Подсистема описания моделей дискретных процессов для комплексных моделирующих стендов (тренажеров)

О.Д. Андреева, В.Ю. Шапарев
Уральский государственный университет им. А.М.Горького,
г. Екатеринбург


Для реализации математических моделей дискретных процессов, включаемых в комплексный моделирующий стенд (КМС), разработана инструментальная система [1], содержащая язык моделирования дискретных процессов (язык электрологических схем) и его математическое обеспечение.

Принципы построения и методы функционирования средств описания моделей дискретных процессов (МДП) ориентированы на профессионального разработчика моделей.

Подсистема графического описания МДП обеспечивает:

- подготовку МДП в интерактивном графическом режиме;

- синтаксический и семантический контроль вводимой информации и преобразование ее во внутренний вид; создание объектного кода МДП для интерпретации;

- моделирование функциональных элементов при интерпретации МДП во время работы тренажера.

Для описания МДП используются электрологические схемы. Схема представляет собой комбинацию из набора элементов [2]: ограничители - начало и конец схемы (НС, КС) (допускается несколько таких элементов, если схема разделена на части по шине питания, но наличие по одному элементу каждого вида необходимо); функциональные - обмотка (ОБ), обмотки включающие и отбойные переднего и заднего фронтов (ОВПФ, ОВЗФ, ООПФ, ООЗФ), транспарант (ТР); функциональные и аргументные - задержка подачи напряжения (задержка переднего фронта - ЗПФ), задержка снятия напряжения (задержка заднего фронта - ЗЗФ), формирователи импульса переднего и заднего фронтов (ФПФ, ФЗФ); аргументные - контакты нормально разомкнутые и нормально замкнутые (КНР, КНЗ); соединители - простые горизонтальные соединения, простые вертикальные соединения, обводки трех видов (сверху, снизу, с обеих сторон), диоды, закрывающие поток вверх или вниз. Все элементы электрологической схемы имеют графическое изображение.

Состояние функционального и аргументного элемента при моделировании определяется значением связанной с ним глобальной или локальной логической переменной модели - переменной состояния [3], причем контакт связан с той же переменной, что и соответствующая ему обмотка. Функциональные элементы имеют характеристики, определяющие время изменения состояния элемента при изменении состояния на входе. Схема располагается на плоскости и строится в декартовой системе координат с положительными значениями. Все элементы, за исключением элементов-соединителей, располагаются по горизонтали. Простой соединитель может располагаться как по горизонтали, так и по вертикали, а остальные соединители имеют только вертикальное изображение. Координата горизонтального элемента определяется координатой правого конца, а вертикального - координатой нижнего конца.

Совокупность всех элементов схемы можно рассматривать как плоский конечный ориентированный граф, где каждый элемент схемы - дуга, вход элемента - начальная вершина дуги, а выход элемента - конечная вершина дуги. Все дуги, за исключением простых соединителей и обводок, которые могут быть двунаправленными, имеют направление от входа к выходу. Число дуг, выходящих из конечной вершины дуги, не превосходит трех; исходящие дуги могут быть направлены вверх, вниз или вправо. Построенный граф определяет элементарные пути от НС до КС. На взаимное расположение элементов в пути накладываются некоторые ограничения. Основной задачей при трансляции МДП является разбиение схемы на совокупность фрагментов для каждого функционального элемента, а также для ДП (дистанционных переключателей), отсутствующих на схемах. Наличие в схемах включающих и отбойных обмоток определяет соответствующие им элементы ДП.

Программное обеспечение подсистемы графического описания МДП включает следующие компоненты:

Редактор МДП. Обеспечивает ввод элементов, необходимых для моделирования МДП в интерактивном графическом режиме; корректировку МДП с большим спектром удобных действий типа замены элемента или его характеристик, удаление элемента и т.д.; задание элементов при помощи графических пиктограмм и комментария к ним; преобразование МДП во внутренний вид и запись в файл; идентификацию МДП.

Транслятор МДП. Осуществляет синтаксический и семантический контроль моделей МДП; определяет пути в схемах для каждого функционального элемента; формирует логические выражения и создает объектный код МДП, включающий фрагменты в виде особых операторов присваивания значений переменным состояния функциональных элементов и информацию для быстрого доступа к глобальным и локальным переменным и другим объектам при последующей интерпретации в штатном и технологическом режимах.

Интерпретатор МДП. Обеспечивает адекватное моделирование функциональных элементов при интерпретации МДП во время работы тренажера в штатном и технологическом режимах. Интерпретатор выполняет заявки на пересчет фрагментов, поступившие на вход дискретного процесса; при этом вычисляются выражения для подсчета функции, а затем в зависимости от значения вычисленного логического выражения, от значения функции и от типа фрагмента определяется новое значение функции.

Подсистема разработана на базе Power Macintosh по заказу ОАО РКК “Энергия” и используется при разработке тренажеров [4] транспортного корабля “Союз”, грузового корабля “Прогресс”, международной космической станции. В настоящее время инструментальная система [1] переводится на компьютеры Intel.

Список литературы

1. Андреева О.Д. Инструментальная система разработки моделей процессов для комплексных моделирующих стендов (тренажеров) / О.Д. Андреева // Доклады Пятой Всероссийской научно-технической конференции «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии: сб. докл. V Всерос. науч.-технич. конф. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. - С. 9-11.

2. Андреева О.Д, Замятин А.П. Компьютерная технология моделирования дискретно-непрерывных процессов для комплексных моделирующих стендов (тренажеров) / О.Д. Андреева, А.П. Замятин // Доклады Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий»: сб. докл. Всерос. науч.-технич. конф. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. - С. 129-130.

3. Андреева О. Д. Подсистема управления данными для комплексных моделирующих стендов (тренажеров) / О.Д. Андреева // Доклады Шестой Всероссийской научно-технической конференции «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии»: сб. докл. VI Всерос. науч.-технич. конф. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. - С. 7-9.

4. Шукшунов В.Е. Тренажерные системы / В.Е. Шукшунов, Ю.А. Бакулов, В.Н. Григоренко. - М.: Машиностроение, 1981. – 254 с.


Назад к списку