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

20 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

76625. Октябрь 1917 г. Установление власти большевиков 37.5 KB
  Установление власти большевиков Причины октябрьской революции 1917 года: усталость от войны; промышленность и сельское хозяйство страны оказались на грани полного развала; катастрофический финансовый кризис; нерешенность аграрного вопроса и обнищание крестьян; оттягивание социальноэкономических реформ; противоречия Двоевластия стали предпосылкой для смены власти. Двоевластие окончилось победой буржуазии. Главной целью октябрьской революции было завоевание власти Советами. ВРК объявил о свержении Временного правительства и передаче...
76626. Гражданская война в России. «Военный Коммунизм» 38.5 KB
  Официально началом войны считаются бои в Петрограде ставшие началом Октябрьской революции то есть октябрь 1917 г. Есть также версии относящие начало войны к началу Февральской революции 1917 г. По поводу окончания войны также нет единодушного мнения: одни ученые и их большинство считают концом войны взятие Владивостока то есть октябрь 1922 г. Причины войны.
76627. Новая экономическая политика (Нэп) 31.5 KB
  По мнению Ленина сущность НЭПа была в налаживании союза между рабочими и крестьянами. Ленин сделал правильный тактический ход попытавшись с помощью НЭПа выйти из кризиса и проскочив опасный период похоронить эту политику. В политику НЭПа были введены и опробованы элементы долгосрочного планирования. Это явилось причиной отказа от политики НЭПа и его свертывания в сельском хозяйстве затем в промышленности а в 30е годы в торговле.
76628. Формирование тоталитарного режима в СССР в 1930-е годы 27 KB
  Во главе небольшой группы политической элиты находится харизматичный лидер любое его слово воспринимается элитой и нацией почти как божественное откровение. не было единства внутри политической элиты существовали оппозиции авторитет нового вождя И. Однако Конституция стала лишь идеологическим прикрытием тоталитарной политической системы.
76629. Форсированная индустриализация в СССР в 1930-е годы 33.5 KB
  Однако Советское государство продолжало отставать от ведущих мировых держав по основным промышленным показателям поэтому основными стали проблемы модернизации промышленности эта экономическая политика получила название социалистическая индустриализация. Главными особенностями первой пятилетки 1928-1932 были высокие темпы сжатые сроки акцент на строительство предприятий тяжелой промышленности использование внутренних источников накопления перекачка средств из деревни займы у населения и др. В годы второй пятилетки 1933-1937...
76630. Коллективизация в СССР в 1930-е годы 34 KB
  Официально коллективизация началась 7 ноября 1929 г. Одновременно осуществлялись две группы мероприятий сплошная коллективизация массовое насильственное создание колхозов и раскулачивание. Сталину становится ясно что сплошная коллективизация может привести к серьезному экономическому и политическому кризису в хлебных районах возникали стихийные восстания крестьян шел массовый забой скота начались волнения в армии. сплошная коллективизация возобновилась.
76631. СССР в 1939-1941 гг. Начало второй мировой войны 38.5 KB
  Новые секретные договоренности давали СССР возможность свободы действий в создании сферы безопасности у его западных границ закрепляли присоединение западных областей Белоруссии и Украины позволили Советскому Союзу заключить договоры о взаимной помощи 28 сентября 1939 г. По данным договорам СССР получил право размещения в республиках Прибалтики своих войск и создания на их территориях морских и воздушных баз. Сталин пошел на передачу в руки гестапо многих сотен немецких антифашистов скрывавшихся в СССР от нацистов а также произвел...
76632. Великая Отечественная Война: характер, этапы, итоги 36 KB
  Война между СССР и Германией в рамках Второй Мировой войны закончившаяся победой Советского Союза над фашистами и взятием Берлина. Причины Великой Отечественной Войны После поражения в Первой Мировой войне Германия осталась в крайне тяжелом экономическом и политическом положении однако после прихода к власти Гитлера и проведения реформ страна смогла нарастить свою военную мощь и стабилизировать экономику. Основные тапы Великой Отечественной войны Начальный период войны 22 июня 1941 18 ноября 1942. Третий период войны 19431945 гг.
76633. Внешняя политика СССР 1945-1985 годах 43 KB
  Победа в Великой Отечественной войне решающая роль во Второй мировой войне существенно укрепили авторитет СССР его влияние на международной арене. СССР стал одним из создателей Организации Объединенных Наций постоянным членом Совета Безопасности. Столкновение внешнеполитических интересов СССР с одной стороны и его партнеров по антигитлеровской коалиции США Великобритания с другой в сущности было неизбежным.