71833

Разработка логической функции управления тепловым прибором

Курсовая

Математика и математический анализ

Для понятия высказывание иногда используют термин пропозиция а говоря пропозициональный подразумевают относящийся к логике высказываний. По аналогии с элементарной алгеброй где любое число является константой высказывание является логической константой величина которой равна 1 или 0.

Русский

2014-11-13

154.5 KB

2 чел.

ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»        Факультет энергетики и систем управления                                                         Кафедра высшей математики и физико-математического моделирования

Курсовая работа

по дисциплине дискретная математика на тему:

«Разработка логической функции управления тепловым прибором».

Выполнил: студент гр. АТР-131                                                                                          Еремина А.Б.

Принял: доц. Купцов В. С.

Воронеж 2013 г.

Содержание

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Теоретическая часть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

Условие задачи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Решение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15


Введение

Фен — электрический прибор (Blowdryer или Hair dryer), выдающий направленный поток нагретого воздуха. Важнейшей особенностью фена является возможность подачи тепла точно в заданную область. Происхождение слова «фен» связано с немецкой маркой Fön, зарегистрированной в 1908 году производителем электрооборудования компанией AEG.

Фен обычно выполняется в виде отрезка трубы, внутри которой располагаются вентилятор и электронагреватель. Часто корпус фена оснащается пистолетной рукояткой.

Вентилятор втягивает воздух через один из срезов трубы, поток воздуха проходит мимо электронагревателя, нагревается и покидает трубу через противоположный срез. На выходной срез трубы фена могут быть установлены различные насадки, изменяющие конфигурацию воздушного потока. Входной срез обычно закрыт решёткой для того, чтобы предотвратить попадание внутрь корпуса фена крупных предметов, например пальцев.

Ряд моделей фенов позволяет регулировать температуру и скорость потока воздуха на выходе. Регулировка температуры достигается либо включением параллельно различного числа нагревателей, либо с помощью регулируемого термостата, либо изменением скорости потока.


Теоретическая часть

Высказывания и операции над ними.

Логическими высказываниями являются утвердительные предложения, о которых можно судить, истинны они или ложны. Причем они не могут быть истинными и ложными одновременно. Логика высказываний рассматривает эти предложения не с точки зрения их смысла, содержания, а только с точки зрения их истинности или ложности. Для понятия «высказывание» иногда используют термин «пропозиция», а говоря «пропозициональный», подразумевают относящийся к логике высказываний.

Вопросительные, повелительные и бессмысленные предложения не являются логическими высказываниями.

Говорят, что если предложение истинно, то его значение истинности равно 1, если ложно — то 0. По аналогии с элементарной алгеброй, где любое число является константой, высказывание является логической константой, величина которой равна 1 или 0.

В качестве примера отметим, что предложение «x2 =4», вообще говоря, не является высказыванием. Для того чтобы имело смысл говорить об его истинности или ложности, необходимы некоторые дополнительные сведения. Конечно, достаточно знать, какое именно число обозначено буквой x.

Каждому значению переменной x будет соответствовать либо истинное, либо ложное высказывание; например, высказывания (-2)2 =4, 22=4 истинны, остальные ложны.

Будем называть высказывание простым (элементарным, атомарным), если оно рассматривается нами как некое неделимое целое. Обычно к ним относят высказывания, не содержащие логических связок.

Сложным (составным) называется высказывание, составленное из простых с помощью логических связок.

В логике над высказываниями производятся следующие основные операции (логические связки): отрицание, конъюнкция, дизъюнкция, импликация, эквиваленция, неравнозначность. Они рассматриваются как средство вычисления логического значения сложного высказывания по логическим значениям составляющих его простых высказываний.

Отрицание (логическая связка «не»)

Отрицанием (инверсией) высказывания A называется высказывание, которое истинно, если высказывание A ложно, и ложно, когда A истинно. Записывается: A или ¬ A. Читается: «не A» («не верно, что A»). Отметим, что отрицание является логической операцией, выполняемой над одним аргументом.

