических ИС хорошо знаком каждый из нас. Когда многочисленные параметры внутренней среды организма находятся в допустимых пределах, в нашем сознании формируется ощущение нормального состояния организма. При выходе этих параметров за допустимые пределы мы можем ощущать дискомфорт, и даже болезненное состояние. При этом информация об абсолютных значениях параметров на выход подсистемы контроля (т. е. в сознание) не поступает.

Подсистема технической диагностики ИС позволяет выявить элементы, послужившие причиной неправильного функционирования какого-либо объекта, что необходимо для восстановления нормальной работы МС. Установление факта и места неисправности в МС, а также ошибок в их программах путем определения состояния всех элементов и связей обычно нецелесообразно или невозможно. Это объясняется тем, что для такого «стопроцентного» контроля требуются большие затраты времени и труда. Особенно это относится к сложным МС, характеризующимся большим количеством элементов и сложными связями между ними. Такие МС могут насчитывать сотни тысяч и миллионы элементов. В этих случаях используются специальные методики и программы, позволяющие решать задачи диагностики с допустимыми затратами времени и средств.

Подсистема распознавания образов определяет принадлежность данного объекта к одному из заранее выделенных классов объектов.

Под образом понимается наименование области в многомерном пространстве признаков, в которой отображаются свойства объекта или множества объектов, а под распознаванием образов - процесс, в результате которого определяется соответствие между распознаваемыми объектами и образами. Это соответствие устанавливается путем сравнения объектов и образов по признакам, характеризующим свойства образов, и принятия по определенному алгоритму решения о принадлежности распознаваемых объектов к тому или иному образу.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41938. Вычисление интегралов в задачах геометрии и механики 99.01 KB
  Тема: вычисление интегралов в задачах геометрии и механики. Цель работы: вычисление интегралов в задачах геометрии и механики в программе MthCd. Ход выполнения работы: Выводы В ходе выполнения лабораторной работы с помощью Mthcd научились вычислять интегралы в задачах геометрии и механики а именно: решать систему уравнений; находить площадь через двойной интеграл статические моменты координаты центра тяжести.
41939. Решение обычных дифференциальных уравнений в MathCad 87.45 KB
  Тема: решение обычных дифференциальных уравнений в MthCd. Цель работы: с использованием встроенных функций и блочной структуры найти решение обычных дифференциальных уравнений. Задание: 1 Найти решение обычного дифференциального уравнения y =fxy с использованием блока решений.
41940. Изучение внешнего и внутреннего законов фотоэффекта 83.44 KB
  Цель работы: Изучить законы фотоэффекта вычислить постоянную Планка вычислить работу выхода. Так как фотон движется со скоростью света то он обладает импульсом с абсолютной величиной p = mc = hv c Работа выхода. энергия ε которую нужно сообщить электрону для того чтобы он вырвался с максимальной скоростью Vm из пластины характеризуемой работой выхода А определяется соотношением: ε =1 2 mVm 2 А = eUeU0 где U0 =А e – потенциал...
41941. Изучение терморезистора. Определение константы 294.8 KB
  РТ21 Лабораторная работа № 9 Изучение терморезистора. Цель работы: Изучить терморезистор определить константу терморезистора В. Зависимость сопротивления терморезистора от температуры с достаточной точностью выражается формулой: 1 где А константа пропорциональная холодному сопротивлению терморезистора при 20 С В константа зависящая от физических свойств полупроводника терморезистора. Постоянная В является одной из важнейших характеристик терморезистора так как она определяет его температурный коэффициент...
41942. Исследование напряженного состояния тонкостенной цилиндрической оболочки 948.96 KB
  Внутренние силы и напряжения В соответствии с теорией расчета тонкостенные оболочки вращения находятся в плоском напряженном состоянии. В таких оболочках действуют кольцевые σк в первом главном сечении и меридиональные напряжения σм во втором главном сечении которые могут определяться через внутренние силы и моменты: где S меридиональная сила; Т кольцевая сила; М меридиональный момент; К кольцевой момент; δ толщина стенки; z координата точки в которой определяется напряжение; z изменяется в интервале от δ 2 до δ 2....
41943. Исследование колебаний вращающегося вала 214.31 KB
  Теоретический расчет частот собственных колебаний вала и деформаций возникающих при его вращении. Экспериментальное определение прогибов вращающегося вала в различных схемах нагружения. Изза неточности изготовления и сборки центры масс деталей как правило не находятся на оси вращения вала т.
41944. Определение напряжений в днищах, нагруженных внутреннем давлением 145.5 KB
  Теоретический расчет напряжений и деформаций в эллиптическом и плоском днищах, нагруженных внутренним давлением; Экспериментальное определение напряжений и деформаций в днищах, сравнение их с расчетными значениями; Сравнение днищ различной формы с точки зрения возникающих в них напряжений.
41945. Исследование распределения напряжений в эллиптическом и коническом днищах 385.56 KB
  Напряжения и деформации МПа МПа МПа Коническое днище МПа МПа 159 МПа Описание экспериментальной установки Основными элементами лабораторной установки рисунок 1 являются рабочая емкость 1 плунжерный насос 2 манометр 3 и бачок для масла. Обработка экспериментальных данных Деформации возникающие в стеке конического днища и эллиптического днища пропорциональны разности показаний где разность показаний от всех датчиков коэффициент тензочувствительности Используя закон Гука для плоского нагруженного состояния в котором находится...
41946. Анализ напряженного состояния аппарата, нагруженного внутренним давлением и изгибающим моментом 410.71 KB
  В соответствии с этой теорией меридиональные и кольцевые напряжения возникающие в стенке цилиндрической оболочки составляют: ; ; МПа МПагде r – радиус оболочки по срединной поверхности r = 01055м Из приведенных соотношений видно что напряжения вызванные внутренним давлением р постоянны не зависят от положения сечения на оболочке. При изгибе колонны в её стенках возникают нормальные в меридиональном направлении а также касательные напряжения которыми в виду их малости можно пренебречь. Меридиональные напряжения определяются по...