ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Оптимальное формирование информационных потоков, поступающих в автоматическую систему контроля АС
Информация, переданная на вход АСК с выхода некоторой подсистемы в фиксированный момент времени t, представляет собой совокупность сведений о состоянии данной подсистемы до момента времени t. Естественно, что для АСК было бы желательно непрерывное слежение за каждой из контролируемых подсистем. Однако, если каждое поступление информации связано с расходом времени на ее передачу и обработку, которое не зависит от содержащихся в ней новых сведений, то это может привести к необходимости существенного увеличения пропускной способности АСК и к соответствующему удорожанию конечных результатов контроля. Дискретизация процесса контроля приводит к некоторой неопределенности сведений о состоянии каждой из подсистем и всей системы (например, завода, отрасли) в целом. За подобное незнание приходится расплачиваться определенными производственными потерями, например принятием неправильных решений, дезорганизацией производства и, как следствие этого, повышением себестоимости продукции или снижением се качества. Из сказанного следует, что задачу оптимального формирования информационных потоков, поступающих на вход АСК, целесообразно сформулировать как задачу нахождения таких интервалов времени между последовательными моментами обращения АСК к контролируемым подсистемам, которые бы минимизировали общие затраты на АСК. На практике встречаются два основных подхода к оптимальному распределению информационных потоков, поступающих от подсистем большой системы в АСК и используемых для оперативной оценки правильности их функционирования. Первый подход основан на предположении, что интервалы между последовательными опросами подсистем (например, цехов и служб завода) и длительность самого запроса стандартны. Соответствующую такому подходу математическую модель распределения информационных потоков на входе в АСК назовем детерминированной, а режим работы АСК, реализующий эту модель, - циклическим. Второй подход основан на представлении АСК в виде однолинейной системы массового обслуживания со многими входящими потоками, поступающими от контролируемых подсистем. Математическую модель, описывающую поведение такой системы, принято называть стохастической. В соответствии с детерминированной моделью задача оптимизации входных информационных потоков АСК сводится к отысканию оптимального распределения величин { } интервалов времени, через которые i-я подсистема передает информацию на вход АСК. Можно показать, что эта задача представляет собой стандартную задачу нелинейного программирования, согласно которой осуществляется минимизация некоторой целевой функции при нелинейном ограничении где Т - общее время функционирования АСК в режиме обработки информации; Т - время, расходуемое АСК на переработку информации, поступающей от n подсистем; - среднее время, необходимое АСК на обработку информации от 1-й подсистемы (на одну передачу сведений); скорость накопления информации в i-й подсистеме; - стоимость единицы информации, поступившей от i-й подсистемы на вход в АСК; -стоимость единицы неопределенности наших знаний о состоянии i-й подсистемы, измеряемая объемом информации, накопленной в этой подсистеме, но еще не переданной или не поступившей на вход АСК. Минимизация целевой функций (5.1) при ограничении (5.2) достаточно просто реализуется на ЭВМ посредством хорошо отработанных методов и программ. Согласно стохастической модели задача оптимизации входных информационных потоков АСК имеет два решения: применительно к системам без приоритета и с приоритетом. Применительно к АСК без приоритета, имеющей всего один канал приема информации, на который поступает n простейших потоков требований от n контролируемых подсистем (с каждой из подсистем по одному потоку), время обслуживания требований не зависит от длины и состава очереди и от поступающего потока. Помимо обслуживания потоков АСК реализует еще ряд функций (самоконтроль, формирование сигналов управления и др.), которые осуществляются ею в те моменты, когда на ее входе отсутствуют требования суммарного потока ,, где - интенсивность i-го потока. Если на входные потоки не накладывать никаких ограничений, то может оказаться, что время, оставшееся на выполнение этих функций, будет недостаточным. Поэтому, несмотря на приоритет задач обслуживания, общее время использования АСК для указанных целей должно лежать в определенных границах, что может быть достигнуто соответствующим выбором параметров входящих потоков и АСК. Такой выбор может быть осуществлен путем оптимизации общих расходов, связанных с получением и обработкой информации от контролируемых подсистем. При реализации стохастической модели для АСК с приоритетом, в отличие от модели без приоритета, могут иметь место две ситуации. Первая из них характерна тем, что приоритетность потока определяется возможностью подсистемы, с которой он поступает, и поэтому известна заранее. Вторая ситуация характерна тем, что приоритетность потока заранее не задана и ее необходимо определить исходя из минимума общих затрат на систему. В данной ситуации можно считать, что функция распределения времени обслуживания каждого потока показательная с соответствующим параметром для i-го потока. Очередь на обслуживание не ограничена, и требуется сформировать входящие потоки с назначением их приоритета (т.е. задать их ) так, чтобы минимизировать общие затраты на АСК.
