CC BY
7т2 = 0.048с2; к 1 (0) = 2.5. Полученные на модели графики переходных процессов системы по выходной
величине (кривая 2) при у(0)=2, у(0) = 0 и изменении сигнала задания по закону g(t) = 2t + 2t2 (кривая 1), а также ступенчатом изменении коэффициента усиления объекта с к1~0.4 до кг=40 в момент времени *=0.5 с представлены на рис, 2.
Р и с. 2. Переходные процессы
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Основы проектирования следящих систем / Под ред. проф. Н.А. Лакоты; М.: Машиностроение, ] 978. 391 с.
2. Еясуков B.C. Синтез нелинейных систем стабилизации со скользящими режимами в контурах локализации возмущений // Вести.
Самар, гос. техн. ун-m Сер. Техн. науки. 2005. №33. С.308-312.
3. Востриков А. С. Синтез нелинейных систем методом локализации. Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1990. 120 с.
Статья поступила в редакцию 2 7 сентября 2006 г.
УДК 621.398.1
Ю.Ю. Коврига
ФОРМИРОВАНИЕ СУБКАДРОВ В СИСТЕМЕ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ
В статье рассматривается метод структурного синтеза программы измерений в части формирования субкадров в системе телеизмерений космических аппаратов, основанный на последовательном алгоритме размещения.
Информационное обслуживание космических аппаратов на борту осуществляется бортовой системой телеметрических измерений (БСТИ) и заключается в обеспечении сбора, обработки и представления сообщений, содержащих интересующую потребителей информацию, для передачи наземным или бортовым потребителям, т.е. в организации сбора телеметрической информации (ТМИ) и управления программой измерений.
Системы телеизмерений и решаемые ими задачи год от года становятся все сложнее. В то же время более жесткими становятся требования, предъявляемые к срокам и качеству их проектирования. В таких условиях традиционные неавтоматизированные методы проектирования оказываются неэффективными. К настоящему времени создано большое число средств САПР, различающихся типами, выполняемых проектных процедур и ориентацией на те или иные разновидности радиоэлектронных изделий [1]. Однако при всем их многообразии осталась нерешенной задача автоматизации проектирования программы измерений при разработке БСТИ.
Задача проектирования программы измерений относится к задачам структурного синтеза, особенность которых заключается в том, что для получения оптимального варианта структуры проектируемого объекта необходимо наличие его математической модели, представляющей собой формальное описание множества структур объекта и связывающих их отношений на принятом уровне детализации. В этом случае задача структурного синтеза сводится к выбору компромиссного варианта в счетном множестве [2].
При проектировании программы измерений БСТИ рассматривается как статическая информационная система, и ее математическая модель может быть описана на теоретико-множественном уровне, где в к^че-
стве базовых понятий выступают множества, элементами которых являются упорядоченные совокупности атрибутов, и отношения между ними.
Модель БСТИ отвечает решению задачи декомпозиции проектирования с использованием положений блочно-иерархического подхода [2], согласно которому синтезируется не вся программа измерений целиком, а определенные функциональные блоки с требуемым уровнем детализации в соответствии с выбранным способом декомпозиции.
Рассмотрим формирование субкадров как один из этапов синтеза программы измерений.
При формировании кадров программ сбора параметр р, е Par, имеющий частоту опроса в какой-либо программе pr е Prog (pFreq(pi,pr)) ниже частоты следования кадров этой программы (prFreqipr)), в целях устранения статистической избыточности передаваемой ТМИ и увеличения числа передаваемых в одном кадре параметров опрашивается на позициях субкадров, формируемых так называемыми субкоммугатора-ми (СК) в кадре программы сбора.
В смысловом аспекте субкадры являются группами эквивалентности параметров. Один субкадр объединяет параметры, опрашиваемые в одних и тех же программах сбора (иначе параметр на СК может опрашиваться в программе сбора, в которой не должен опрашиваться, что приводит к семантической избыточности). Кроме того, принято отличать СК для температурных, нетемпературных параметров и отдельно для программы "НП+В". Каждая группа эквивалентности ограничена по числу элементов максимальной глубиной субкоммутации scCap{sc).
Количество и типы СК зависят от количества и типов низкочастотных параметров, количества различных сочетаний программ сбора для параметров и максимальной глубины субкоммутации. Поэтому СК не входят в исходные данные на проектирование, а являются его результатом и физически реализуются прошивкой ПЗУ соответствующего прибора системы, отвечающего за формирование телеметрических кадров. Соответственно, на начальном этапе проектирования БСТИ множество СК является пустым (SC = 0). По мере заполнения каналов СК или при невозможности распределения очередного параметра в силу вышеназванных ограничений на какой-либо из уже существующих СК, создается новый СК для программ сбора и типов параметров, соответствующих номенклатуре программ сбора и типу распределяемого параметра.
