Сравнительный анализ быстродействия дискретно-логического регулятора

• полную независимость модели ПрО и организации данных;

• формирование начального отображения концептуальной модели ПрО в схему БД и поддержку динамического соответствия между ними на основе системного изоморфизма при изменениях модели ПрО и схемы БД;

• логическую корректность функционирования системы (АИС выдает одинаковые последовательности ответов на одну и ту же последовательность пользовательских запросов независимо от организации БД);

• высокую надежность функционирования системы, базирующуюся на формальных методах организации и обработки данных и постоянной готовности АИС к реализации запросов пользователей.

Кроме того, разработанная модель обеспечивает высокую эффективность функционирования системы, базирующуюся на независимости базы данных и использовании эффективных методов ее обработки.

Литература

1. Дрождин В.В., Зинченко Р.Е. Системный подход к концептуальному моделированию предметной области в самоорганизующейся информационной системе // Программные продукты и системы. 2009. № 4. С.73-79.

2. Дрождин В.В. Открытость структур в эволюционной модели данных // Программные продукты и системы. 2009. № 2. С. 135-137.

3. Дрождин В.В., Володин А.М. Автономный компонент организации данных // Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике: сб. стат. VIII Всеросс. науч.-технич. конф. Пенза: ПГПУ, 2008. С. 7-14.

4. Дрождин В.В., Зинченко Р.Е., Герасимова Е.В., Кузнецов Р.Н., Севостьянов Р.Ю. Модель системного изоморфизма концептуальной модели предметной области и схемы базы данных // Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике: сб. стат. IX Междунар. науч.-технич. конф. Пенза: ПГПУ, 2009. С. 44-49.

5. Дрождин В.В., Зинченко Р.Е. Формирование системы SQL-запросов для отображения объектного пользовательского представления предметной области в базу данных // Проблемы информатики. 2008. № 1. С. 48-50.

6. Дрождин В.В., Зинченко Р.Е. Модификация системы SQL-запросов при изменении пользовательского объектного представления предметной области // Изв. ПГПУ им. В.Г. Белинского. Физико-математические и технические науки. Пенза: ПГПУ. 2008. № 8 (12). С. 106-110.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ДИСКРЕТНО-ЛОГИЧЕСКОГО РЕГУЛЯТОРА

А. Ф. Антипин (Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета,

г. Стерлитамак, andrejantipin@ya.ru)

Предложено с помощью дискретно-логического регулятора сократить потери быстродействия системы регулирования, основанной на системе типовых продукционных правил. Проведен сравнительный анализ быстродействия дискретно-логических регуляторов. Показано, что дискретно-логический регулятор по быстродействию превосходит более чем в четыре раза регулятор, основанный на системе типовых продукционных правил.

Ключевые слова: дискретно-логический регулятор, фаззификация, система типовых продукционных правил, минимизация времени отклика, четкие термы, карта битов, блок-схема системы регулирования.

В современных регуляторах, основанных на системе типовых продукционных правил (ТПР), обработка всех правил вычислительным процессором регулятора выполняется последовательно и может продолжаться и после определения требуемого значения параметра объекта управления, что влечет за собой потери быстродействия и избыточное использование вычислительных ресурсов.

Дискретно-логический регулятор (ДЛР) [1] позволяет сократить потери быстродействия за счет преобразования числовых физических величин системы в набор четких термов по аналогии с фаззификацией из теории нечеткой логики [2], с заменой системы типовых продукционных правил на БД правил и управляющих воздействий.

Логические основы минимизации времени отклика

В ДЛР минимизация времени отклика стала возможной благодаря интерпретации числовой физической величины эквивалентной совокуп-

ностью четких термов, представленной на рисунке 1, где ZР - рабочее состояние числовой физической величины Z; ZН , ZА - нижнее и верхнее аварийные состояния соответственно; ZН, ZВ -нижнее и верхнее сигнальные состояния соответственно.

Из рисунка 1 следует, что в любой момент I должен быть активен только один четкий терм Т числовой физической величины Z и, как следствие, только одно продукционное правило.

