1.5. Обработка информации.

Любая информация, обрабатываемая в компьютере, должна быть представ-

лена двоичными цифрами 0,1, т.е. должна быть закодирована комбинацией

комбинацией этих цифр. Различные виды информации (числа, тексты, графи-

ка, звук) имеют свои правила кодирования. Коды отдельных значений, отно-

сящихся к различным видам информации, могут совпадать. Поэтому расши-

фровка кодированных данных осуществляется по контексту при выполнении

команд программ.

При построении систем управления циркулирующую на предприятии ин-

формацию необходимо рассмотреть, во-первых, с точки зрения ее практичес-

кой полезности и ценности для пользователей информации и АСУ с целью принятия решения и, во-вторых, с точки зрения смысловой взаимосвязи меж-

ду информационными процессами.

Первое позволяет установить необходимую и достаточную для пользовате-

лей информацию и на этой основе решить технические вопросы – осущест-

вить выбор необходимых вычислительных средств по переработке, хране-

нию, передаче информации в каналы связи систем управления для выработки

управляющих воздействий по обеспечению производства качественной про-

дукции.

Второе позволяет раскрыть содержание информации, отражающее состоя-

ние объекта, вскрыть отношение между знаками и символами, их предмет-

ными смысловыми значениями и выбрать смысловые единицы измерения

(критерии) информации, провести классификацию показателей объектов,

создать систему взаимосвязанных кодов, обеспечивающих эффективную ра-

боту систем управления производственными процессами. Смысловой аспект информации способствует наиболее полному выяснению, изучению состоя-

ния производственных процессов, явлений и данных с целью обоснованного

принятия, выработки управляющих решений и воздействий для обеспечения

производства продукции стандартного качества.

Основным видом информации о состоянии объекта управления в АСУ явля-

ются текущие значения технологических параметров, которые преобразуют-

ся автоматическими измерительными устройствами в сигналы измеритель-

ной информации. После приведения к стандартной форме эти сигналы вводя-

тся в программно-технический комплекс (ПТК) и представляют в нем значе-

ния соответствующих параметров в данный момент времени.

Сформированный таким образом массив исходной информации не пригоден для непосредственного использования при решении задач управления, так как требуется его предварительная обработка, которую называют первичной. Для этого необходимо рассмотреть последовательность необходимых преоб-

разований, которым подвергается измерительная величина в типовом устрой-

стве связи с объектом (УСО), его схема приведена на рис.1.1.

z(t) e (t)

X(t) Y(t) g(t) t₀ g(jt₀) g*(jt₀)

_{1 2 3}

Рис.1.1. Схема УСО

где 1 – первичный преобразователь (датчик); 2 – коммутатор; 3 – аналого-

цифровой преобразователь (АЦП).

Измеряемая величина х(t), которая обычно является стационарной случай-

ной функцией времени, воздействует на вход измерительного преобразовате-

ля (ИП), на выходе которого формируется сигнал измерительной информа-

ции у(t). Принцип действия большинства ИП таков, что их выходной сигнал

зависит не только от значения измеряемой величины, но и от ряда других величин z_j которые являются влияющими.

Например, термоэлектрический преобразователь температуры (ТПП) пре-

образует измеряемую величину – температуру – в сигнал измерительной ин-

формацц – э.д.с.. Однако этот сигнал зависит не только от величины измеря-

емой температуры, которая воспринимается рабочим спаем, но и от темпера-

туры свободных спаев, которая в этом случае является влияющей величиной.

В общем случае без учета динамической характеристики ИП связь между

сигналами на его входе и выходе описывается статической характеристикой

вида: у = f(х, z) , (1 – 18)

где f – непрерывная и дифференцируемая по всем аргументам; z – вектор

влияющих величин.