Рис. 5.1 Временная диаграмма процедуры опроса каналов и ввода данных в ЭВМ АСК (n = 4; = 4; т = 3; = 1) Наряду с рассмотренными принципами оптимального формирования входных информационных потоков АСК существенного внимания заслуживает принцип формирования потоков при таймерном режиме опроса контролируемых подсистем, при котором опрос каждой из п подсистем (информационных каналов) осуществляется со своим индивидуальным периодом. Важное преимущество таймерного режима работы АСК и соответствующего ему принципа формирования информационных потоков состоит в том, что при его реализации отпадает необходимость в датировании результатов измерений и привязке к ним номеров источников информации. Тем самым сокращается длина кодового слова, соответствующая результату измерения, и, следовательно, объем оперативной памяти, в которой эти результаты хранятся. Периодичность получения результатов измерения (для каждого из каналов) позволяет также упростить алгоритмы обработки информации. При реализации таймерного режима источники информации в том порядке, который определяется заданным алгоритмом, подключаются с помощью коммутатора к входу аналого-цифрового преобразователя, имеющего фиксированное время измерения . Результаты измерения передаются в оперативную память одной из ЭВМ АСК для хранения и дальнейшей обработки. Ввод информации в АСК производится в течение интервалов времени , следующих один за другим через время интервалы считывания (рис. 5.1). Для хранения данных, получаемых между интервалами считывания, во всех каналах предусмотрены индивидуальные буферные запоминающие устройства емкостью в т результатов измерения. Эти запоминающие устройства коммутируются к выходу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) одновременно с подключением на его вход соответствующих источников информации. Число т определяет также количество результатов измерения, которое в течение одного интервала считывания можно из буферной памяти переслать в оперативную память. Необходимость в накоплении и передаче блока из т цифровых кодов, характеризующих состояние одного канала, вызвана тем, что число двоичных разрядов цифровых кодов результата измерения меньше числа двоичных разрядов, составляющих емкость ячейки оперативной памяти. Именно т — целая часть отношения разрядностей этих чисел. Если в ячейку оперативной памяти записывать не всю информацию одновременно, а разделить ее на «порции», то потребуется, во-первых, непроизводительное время на считывание уже занесенных в ячейку данных и, во-вторых, дополнительное оборудование для «упаковки» извлеченных из ячейки и вновь поступивших результатов измерения. В случае же записи в одну ячейку памяти результатов измерения в различных каналах возникнут трудности при их расшифровке (определении подсистем, к которым относятся хранимые в ячейке результаты измерения). Очевидно, что при заданных значениях величин ( и т время измерения должно быть ограничено сверху: /т. В противном случае за интервал времени невозможно выполнить т измерений и, следовательно, таймерный режим не будет реализован. В то же время слишком малые значения означают необоснованно завышенные требования к быстродействию аналого-цифрового преобразователя и свидетельствуют о несогласованности его «производительности» с характеристиками линии связи между контролируемыми подсистемами и ЭВМ, входящими в состав АСК. Однако даже в условиях полного согласования ( = tn) возможны потери информации из-за неправильного выбора процедуры опроса каналов. Такая ситуация возникает, например, в условиях циклического режима при естественном (казалось бы) последовательном подключении каналов через интервалы . Действительно, к некоторому моменту времени происходит заполнение буферных запоминающих устройств в нескольких каналах, тогда как до поступления новых данных может быть передано в оперативную память содержание только одного буферного устройства. Таким образом, возникает задача о выборе такой процедуры опроса источников информации, которая обеспечивала бы заданный период для каждого канала и не приводила бы к потере данных из-за невозможности одновременной передачи по линии связи более чем т результатов измерения в течение одного интервала считывания . Очевидно, что особенности искомой процедуры будут влиять и на структуру измерительного тракта АСК. Остановимся сначала на организации циклического режима как частного случая таймерного, различая при этом две разновидности его задания: 1) заданы период опроса 6 (одинаковый для всех каналов), время измерения , интервал времени между считываниями tп и число т. Требуется найти максимальное