Теория информационно-управляющих вычислительных систем

Краткий курс лекций

Информационно-вычислительные системы

Объект управления:

- вектор входных значений;

- вектор выходных значений;

- вектор управления;

- вектор внешних воздействий.

Условия для реализации информационной системы

• Техническое обеспечение;

• Программное обеспечение;

• Математическое обеспечение;

• Алгоритмическое обеспечение;

• Юридическое обеспечение и т. д.

Организация управления

Управление может быть организовано двумя путями:

• управляющее воздействие передается от вычислительной машины непосредственно на объект непрерывно – автоматический режим работы (сбор информации, обработка, воздействие на объект практически без участия человека)

• информация после обработки передается человеку, который осуществляет управление - автоматизированный режим работы:

Управление

Уровни управления:

• 1 – это уровень стратегического управления (решения принимаются коллективом; время отведенное на принятие этого решения – месяцы(сутки)).

• 2 – это уровень тактического управления (в основном автоматизированное управление(осуществляется человеком); порядок времени – часы).

• 3 – это уровень оперативного управления (этот уровень в основном автоматический, выполняются простейшие функции; порядок времени – минуты).

Способы осуществления управления:

1. Непосредственное цифровое управление (НЦУ):

2. Супервайзерное управление (для объектов повышенной опасности)

Структура информационно- управляющей системы

Управляющая часть системы

Обеспечение информационно-управляющих систем

• ТО – техническое обеспечение;

• ИО – информационное обеспечение;

• ПО – программное обеспечение;

• МО – математическое обеспечение;

• ЮО – юридическое обеспечение;

Техническое обеспечение включает в себя следующие элементы:

• Датчики – измерительные элементы;

• Преобразователи – любой сигнал должен быть преобразован в электрический;

• Нормирующие преобразователи;

• Канал связи (Канал связи должен быть помехозащищенным. Модем – простейшая форма защиты);

• Вычислительную систему, которая выполняет следующие функции:

• Обработка информации (ИС);

• Принятие решений по управлению;

• Выдача информации (+хранение информации и выдача ее подсистемам (человеку));

• Средства управления (U(t));

• Исполнительный механизм (привод).

Схема

Вычислительная система

ВМ – управляющие машины (специальный класс машин – защита от климата, температуры, внутри АЦП или ЦАП, в зависимости от объекта), которые имеют следующие характеристики:

• высокая надежность;

• должны работать в особых условиях;

ВС/ВК – вычислительная система / вычислительный комплекс.

Вычислительная сеть – несколько машин, соединенных в какую-либо систему (многоуровневые (иерархические) системы (сети)). Чаще 3 – 4 уровня 3 – 5 машин на одну головную (host). Достоинства – сортировка информации, экономическая выгода. Недостатки – обмен между двумя крайними затруднен

Типы вычислительных сетей

• Кольцевые сети (Cambridge Link):

• Матричные сети:

• Многоуровневые сети:

• Комбинированные.

Функции

Любая функция может быть реализована аппаратно или программно

Данная схема реализует исполнение функции аппаратно

В случае программной реализации:

Алгоритм

Алгоритмом называется последовательность действий, которые необходимо произвести над исходной информацией для получения желаемого результата.

При этом под алгоритмами понимается не любая последовательность, а только та, которая удовлетворяет следующим требованиям:

• Свойство массовости.

• Свойство определенности (детерминированности).

• Свойство результативности.

Понятие паспортизации алгоритмов

Алгоритмы имеют паспорт, который должен содержать как минимум две характеристики:

• Время получения результата.

• Объем занимаемой памяти.

Паспорт служит для выбора наиболее эффективного алгоритма.

Для описания алгоритмов используются следующие способы:

• Графический способ (блок-схема)

• Использование алгоритмических языков

При использовании графического способа используются следующие методы:

• Линейный алгоритм:

• Разветвляющийся алгоритм (состоит из нескольких линейных):

• Циклический алгоритм:

• Любой алгоритм может быть

Модели

Модели установившихся (стационарных) режимов

В выходе есть функция входа и управления

, где α определяется по результатам эксперимента.

,по пространственной координате t→∞ для всех

Динамические (наличие времени)

В дифференциальной форме

Между дифференциальным уравнением и динамическим решением существует алгоритм решения

Объекты управления

С точки зрения ИУВС типы (классы) объектов управления можно разделить на

1.Технологические (атомные станции)

2.Финансовые (банки)

3.Метеорологические

4.Гео-информационные системы (ГИС)

5.Организационные системы (военные)

6.Системы проектирования (Объезд аварии на дороге)

…

Все они имеют:

• Вычислительную технику;

• Множество входных сигналов;

• Необходимость управления множеством входных и выходных сигналов.