Структура ДЛР позволяет заменить систему типовых продукционных правил на базу правил и управляющих воздействий, которая представляет собой упорядоченную систему значений управляющих воздействий на объект управления и механизм формирования уникального номера продукционного правила, необходимый для установки требуемого значения воздействия.

Номер активного, действующего в текущий момент I продукционного правила для системы

№ 10

z Н

Zc

г

z В

I # I I # I

, # | | # | Т Т ........ т т

К,

р 1Г Г р Г

Рв-

длр

Рис. 1. Пример интерпретации числовой физической величины совокупностью четких термов

Рис. 2. Схема формулы для определения уникального номера активного продукционного правила в момент г

Рис. 3. Блок-схема системы регулирования расхода воздуха на котел

регулирования с п входными параметрами будет формироваться по схеме, представленной на рисунке 2, где К4(Х0, К4(Х2), ..., К4(Хп.х), К(Х„) -номера активных в момент 1 четких термов входных числовых величин Хь Х2, ..., Хп-1, Хп.

На практике все числовые физические величины, как правило, будут иметь не более 9 четких термов. Из этого следует, что максимальное количество знаков уникального числового номера для каждого продукционного правила будет равно числу входных параметров системы регулирования.

Максимальное количество продукционных правил К для системы регулирования с п входными параметрами Х будет вычисляться следующим образом

К=

ДЛР расхода воздуха парового котла с минимизацией времени отклика

На рисунке 3 представлена блок-схема системы регулирования расхода общего воздуха на паровой котел в зависимости от расхода топливного газа и концентрации кислорода в дымовых газах, построенная на базе ДЛР, где ^ - расход топливного газа на котел (в точке № 1); ^ - расход топливного газа на котел (в точке № 2); Рв - расход воздуха на котел; ОК - концентрация кислорода в дымовых газах; ZB - степень воздействия на аппарат дутьевого вентилятора.

Регулятор общего воздуха на паровой котел предназначен для поддержания наиболее экономичного режима сжигания топлива в топке котла. Воздействуя на направляющий аппарат дутьевого вентилятора, регулятор устанавливает расход воздуха в соответствии с текущим расходом топливного газа и требуемой концентрацией кислорода в дымовых газах.

Каждый из входных параметров ДЛР имеет по 5 четких термов: 1 терм обозначает рабочее состояние, 2 терма - сигнальные состояния и 2 -блокировочные (аварийные) состояния.

Максимальное число продукционных правил К вычисляется по формуле (1): К=(5+1)-(5+1)-(5+1М5+1)-1=1295.

р 1 р Г

Р,2

Рв

ак

1

На практике из 1295 продукционных правил обычно используются приблизительно 100-120 правил.

Пример карты битов для системы регулирования расхода воздуха на котел в момент 1 показан на рисунке 4. Тоном обозначены активные, действующие в текущий момент 1 биты, то есть биты, которые до момента 1 изменили свое состояние с 0

на 1. Все остальные биты в момент 1 имеют состояние, равное 0.

На рисунке 4 приняты следующие обозначения битов системы регулирования в карте битов: 1 - нижнее блокировочное (аварийное) состояние; 2 - нижнее сигнальное состояние; 3 - основное рабочее состояние; 4 - верхнее сигнальное состояние; 5 - верхнее блокировочное (аварийное) состояние.

Согласно схеме определения номера продукционного правила, представленной на рисунке 2, уникальный номер активного, действующего в текущий момент 1 продукционного правила будет равен 3254.

На этапе выполнения программы ДЛР для системы регулирования расхода воздуха на котел в каждом цикле программы будут выполняться 20 логических операций для фаззификации 4 числовых физических величин и 5 операций со словами для формирования уникального номера продукционного правила.

Максимальное число логических операций Ь при использовании ДЛР зависит от суммарного числа четких термов п входных числовых величин системы регулирования и находится по следующей формуле:

Рис. 4. Карта битов системы регулирования

расхода воздуха в определенный момент

Ь=ЕК(Х.).

