Последние конференции
- Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности, образовании и экологии
- Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии
- Современные проблемы экологии
- Экологические проблемы окружающей среды, пути и методы их решения
- Экология, образование и здоровый образ жизни
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.