число каналов Nmax, для которого возможен циклический опрос с заданным периодом; 2) фиксируются значения n, , tn и т; нужно определить возможный наименьший период. В дальнейшем будем полагать, что и tп/ - целые числа. Для этих разновидностей задания циклического режима необходимо найти процедуру опроса, гарантирующую отсутствие потерь данных, и предложить варианты схемной реализации. Максимальное число каналов (для постановки 1) и минимальный период (для постановки 2) должны отвечать условию (5.3) Следует отметить, что при циклической процедуре опроса к началу каждого интервала считывания заполняется ровно одно буферное устройство. Это обстоятельство целесообразно учитывать при контроле правильности протекания процедуры. Указанная особенность процедуры позволяет отказаться от коммутатора, подключающего буферные запоминающие устройства к линии связи. Эта идея имеет простую схемную реализацию: достаточно предусмотреть запрет на считывание содержания тех буферных устройств, которые заполнены менее чем т результатами измерений. Нельзя не отметить, что зависимость значений начальной фазы от номера канала (индексов i и j) ведет к усложнению АСК, так как появляется потребность в устройстве, реализующем необходимые задержки. Однако возможно и другое схемное решение, основанное на использовании в буферных устройствах так называемой «гнездовой» памяти. Последняя представляет собой набор из т регистров, число двоичных разрядов в каждом из которых равно числу разрядов в двоичной записи результата измерения (информационного слова). Одноименные разряды регистров соединены цепями сдвига. Информационные слова могут продвигаться из регистра в регистр в направлении от входа к выходу. Информационное слово, поступившее первым, записывается в первый регистр; слово, поступившее вторым продвигает первое слово во второй регистр, а само занимает освободившийся первый регистр и т. д. Если буферное запоминающее устройство занято полностью, то при поступлении следующего слова информация, содержащаяся в т-м регистре, теряется и в него подается результат, хранившийся в регистре с номером (т - 1). Гнездовая память в буферных запоминающих устройствах автоматически выполняет операции начальной задержки, так как результаты измерений, которые не должны фиксироваться в течение переходного режима, теряются. Обратимся теперь к таймерному режиму. Если условие гарантировало возможность реализации циклического режима, то в тай мерном режиме аналогичное условие формулируется не столь просто. Необходимым условием реализуемости таймерного режима является выполнение неравенства или, считая ,. Рассмотрим теперь задачи, связанные с организацией накопления данных в буферных запоминающих устройствах (БЗУ) и дальнейшей передачей их в одну из ЭВМ АСК. Эти задачи состоят в том, чтобы для каждого из каналов найти моменты первого измерения и первого считывания, обеспечивающие отсутствие потерь информации. Обратимся сначала к задаче об организации считывания данных из индивидуальных БЗУ. В случае, когда емкость этих устройств равна т информационным словам, порядок считывания будет повторять порядок опроса каналов. При этом, если период опроса i-го канала составляет величину то период между считываниями данных в этом канале должен составлять m . Таким образом, процедура считывания может быть организована следующим образом: отмечается момент первого заполнения БЗУ в некотором к-м канале и в ближайший момент считывания производится передача данных в «память» ЭВМ; если момент (интервал) опроса в l-м канале отстоит на я временных единиц от момента опроса к-го канала, то момент считывания в l-м канале отстоит на тs временных единиц от момента считывания в к-м канале. Для предотвращения потерь информации из-за ограниченного объема БЗУ необходимо, чтобы до момента первого считывания в БЗУ каждого канала поступило ровно по т информационных слов. Аппаратурная реализация таймерного режима в соответствии с изложенным выше должна предусматривать как устройства для получения заданной периодичности отсчетов в каждом из каналов, так и аппаратуру для организации «начальных фаз» отсчетов. В ряде случаев при реализации таймерного режима представляется целесообразным осуществление БЗУ по схеме гнездовой памяти; при этом автоматически обеспечивается «вхождение» в стационарный режим опроса без применения специальных устройств для фиксирования начальных фаз в каждом из каналов. К решению подобных задач сводится и определение условий осуществимости периодических режимов опроса при наличии в АСК нескольких измерительных трактов.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|