Эта логическая связка может быть проиллюстрирована следующей

A

¬ A

0

1

1

0

таблицей (таблицей истинности):

Логическое умножение (конъюнкция)

Конъюнкция двух высказываний A и B — это сложное логическое высказывание, которое истинно только в случае истинности всех составляющих высказываний, в противном случае оно ложно. Обозначения: A& B, A B . Читается: «A и B».

Эта логическая связка может быть также проиллюстрирована таблицей истинности, в которой показаны значения истинности сложного высказывания в зависимости от значений истинности составляющих его простых высказываний A и B.

A

B

A& B

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

Логическое сложение (дизъюнкция)

Дизъюнкция двух высказываний A и B — это сложное логическое высказывание, которое ложно только в случае ложности всех составляющих высказываний, в противном случае оно истинно. Таким образом, это высказывание считается истинным, когда истинно хотя бы одно из составляющих высказываний. Обозначается: A B . Иногда встречается обозначение A +B . Читается: «A или B».

Дизъюнкция иллюстрируется следующей таблицей истинности:

A

B

A B

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

Логическое следование (импликация)

В математических доказательствах часто пользуются сложными высказываниями, образованными с помощью слов «если…, то…». Здесь высказывание, расположенное после слова «если», называется основанием или посылкой, а высказывание, расположенное после слова «то», называется следствием или заключением. Импликацией двух высказываний A и B называется высказывание, обозначаемое символом A→ B  , которое ложно тогда и только тогда, когда A истинно, а B ложно. Иногда встречается обозначение A B  . Читается: «если A, то B» («A влечет B», «из A следует B»).

Импликация проиллюстрирована таблицей истинности:

A

B

A→ B

0

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

0

Определение импликации вынуждает считать истинными такие предложения, как: «если 2×2 =4 , то Москва столица России»; «если 2× 2 = 5 , то 3×3 = 6 ». Это связано с тем, что определениями логических операций смысл составляющих высказываний не учитывается, они рассматриваются как объекты, обладающие единственным свойством — быть истинными, либо ложными.

Истинность высказывания «если 2×2= 5 , то 3× 3= 6 » кажется парадоксальной. Но объяснение этому, во-первых, следует искать в том, что сами высказывания 2×2= 5 и 3×3= 6 мало связаны между собой, а во-вторых, в том, что использование сослагательного наклонения несколько точнее отражало бы смысл указанной импликации. В самом деле, утверждение «если бы 2×2 =5 , то 3×3= 6 » не кажется противоречивым, то есть истинность нашей импликации означает, что «3×3 =6 не менее истинно, чем 2×2= 5 ».

Логическое тождество (эквиваленция)

Эквиваленцией (эквивалентностью, равнозначностью) двух высказываний A и B называется высказывание, обозначаемое символом A↔B, которое истинно когда истинностные значения высказываний A и B совпадают, и ложно— в противном случае.

A

B

A↔B

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

Таблица истинности для эквивалентности имеет вид:

Логическая операция A↔B соответствует союзу «тогда и  только тогда, когда» и читается: «A эквивалентно B» («A равнозначно B», «для того, чтобы A необходимо и достаточно, чтобы B»).Когда мы говорим «A тогда и только тогда, когда B», то имеем в виду, что оба предложения A и B одновременно истинны, либо одновременно ложны. Например, говоря: «Я поеду в Ленинград тогда и только тогда, когда ты поедешь в Киев», мы утверждаем, что: либо произойдет и то и другое, либо ни того, ни другого.