Однозначное соответствие между сигналами измерительной информации и

измеряемой величиной обеспечивается только при постоянных значениях влияющих величин. Для каждого ИП эти номинальные значения z^o_j указыва-

ют в его паспорте. Подставив их в уравнение (1-18), получим номинальную

(паспортную) статическую характеристику ИП:

у = f(x, z^o) = f_o(x) (1-19)

Можно считать, что в процессе работы ИП значения влияющих величин

соответствуют номинальным; следовательно, преобразование значений из-

меряемой величины в сигнал измерительной информации выполняется в

соответствии с паспортной статической характеристикой (1-19). Однако и

при выполнении этого условия всякий реальный ИП вносит в результаты не-

которую погрешность.

На схеме (1-1) погрешность представлена в виде случайной функции време-

ни е(t), которая накладывается на полезный сигнал у(t) измерительной инфо-

рмации. Помеха е(t) моделирует не только случайную погрешность ИП, но и

электрические наводки в соединительных проводах, обусловленные магнит-

ными полями электросилового оборудования; влияние пульсации давления и расхода в технологических трубопроводах вследствие работы насосов и ком-

прессоров и другие факторы. На вход ПТК поступает суммарный сигнал:

g(t) = у(t) + e(t) (1 – 20)

Так как АСУ имеет некоторое множество УСО, их обслуживание разделено во времени, каждый канал периодически с периодом t_o подключается на не-

которое время ко входу ПТК. В результате непрерывная функция g(t) преоб-

разуется в последовательность импульсов, модулированных по амплитуде функций g(t). На схеме УСО (см. рис. 1.1) функцию квантования сигнала g(t)

по времени выполняет коммутатор (2), условно обозначенный в виде ключа,

замыкаемого с периодом t_o. На выходе коммутатора образуется решетчатая

ф ункция: g(t) при t = jt_o , j = 0,1,2 ….

g(jt_o) =

0 при t≠ jt_o

Следующим видом преобразования, которому подвергается сигнал измери-

тельной информации в УСО, является квантование по уровню, выполняемое

АЦП. При этом амплитуды импульсов g(jt_o) преобразуется в числа g*(jt_o). вы-

раженные в коде, с которыми в дальнейшем оперирует ЭВМ. Современные

компьютеры, как правило, используют двоичный код и оперируют с числами,

имеющими 16, 32 и 64. Операция квантования дискретной величины g*(lt_o) по уровню можно описать следующим выражением:

g*(jt_o) = Int g(jt_o)/g g , (1 – 21)

где Int(r) – функция “целая часть от r”; g – шаг квантования по уровню, т.е.

цена младшего разряда в двоичном коде числа g*(jt_o).

Число g*(jt_o), полученное в результате выполнения всех преобразований из-

меряемой величины в УСО, вводится в ПТК и в дальнейшем представляет в нем значение измеряемой величины х(t) в момент времени t = jt_o.

Согласно вышеизложенному решаются следующие основные задачи пер-

вичной обработки информации в АСУ:

1) фильтрация сигнала измерительной информации от случайной помехи

(погрешности) е(t);

2) восстановление значения измеряемой величины х(t) по сигналу измерите-

льной информации у(t);

3) коррекция восстановленных значений измеряемой величины с учетом отк-

лонения условий измерения от номинальных;

4) восстановление значений измеряемой величины х(t) при jt_o  t  (j + 1)t_o,

т.е. интерполяция и экстраполяция.

1.6. Алгоритмы обработки информации и ее оценивание.

Процесс управления обусловлен сбором и проверкой достоверности ин-формации о текущих значениях технологических параметров, характеризу- ющих состояние объекта управления (технологический процесс).

Первичная обработка информации состоит из операций сбора, линеариза-

ции и приведения сигналов к виду удобному для использования в вычислите-

льном устройстве.

Алгоритмы сбора информации определяют последовательность и периодич-

ность опроса первичных преобразователей (датчиков). Они подразделяются

на алгоритмы адресного, программного, циклического, адаптивного опросов.

Алгоритмы адресного опроса обеспечивают опрос датчиков по заданным адресам.

Алгоритмы программного и циклического опроса осуществляют опрос дат-

чиков согласно заданной последовательности.

