Учебно-исследовательский вычислительный комплекс (Кантемиров В.И., Надеев А.И., Пpotaлинский О.М., Прохватилов В.В. Астрыбвтуз) (УДК 62-52:681.31)

Современные требования к подготовке инженера на первое место выдвигают решение задачи интенсификации познавательно-исследовательского аспекта образования, позволяющего реализовать проблемный принцип обучения. С другой стороны, современное развитие промышленности требует применения в учебном процессе технических средств, используемых в реальном производстве.

Для решения этих задач необходимо создать новое поколение технических средств трех уровней: реальные лабораторные установки и стенды с физическими объектами; имитационные модели этих установок на базе ПЭВМ; программное моделирование изучаемых процессов и явлений.

Этим требованиям удовлетворяет разработанный в Астрыбвтузе новый учебно-исследовательский имитационный вычислительный комплекс с аппаратно реализованными программными средствами. Комплекс предназначен для изучения динамических и статических режимов в системах управления технологическим процессом путем имитационного моделирования, а также для решения задач управления реальными объектами.

Разработанная установка имеет двухуровневую иерархическую структуру (см. рисунок): на верхнем уровне - диалоговый вычислительный комплекс (ДВК), на нижнем - микропроцессорный технологический контроллер (МТК).

Постоянное запоминающее устройство МТК имеет блочную структуру: каждый блок (алгоблок) реализует программу, имитирующую типовые статические и динамические звенья и законы регулирования системы автоматического управления, а также типовые возмущающие воздействия: детерминированные и случайные. Кроме этого, в состав МТК входят многоканальные цифро-аналоговый и аналогоцифровой преобразователи.

Технические характеристики МТК

Комплекс рассчитан на три основных режима работы. При реализации первого - моделирующего, программные алгоблоки соединяются между собой посредством простейшего набора команд, имитируя любую заданную структуру системы автоматического управления. ДВК, работая на верхнем уровне, решает в простейшем случае информационные задачи: вывод потока данных с нижнего уровня на экран монитора или принтер, запись его в файл на магнитный диск, построение графиков переходных процессов, обработка экспериментальных данных. Кроме этого, в ДВК может загружаться программа, реализующая простейшую автоматизированную обучающую систему.

В более сложных случаях моделирования на МТК, например при имитации работы системы оптимального управления нестационарными объектами, ДВК, помимо перечисленных, выполняет еще функции индентификации и управления: определение коэффициентов математических моделей объектов и расчет управляющих воздействий. При работе в этом режиме перед исследователем ставится задача анализа или синтеза автоматической системы управления. Решение этих задач сопровождается исследованием процессов, происходящих в системе.

Блок-схема комплекса (В, Н - соответственно верхний и нижний уровни): 1, 2 - накопители на магнитных дисках; 3, 4 - диалоговые вычислительные комплексы; 5 - принтер; 6, 7 - микропроцессорные технологические контроллеры; 8, 9 - соответственно первый и N-ый измерительные преобразователи; 10, 11 - соответственно первый и N-ый исполнительные механизмы; 12, 13 - соответственно первый и N-ый технологические объекты управления

Второй и третий режимы работы комплекса связаны с подключением его к реальному физическому объекту. Второй режим предусматривает два варианта использования. В первом реализуется прямое цифровое управление с использованием ДВК. Здесь МТК выполняет функции устройства связи с объектом (УСО). Во втором варианте управление объектом осуществляется с помощью МТК, где синтезируется типовой закон регулирования. ДВК несет в этом случае информационные функции.

Третий режим работы комплекса также связан с использованием физического объекта, но при этом решается задача синтеза системы оптимального управления технологическим процессом с реализацией основных подсистем: информационной, индентификации и управления.

Разработанная установка реализована в стендовом исполнении, в состав которого входит реальный физический объект, и настольном, предназначенном для моделирующего режима.

Преимущества комплекса - широкие функциональные возможности и высокая надежность по сравнению с подобными аналоговыми устройствами, простота формирования структурных схем любой сложности, реализация комплекса на базе типовых аппаратных средств.

Комплекс освоен, испытан и внедрен в учебный процесс Астрыбвтуза. Внедрение его позволяет обеспечить современный лабораторный практикум по ряду курсов: вычислительная техника и программирование, теория автоматического управления, моделирование на ЭВМ, микропроцессорные системы управления. Комплекс найдет применение в вузах, научно-исследовательских и проектных организациях, связанных с разработкой систем автоматического управления технологическими процессами различных отраслей рыбной промышленности.