Исключающее «или» (неравнозначность)

Неравнозначностью двух высказываний A и B называется высказывание, истинное, когда истинностные значения A и B не совпадают, и ложное — в противном случае. Обозначается: A B  . Читается: «либо A, либо B» (понимается — в разделительном смысле). Таблица истинности для неравнозначности имеет вид:

A

B  

A B  

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

Итак, в математической логике для записи сложных высказываний используются следующие логические операции над простыми высказываниями:

¬    − не;

&,  −и;

   − или;

→  − влечет;

↔  − эквивалентно;

− либо, либо.

Равносильность формул

Назовем эквивалентными (или равносильными) формулы, которые представляют равные функции. Равносильность формул в алгебре логики обозначается знаком тождественного равенства ≡. Стандартный метод установления равносильности двух формул:

1) по каждой формуле восстанавливается таблица истинности;

2) полученные таблицы сравниваются по каждому набору значений переменных.

Нужно различать символы ↔ и ≡. Знак ↔ является символом формального языка, с помощью которого строятся формулы, а знак ≡ обозначает отношение на множестве формул.

В логике выделяют следующие равносильные формулы —основные эквивалентные соотношения (законы):

1. A ≡  A  (закон тождества);

2. A&0 ≡ 0  ;

3. A0 ≡ A ;

4. A&1 ≡ A;

5. A 1≡ 1;

6. ¬(¬ A  ) ≡ A (закон двойного отрицания);

7. A&(¬ A)  ≡0 (закон логического противоречия);

8. A (¬ A)  ≡1 (закон исключенного третьего);

9. A& A ≡ A (идемпотентность конъюнкции);

10. A   A ≡ A (идемпотентность дизъюнкции);

11. A& B ≡ B & A (коммутативность конъюнкции);

12. AB≡  BA (коммутативность дизъюнкции);

13. A&(B &C ) ≡ (A & B)&C (ассоциативность конъюнкции);

14. A ∨(BC)≡ (AB) C (ассоциативность дизъюнкции);

15. A& (BC) ≡(A & B) ∨(A&C) (дистрибутивность конъюнкции относительно дизъюнкции);

16. A ∨(B&C) ≡ (A B) & (A C) (дистрибутивность дизъюнкции относительно конъюнкции);

17. A&( AB) ≡ A (первый закон поглощения);

18. A ( A & B) ≡ A (второй закон поглощения);

19. ¬(A& B) ≡ ¬ A¬B (первый закон де Моргана);

20. ¬( A B) ≡¬ A&¬B (второй закон де Моргана);

21. A ≡ (A & B) (A &¬B) (первый закон расщепления);

22. A  ≡ (AB)&(A ¬ B) (второй закон расщепления);

23. A →B ≡¬B→ ¬ A (закон контрапозиции);

24. A →B ≡¬ AB ≡¬(A&¬B);

25. A↔B≡ ( ¬AB )&(¬ BA) ≡ (A & B) (¬ A&¬B);

26. AB ≡ (A &¬B)(¬ A& B);

27. A B ≡¬ A→ B  ≡¬(¬ A&¬B);

28. A& B ≡ ¬(A→ ¬B) ≡ ¬(¬ A ¬B).

Дизъюнктивной нормальной формой (ДНФ) называется произвольная дизъюнкция элементарных конъюнкций. (Говорят, что формула находится в дизъюнктивной нормальной форме.)

ДНФ A называется совершенной и обозначается СДНФ, если каждая переменная формулы A входит с отрицанием или без отрицания в каждый конъюнкт точно один раз.

¬X1 ∨( X 2& X 3) (¬X1 & X 2  & X 3)

Кроме ДНФ, употребляются также конъюнктивные нормальные формы. Произвольная дизъюнкция литералов называется элементарной дизъюнкцией (или дизъюнктом). Конъюнктивной нормальной формой (КНФ) называется произвольная конъюнкция дизъюнктов.

Конъюнктивные нормальные формы можно получить из ДНФ путем замены в них знаков на &, а & на . Символы & и называются двойственными друг другу.

Известно, что каждую логическую формулу можно привести эквивалентными преобразованиями к КНФ.

