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

9 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

26456. Слюнные железы (glandulae salivales) 21.5 KB
  Выводной проток – стенонов проток – огибает нижний край н челюсти и открывается в защёчное преддверие на уровне 35 коренного зуба. У собак проток проходит поперёк массетера открывается напротив 2 моляра вместе с дополнительной глазничной скуловой слюнной железой. Выводной проток открывается в дно ротовой полости в области голодной бородавки складки слизистой расположенной под верхушкой языка а у собак – на уздечке языка. Имеет 2 части: многопротоковая – многими протоками открывается в дно ротовой полости; однопротоковая – открывается...
26457. Спинной мозг (medulla spinalis) 22 KB
  Расположен в позвоночном канале и на уровне заднего края затылочного отверстия переходит в головной мозг. На мозге заметны шейное и поясничнокрестцовое утолщения в области которых отходят дорсальные и вентральные корешки нервов плечевого и поясничнокрестцового сплетений органов тазовой полости и брюшных стенок. Каудально от поясничнокрестцового утолщения спинной мозг образует мозговой конус который переходит в концевую нить достигающего 6 хвостового позвонка.
26458. Стилоподий грудной конечности и плечевой сустав 21 KB
  Между ней и лопаткой формируется плечевой сустав articulatio humeris простой многоосный шарообразный. В области лопатки располагаются мышцы действующие на плечевой сустав: экстензоры: предостная supraspinatus и флексоры: дельтовидная большая круглая teres major малая круглая.
26459. Стилоподий тазовой конечности и ТБС 23.5 KB
  Связки: тазовая впадина обрамлева вертлужной губой поперечная связка впадины связка головки бедра – круглая. Мышцы действующие на этот сустав располагаются в области таза и бедра при этом наиболее многочисленны экстензоры которые формируют две группы: ягодичнуюповерхностная ягодичная gluteus superficialis средняя ягодичная gluteus medius глубокая ягодичная gluteus profundus добавочная ягодичная и заднебедренную biceps femoris полусухожильная semitendinosus полуперепончатая semimembranosus квадратная quadratus femoris. Ягодичная...
26460. Морфофункциональная характеристика производных кожного покрова 56.5 KB
  ткань сосуды питание нервы иннервация волоса Волосяная нить имеет З зоны мозговая зона придает прочность построена из кубического эпителия средняя зона построена из плоского эпителия в нём накапливается пигмент наружный слой кутикула роговые чешуйки КЛАССИФИКАЦИЯ остевые – хорошо развит мозговой слой диаметр 70300 мкм покровные волосы длинные волосы челка грива хвост щетина пуховые – отсутствует мозговая зона мягкие располагаются рядом с остевыми диаметр 1540 мкм переходные – мозг зона в виде прерывистой линии...
26461. Морфофункциональная характеристика скелета и деление его на отделы 26 KB
  Морфофункциональная характеристика скелета и деление его на отделы Скелет skeleton кости соединённые в определённой последовательности и формирующие твёрдый каркас тела животного. Определяет форму тела В составе скелета – 200300 костей Л КРС: 207214; ССВ К: 271288 Масса скелета в от общей массы тела: СВ – 6 КРС Л – 15; С К – 10 Скелет является пассивным опорным и несущим...
26462. Морфофункциональная характеристика соединений костей 25.5 KB
  Морфофункциональная характеристика соединений костей ТИПЫ СОЕДИНЕНИЯ КОСТЕЙ СКЕЛЕТА Непрерывный синартроз – при помощи непрерывного слоя ткани Синсаркоз – при помощи мышечной ткани грудная конечность к позвоночному столбу Синдесмоз – при помощи плотной волокнистой соединительной ткани швы связки мембраны sutura шов – прослойка соединительной ткани между костями череп особенно у молодых животных membrana пластинка преобладают коллагеновые волокна между костями предплечья ligamentum связки – пучки коллагеновых...
26463. Морфофункциональная характеристика суставов 31.5 KB
  Морфофункциональная характеристика суставов Прерывный тип соединения сустав diartrosis articulatio Основное образование Добавочное образование cartilago articularis построен из волокнистой гиалиновой ткани отсутствуют кровеносные сосуды обеспечивает защиту уменьшает трение увеличивает размах движения в суставе. простой articulatio simplex – в формировании сустава принимают участие только 2 суставные поверхности плечевой сложный articulatio composita – в формировании сустава принимают участие 3 и более суставных...
26464. Общие закономерности артрологии 19.5 KB
  В сложных суставах кроме длинных боковых связок обязательно имеются: короткие боковые межрядовые межкостные крестовидные общие пальмарные и плантарные На суставах тазовой конечности связок больше чем на грудной. Закон расположения связок: связки всегда расположены перпендикулярно к оси вращения и по бокам. Толщина и количество связок зависят от объема движений в суставе.