Вся ТМИ в системе хранится во внутреннем ОЗУ, динамически отображающем состояние всей датчи-ковой сета, которая подключена к системе через набор локальных коммутаторов (ЛК), и при формировании кадров и субкадров опрашиваются не каналы ЛК, а соответствующие им адреса ОЗУ. Так как каждому адресу ОЗУ должен соответствовать один или несколько (в зависимости от частоты опроса параметров с этого адреса) каналов СК, то целью данного этапа синтеза программы измерений является построение множества векторов вида (адрес ОЗУ, СК, канал СК), задающего соответствие между множеством адресов ОЗУ (Adr) и множеством каналов СК (jV(SC) с SC х N, где N - множество натуральных чисел):
Приведенная частота обладает тремя важными свойствами. Во-первых, в порядковом отношении она ведет себя подобно обычной частоте: чем выше частота опроса, тем выше приведенная частота, и наоборот. Во-вторых, ее знак показывает, где должен опрашиваться параметр: отрицательные значения означают необходимость распределения по СК, положительные - по кадрам программ сбора (равное нулю значение, как и для обычной частоты, свидетельствует о том, что параметр в данной программе не распределяется ни по кадру, ни по субкадру). В-третьих, абсолютное значение приведенной частоты показывает, сколько раз параметр будет появляться в кадре программы сбора (рРгецЩр, рг) раз) или в ее субкадре (5cCapf.se) /1 рРгедЩр, рг)\ раз). При этом полученное значение может быть увеличено в два раза для недопущения снижения приведенной частоты опроса параметра в случае, если отношение частоты опроса параметра к частоте следования кадров не окажется целой степенью числа 2.
Так как в зависимости от количества разрядов дискретные параметры могут иметь в ОЗУ несколько адресов, а на одном адресе может быть несколько параметров, частоты опроса которых в одной программе сбора могут быть различны, то при формировании СК необходимо руководствоваться приведенной частотой опроса не отдельного параметра, а адреса ОЗУ в целом.
в с Аёг х N(80 = {(^ илс) [ ас1 е Ас!г, зс е 8С, п5С = 1, зсСар^эс)}. Для начала определим приведенную частоту опроса параметрар в программерг как
О, если pFreq(p,pr)-0>
(1)
(2)
где
F,(atb)^siff4}og2(a/b))-2^Btlia,bA
Зная множество распределенных на адрес асі параметров (функция ас1Раг(асГ)'. Раг-> А<1г), можно определить приведенную частоту опроса этого адреса в программе сборарг как максимум приведенных частот всех параметров, распределенных на этот адрес:
■... ■ асіРгедИР{асі, рг) = тах{рРгецШр„ рг) \ р, є сиіРсоішІ)}. (3)
Тогда необходимость распределения адреса ай в зону СК в программе рг определяется как
аШз8СР{асі, рг) о асіРгедЯР(сиі, рг) < 0. (4)
Таким образом, адрес ОЗУ должен распределяться по СК, если он в соответствии с (4) распределяется по СК хотя бы в одной программе сбора, т.е. удовлетворяет условию
«Й&УЦекО о (3рг є Рго§) (а^/зЗСДас/, рг)). (5)
Подмножество программ сбора, для которых адрес асі распределяется в зону СК, задающее также и номенклатуру программ сбора для СК, определяется выражением
а£8СРго£(ае[) = {ргі є¥го%\ аДкЗСР^^г?)}. (6)
В итоге приведенная частота опроса адреса асі в СК определяется как максимум приведенных частот этого адреса во всех программах сборт, в которых опрашивается СК:
аіЗРгеяК(а(і) - тах{ас1РгеяЯР(ас1, рг,) | ргі є а<1$СРго$(а<1)}. (7)
Так как температурные (р,є яіРаг, яїРаг с Раг) и нетемпературные (р, є Раг\8іРаг) параметры не должны смешиваться в пределах одного СК, то необходимо определить функцию, вычисляющую тип адреса асі при распределении в зону СК по типу параметров:
*ЮСТуре(аа)=\1> если № є ІР є 5ГРаг>’ (8)
(2, если (V/) е аёРаг(аё)) (р ё Раг \ зіРаг).
Задача синтеза программы измерений вообще и рассматриваемой структуры в частности относится х задачам третьего уровня сложности, сводящимся к выбору варианта в конечном множестве, но достаточно большой мощности, чтобы реализовать полный перебор. Получающиеся при этом комбинаторные задачи являются ЛР-полными задачами, для которых точные алгоритмы решения имеют экспоненциальную сложность [2]. Для структурного синтеза программы измерений применим последовательный алгоритм размещения со сложностью 0(п), основанный на наращивании структуры путем добавления по определенным правилам элементов к некоторому начальному элементу вплоть до образования законченной структуры. Множество адресов ОЗУ, подлежащих распределению на СК, представим в виде
АіІГц; = {асі, е Айг | асіІя8С{асі,)} (9)
и зададим на нем отношение строгого порядка:
(асі,, асі/) єЯо (асі5СРго^асі^ < осйСРго^а^)) & (10)
& (аёБгеяЩас),) > а<ЗРгеяК(а^)) & (асі5СТуре(асі|) < аёЗСТуре(а^)) & (асі, < асі;).