КНФ A называется совершенной и обозначается СКНФ, если каждая переменная формулы A входит с отрицанием или без отрицания в каждый дизъюнкт точно один раз. Например,

(¬ X1 X2) & (X1 ¬ X 2) &(¬ X1 ¬ X 2)


Условие задачи

Разработать схему управления феном, предусматривающую следующие режимы его работы.

Положение переключателя

Схема включения двух спиралей

0

Нагревательные спирали отключены

1

Спирали включены последовательно

2

Включена только длинная спираль

3

Включена только короткая спираль

4

Спирали включены параллельно


Решение

X1

X2

X3

X4

Y0

Y1

Y2

Y3

Y4

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

2

0

0

0

1

1

0

0

0

0

3

0

0

1

0

1

0

0

0

0

4

0

0

1

1

1

0

0

0

0

5

0

1

0

0

1

0

0

0

0

6

0

1

0

1

0

0

1

0

0

7

0

1

1

0

0

1

0

0

0

8

0

1

1

1

0

0

1

0

0

9

1

0

0

0

0

0

0

1

0

10

1

0

0

1

0

0

0

1

0

11

1

0

1

0

0

0

0

1

0

12

1

0

1

1

-

-

-

-

-

13

1

1

0

0

0

0

0

1

0

14

1

1

0

1

0

0

0

0

1

15

1

1

1

0

0

0

0

1

0

16

1

1

1

1

-

-

-

-

-


Y0 = ¬X1 ¬X2 ∧ ¬X3 ∧ ¬X4 ∨ ¬X1 ∧ ¬X2 ∧ ¬X3 ∧ X4 ∨ ¬X1 ∧ ¬X2 ∧ X3 ∧ ¬X4 ∨ ¬X1 ∧ ¬X2 ∧ X3 ∧ X4 ∨ ¬X1 ∧ X2 ∧ ¬X3 ∧ ¬X4 =

= ¬X1 ¬X2 (¬X3 ¬X4 ¬X3 X4)¬X1 ¬X2 (X3 ¬X4 X3 X4) ∨(¬X1 X2¬X3 ¬X4)=

= ¬X1 ¬X2 ¬X3 ¬X1 ¬X2 X3 (¬X1 X2 ¬X3 ¬X4)=

=¬X1 ¬X2 (¬X3 X3) (¬X1 X2 ¬X3 ¬X4) =

= ¬X1 ¬X2 (¬X1 X2 ¬X3 ¬X4) =

=¬X1 (¬X2 X2 ¬X3 ¬X4)

X1

X2

X3

X4

¬X1

¬X2

¬X3

¬X4

X2¬X3

X2¬X3¬X4

¬X2X2¬X3¬X4

¬X1(¬X2X2¬X3¬X4)

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

0

1

1

1

1

1

1

Y1 = ¬ X1 X2 X3 ¬X4

X1

X2

X3

X4

¬ X1

¬ X4

¬ X1X2

¬X1X2X3

¬X1X2X3¬X4

0

1

1

0

1

1

1

1

1

Y2 = ¬X1 X2 ¬X3 X4 ¬X1 X2 X3 X4 = ¬X1 X2 (¬X3 X4X3 X4 ) = ¬X1 X2 X4

X1

X2

X3

X4

¬X1

¬X1X2

¬X1X2X4

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

Y3 = X1 ¬X2 ¬X3 ¬X4 X1 ¬X2 ¬X3 X4 X1 ¬X2 X3 ¬X4 X1 X2 ¬X3 ¬X4 X1 X2 X3 ¬X4 =

= ¬X3 ¬X4∧( X1 ¬X2 X1 X2) X3 ¬X4∧( X1 ¬X2 X1 X2) ∨( X1 ¬X2 ¬X3 X4)=

= X1 ¬X3 ¬X4 X1 X3 ¬X4 X1 ¬X2 ¬X3 X4=

= X1 (¬X4 ¬X2 ¬X3 X4)