Алгоритмы адаптивного опроса организуют опрос датчиков в зависимости от состояния объекта управления: расположенности к аварийному состоя-

нию, скорости изменений параметров заданных уровней, его значимости.

Исходными данными алгоритмов опроса датчиков являются: число прону-

мерованных датчиков (х_i), массивы верхних и нижних пределов допустимых значений (норм) показаний датчиков (х_i), время при котором произошло отк-

лонение от нормы (t_i) и порядковый номер датчика (i). После опроса всех дат- чиков, результаты выводятся на принтер или вводятся в микропроцессорную

систему (МПС) для контроля и формирования управляющих воздействий.

Алгоритм линеаризации применяют в случаях, когда зависимость показаний

датчика не линейна (непропорциональна) значениям измеряемой величины.

Эти алгоритмы выполняют определенную нелинейную операцию, чтобы ре-

зультат измерений линейно зависел от измеряемой переменной.

Алгоритмы приведения информации к виду, удобному для использования в

управляющем устройстве, применяют для согласования пределов измерений

с выходными сигналами компьютера и приведения информации к стандарт-

ному виду.

Алгоритмы оценивания (алгоритмы вторичной обработки информации) при-

меняют для снижения инструментальных и методических погрешностей из-

мерений, повышения достоверности информации, преобразования результа-

тов косвенных измерений. Они реализуются алгоритмами интерполяции, экс-раполяции и фильтрации.

Алгоритмы интерполяции используются для восстановления значения пере-

менной в промежутке между дискретными изменениями ее. При этом приме-

няется линейная интерполяция, посредством кусочно-линейной аппроксима-

ции исследуемой функции.

Алгоритмы экстраполяции (прогнозирования) обеспечивают запоминание

результата измерения до момента следующего измерения. При наличии ма-

тематической модели (ММ), имея дискретное измерение переменной, ее зна-

чение принимают за начальное условие для решения модели процесса. Резу-

льтат решения является экстраполированной оценкой до следующего диск-

ретного изменения. Если измеряемая переменная описывает случайный про-

цесс, то в качестве начального условия принимается математическое ожида-

ние контролируемого параметра. Однако, экстраполяция по математическому

ожиданию на малых интервалах проигрывает то точности экстраполяции, а при больших интервалах экстраполяции алгоритмы экстраполяции по мате-

матическому ожиданию является более точным.

Алгоритмы фильтрации предназначены для получения оценок результата в

текущий момент. В практике получили применение алгоритмы фильтрации

(фильтры), которые реализуются аналоговыми средствами (аппаратурно) или

программно. Распространение получили экспоненциальный фильтр, фильтр скользящего среднего и статистические фильтры.

Тестирование. Выбери правильный ответ.

а) Cовокупность методов, определяюших объект.

1.Что такое инфор- б) Философская категория познания мира.

мация? в) Совокупность принципов определяющих мир.

а) Процесс применения технологий и ЭВМ.

2.Компьютеризация б) Процесс применения человека и ЭВМ.

общества? в) Процесс применения информации и ЭВМ.

а) Мера неопределенности объекта управления.

3.Энтропия? б) Мера неопределенности данной ситуации.

в) Мера неопределенности состояния человека.

а) Автоматическая система управления

4. Что такое АСУ? б) Автоматизированная система управления.

в) Автономная система управления.

5.Информационное а) Совокупность технологий и алгоритмов описания

обеспечение АСУ. АСУ.

б) Совокупность технологий, данных и алгоритмов

описания АСУ.

в) Совокупность данных и алгоритмов описания АСУ.

Вопросы для самоконтроля.

1. Информационные технологии, их суть.

2. Количество информации.

3. Энтропия информации, ее суть.

4. Виды информации.

5. Системы счисления информации.

6. Способы представления информации.

7. Системы классификации информации.

8. Кодирование информации.

9. Обработка информации.

10.Алгоритмы обработки информации.

Глава 2. Общие сведения о системах и теории управления.