Для заданных исходных множества АёГж и множества Л^(8С) порождающая процедура для множества Є определяется по рекурсивным правилам системой
С(0)=С0;
С(') =в(М)и*/(с(М1,^) і=й , (И)
где С®' - начальное состояние структуры Є, задаваемое множеством <їо (как правило, Є®0 = 0),;
- состояние структуры после размещения элемента асі, по элементам («с, пк);
(^С^, ас!,) - элементарная порождающая функция, размещающая очередной элемент асі, с учетом возможных ограничений и построенной на данный момент струюуры
Ограничения на допустимость распределения адреса асі по каналам СК заключаются в определении соответствия типа СК зсТуре($с) и номенклатуры программ для СК лсРго^іс) с типом параметров и номенклатурой программ опроса для адреса асі, а также наличия необходимого количества свободных каналов у СК, первым из которых является иіГ:
зсУаШ{Си''\асі, яс, Пч) <=> (зсТурфс) = асі5СТуре(асі}) & (12)
& (зсРго^зс) =ас$СРго^ас1)) & (в№ є {1,..,,\асіРгедК(асі)\}) & (-)3($с, Ь)є и/ЬзС0'11),
где Ь є{Пи;+/| айРгедЩсиЩ, ] є {0, ...,зеСарІБС) /’{ а(1РгецК{а<1)\ - І}.
Тогда множество допустимых каналов СК для распределения адреса определяется как
= {(іс, и«.) € Л^С*"0) 1ак, О}. (13)
В случае, если не найден ни один подходящий СК (§(,) = 0), множество 8С(М) дополняется новым СК, получающим следующий по порядку номер зсШтЬ и соответствующим адресу ас1 по типу и номенклатуре программ сбора. Очевидно, что в этом случае множество g(') определяется каналами вновь созданного и петому полностью свободного СК. Считая, что все СК и каналы СК имеют одинаковые характеристики и отличаются только порядком опроса в кадрах программ сбора, введем косвенный критерий оптимальности \У(в®), определяемый номером СК 5сЫитЬ{&с) и номером канала СК пж для первого появления адреса аЛ, в СК. Тогда бинарное отношение сравнительной эффективности на множестве представляет собой полный порядок, определяемый скалярной функцией \У(СМ), и задача синтеза в1'1 заключается в определении множества векторов (аё„ зс, пж), характеризующего размещение адреса на множестве допустимых каналов СК, при котором критерий \У(С(Л) при известных ограничениях принимает минимальное значение.
В связи с этим элементарная порождающая функция вычисляется по формуле
0, если е пр^‘~^;
adj, шт { (яс, п1С + ]• \ аёРгецк{ай1) |) I зсУЫгЩС('“'1, , лс, ии} к (14)
зсМтб.п^ ' )\
если о4) & яр]С^_!).
Если адрес а^! уже размещен по СК (о^е и/7,С(''п), то его повторное размещение не производится (значение функции ^ равно 0, и множество в1'1 в соответствии с (11) не изменится: С^= с(М)). Иначе адресу ек// ставится в соответствие множество векторов («\ пж) как оптимальный вариант с учетом введенных ограничений (12) на размещение параметра.
Аналогичным образом выполняется синтез и других структур при решении задачи проектирования программы измерений в соответствии с выбранным способом декомпозиции.
Таким образом, реализация данного метода и модели при помощи современных информационных технологий позволяет разработать САПР БСТИ со всеми очевидными преимуществами от его внедрения в практику разработки БСТИ изделий ракетно-космической техники.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Норенков И.П., Кузьмин П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. САЬ5-технологни, М.: Изд-ао МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 2002. 320 с.
2. Норенков И.П., Маитее В.Б. Основы теории и проектирования САПР: Учеб. для втузов. М.: Высш. шк.. 1990. 335 с.
Статья поступила в редакцию 20 марта 2001 г.
УДК 621.317.08
Л. В. Кудашов
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
ДЛЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Рассмотрены вопросы теории, методы и алгоритмы построения приборов измерения интегральных параметров электроэнергетических сетей: действующих значений напряжения, а также частоты сетевого напряжения.
В последние годы проблемы метрологического обеспечения измерений электроэнергии и мощности становятся все более актуальными в связи с созданием и развитием оптового и розничного рынков электроэнергии и мощности.
С учетом сложности проблемы в настоящее время весьма актуально точное измерение хотя бы основных параметров качества электроэнергии: частоты, напряжения, активной, реактивной и полной мощности, провалов напряжения и др. согласно ГОСТ 13109-97 [1].
Наличие у потребителя и производителя сертифицированных средств измерения, позволяющих более точно измерять параметры электроэнергии, позволит правильно оценить стоимость потребленной (произведенной) энергии, а также предъявить обоснованные требования к качеству потребленной энергии, что особенно актуально в свете роста тарифов на электроэнергию. К тому же следует отметить, что большая часть энергетического оборудования, в том числе и измерительного, устарела как физически, так и мораль*" но и подлежит замене. Таким образом, становится очевидным, что игнорировать качество электроэнергии,