X1

X2

X3

X4

¬X2

¬X3

¬X4

¬X2 ¬X3

¬X2 ¬X3 X4

¬X4 ¬X2 ¬X3 X4

X1 (¬X4 ¬X2 ¬X3 X4)

1

0

0

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

Y4 = X1 X2 ¬X3 X4

X1

X2

X3

X4

¬X3

X1X2

X1X2¬X3

X1X2¬X3X4

1

1

0

1

1

1

1

1


Заключение

Разрабатывая схему управления феном, использовались материалы математической логики. По условию задачи составляется электрическая схема и таблица истинности. Исходя из этого пишется СДНФ для ПФ, после чего минимизируем с помощью равносильности формул. Эти функции будут являться решением этого задания.

Y0 =¬X1X2 X2 ¬X3 ¬X4)

Y1 = ¬ X1  X2  X3 ¬X4

Y2 = ¬X1  X2  X4

Y3 = X1X4 ¬X2 ¬X3 X4)

Y4 = X1  X2 ¬X3  X4


Список литературы

1. Колмогоров А.Н., Драгалин А.Г. Математическая логика.  ( 2006 г.)

2. Аляев Ю.А., Тюрин С.Ф. Дискретная математика и математическая логика.( 2006 г.)

3. Гуц А.К. Математическая логика и теория алгоритмов. (2003 г.)

PAGE   \* MERGEFORMAT 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5537. Построение естественных характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения 44.95 KB
  Построение естественных характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения Цель работы: Экспериментальное определение момента инерции электропривода Схема установки, электрооборудование и приборы: Для выполнения работы используется дв...
5538. Расчет естественных характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения 146.01 KB
  Расчет естественных характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения Цель работы: Экспериментальное построение естественных механических и электромеханических характеристик двигателя постоянного тока (ДПТ) независимого возбуждения, ...
5540. Історія України. Конспект лекцій. Історія України івд найдавніших часів до сьогодення 784.5 KB
  У конспекті лекцій висвітлено історію України від найдавніших часів до сьогодення. На основі джерел та аналізу історіографії авторським колективом лаконічно викладено основні віхи історії України: суспільно-політичні, соціально-економічні та культур...
5541. Теория сигналов и систем. Конспект лекций и практических занятий 1.67 MB
  Лекция 1. Введение в теорию сигналов Содержание 1. Общие сведения и понятия. 1.1 Понятие сигнала. 1.2 Шумы и помехи. 1.3 Размерность сигналов. 1.4 Математическое описание сигналов. 1.5 Спектральное представление сигналов. 1.1. Общие сведения и...
5542. Генетика микроорганизмов. Генетический материал бактерий 48 KB
  Генетика микроорганизмов Генетика - наука об изменчивости и наследственности организмов. Основателем учения об изменчивости и наследственности является Ч. Дарвин, доказавший в 1859 году, что все существующие виды растений и животных произошли из...
5543. Окончание холодной войны. Распад советского блока 33 KB
  Окончание холодной войны. Распад советского блока Советский Союз проиграл холодную войну, так как его экономика не выдержала колоссальных нагрузок. Поражение это поставило крест на идее мировой революции, которой жило советское руководство с 1917г...
5544. Рынок, рыночный механизм, субъекты рыночной экономики 76 KB
  Рынок, рыночный механизм, субъекты рыночной экономики Цель изучения темы: получить представление о сущности рынка и условиях его возникновения, уяснить основные элементы рыночного механизма и принципы их взаимодействия , изучить предпринимател...
5545. Журналістика Великобританії 121 KB
  Журналістика Великобританії Журналістика Великобританії XVІІІ століття Британська преса ХІХ століття Англійська журналістика ХХ століття Радіо- і телевізійне мовлення в Англії Розвиток цифрового телебачення Великобританії...