1=1

Максимальное число логических операций ДЛР расхода воздуха на паровой котел согласно формуле (2) будет равно 20.

С

г

в

п

При использовании ТПР в системе регулирования расхода воздуха на паровой котел в каждом цикле программы регулятора будут выполняться 100-120 логических операций. Максимальное число логических операций при использовании ТПР будет равно максимальному числу продукционных правил для данной системы регулирования, то есть 1295.

Количественная оценка ДЛР расхода воздуха парового котла

В таблице 1 представлены минимальные значения величин времени в микросекундах, необходимые для выполнения одной операции центральным процессорным устройством (ЦПУ) контроллеров S7 фирмы Siemens [3].

Таблица 1

Минимальное время, необходимое для выполнения одной операции, мкс

В таблице 2 представлены минимальные значения времени, затраченного ЦПУ контроллеров Siemens S7 в каждом цикле выполнения программ ДЛР и ТПР для формирования управляющего воздействия на объект управления в системе регулирования расхода воздуха на паровой котел.

Таблица 2

Минимальное время, необходимое для выполнения одного цикла программы, мкс

ЦПУ контроллеров Наименование логического регулятора

ТПР

312С 24 6

314 12 3

315-2DP 12 3

317F-2DP 12 2,5

412-2 12 2,5

414-3 7,2 1,5

416-2F 4,8 1

417-4 3,6 0,75

Минимальное время, необходимое для выполнения одного цикла программы ТПР ЦПУ контроллеров Siemens S7 при максимальном числе логических операций, равном 1295, будет лежать в диапазоне 38,85-259 мкс в зависимости от типа ЦПУ контроллера Siemens S7.

Таким образом, предложенная блок-схема системы регулирования расхода воздуха на паровой котел на базе ДЛР с минимизацией времени отклика позволяет сократить продолжительность цикла обработки продукционных правил ЦПУ контроллера более чем в 4 раза по сравнению с системой на базе ТПР, что позволяет увеличить быстродействие системы регулирования в целом.

Литература

1. Муравьева Е.А., Каяшева Г.А. Нечеткий регулятор с лингвистической обратной связью для управления технологическими процессами: патент РФ № 2309443; опубл. в 2007 г. Бюл. № 39.

2. Круглов В.В., Дли М.И., Голунов Р.Ю. Нечеткая логика и искусственные нейронные сети: учеб. пособие. М.: Изд-во Физматлит, 2001. 224 с.

3. Каталог продукции Siemens 2009. URL: http://www.auto-mation-drives.ru/as/ (дата обращения: 17.12.2009).

ЦПУ Наименование операции

контроллеров Логическая Операция

операция со словами

312С 0,2 0,4

314 0,1 0,2

315-2DP 0,1 0,2

317F-2DP 0,1 0,1

412-2 0,1 0,1

414-3 0,06 0,06

416-2F 0,04 0,04

417-4 0,03 0,03

МОДЕЛЬ РАСПИСАНИЙ С ДРЕВОВИДНОЙ СТРУКТУРОЙ СВЯЗЕЙ

H.A. Янков; С.В. Шибанов, к.т.н.; Б.Д. Шашков, к.т.н.

Описываются одностадийные и многостадийные задачи построения расписаний, делается вывод о существенных ограничениях данных моделей, не позволяющих соответствовать практическим задачам, структура расписаний в которых носит более сложный характер. Приводятся примеры таких предметных областей, а также анализируются их наиболее общие особенности. Делается предположение об иерархической природе анализируемых расписаний. Предлагается модель расписаний с древовидной структурой связей, позволяющая отражать причинно-следственные связи процесса обслуживания требований.

Ключевые слова: расписание, одностадийная задача, многостадийная задача, структура расписаний, обслуживание требований, причинно-следственные связи, древовидная структура расписания, иерархия работ исполнения требований.

Задачи составления расписания носят самый общий характер. Они возникают там, где существует возможность выбора той или иной очередности выполнения требований: при составлении рас-

писания движения поездов и самолетов, распределении работ на производстве, планировании деятельности образовательных и административных учреждений.