ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Основная часть современных исследований не обходится без моделирования изучаемых процессов. Оно применяется не только в математике, физике, экономике, но и в химии и даже биологии. В первую очередь моделирование используется для экономии средств, затрачиваемых на исследование, так как позволяет примерно оценить результаты работы, выявить ошибки, еще до ее непосредственного выполнения.

Полунатурное моделирование – это создание системы, состоящей из двух частей. Первая часть представляет собой реальный, натуральный объект, который функционирует полноценно. Вторая часть – модель, которая выполняется на вычислительной машине. То есть такой подход позволяет протестировать работу готовой системы при отсутствии натуральных условий эксплуатации. Модель в такой системе должна создавать полную видимость действительных условий работы тестируемой системы.

1. Актуальность темы

Полунатурная модель дает наиболее полное представления о работе тестируемой системы, что позволяет ее точно настроить, исправить ошибки. В большинстве случаев микроконтроллерные системы управления (МКСУ) работают с дорогостоящими опасными объектами, в этом случае разработчик не имеет возможности полноценной проверки работы такой системы. С другой стороны, до ввода системы в эксплуатацию, ее работа должна на требуемом уровне обеспечивать управление объектом. Все эти проблемы позволяет решить полунатурное моделирование.

Магистерская работа посвящена актуальной задачи полунатурного моделирования, так же затронуты идее распараллеливания и их реализация с помощью библиотеки MPI (Message Passing Interface).

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью исследования является разработка системы управления сетевым динамическим объектом с распределенными параметрами (СДОРП) и ее тестирование с помощью полунатурного моделирования.

Основные задачи исследования:

  1. Анализ методов проектирования микропроцессорных систем управления;
  2. Идеи распараллеливания СДОРП модели;
  3. Анализ подходов полунатурного моделирования;

Объект исследования: Микропроцессорная система управления.

Предмет исследования: Полунатурное моделирование.

В рамках магистерской работы планируется получение актуальных научных результатов по следующим направлениям:

  1. Реализация СДОРП модели на кластере;
  2. Проектирование микроконтроллерной системы управления;
  3. Проектирование подсистемы диалога;
  4. Создание симулятора для тестирования микроконтроллерной системы управления.

3. Обзор исследований и разработок

Работа с моделями сетевых динамических объектов началась на третьем курсе в рамках групповой курсовой работы по дисциплине «Параллельное программирование». В ходе данной курсовой работы была спроектирована модель сетевого динамического объекта (СДО) с сосредоточенными параметрами. В данном проекте использованы результаты курсовой работы, но в дальнейшем предполагается введение модели с распределенными параметрами, что даст большую реалистичность и детальность.

Разработанная система состоит из 3-х частей:

  1. Модель динамического объекта;
  2. Интерфейс пользователя и связь всех частей системы;
  3. Микроконтроллерная система управления.

Структура системы представлена на рисунке 1.

Структура системы управления потоками воздуха

Рисунок 1 – Структура системы управления потоками воздуха

В данной структуре видно, что микроконтроллерная система управления – это реальный, натуральный объект, а СДО модель, реализованная на кластере, создает полную видимость действительных условий работы. Интерфейс пользователя в этой системе используется для:

  1. Постановки различных задач кластеру (изменение структуры, расстановка датчиков, изменение параметров динамического объекта);
  2. Настройки системы управления (конфигурирование системы, задание начальных значений);
  3. Так же программа клиента используется для связи модельной части и микроконтроллерной системы управления.

Сетевой динамический объект представляется графом, в ветвях которого установлены регуляторы. Пример такого графа представлен на рисунке 2.

Граф сети динамического объекта

Рисунок 2 – Граф сети динамического объекта
(Q – потоки, В – узлы, Н – вентилятор, Р – регуляторы)

Регуляторы в такой системе разбиваются на 3 группы:

  1. Основные регуляторы – регуляторы, которые располагаются в тех ветвях, воздушные потоки которых требуют управления (Р1 – Р4);
  2. Групповые регуляторы – работают в том случае, если основные регуляторы не справляются с поставленной задачей (Р5);
  3. Регуляторы вентиляторов – работают в том случае, если при текущей мощности вентиляторов невозможно достичь заданного уровня потоков воздуха (Р6).

Основные и групповые регуляторы имеют одинаковую структуру и состоят из 3 последовательно подключенных блоков. Структура регулятора представлена на рисунке 3.

Структура регулятора

Рисунок 3 – Структура регулятора
(МКСУ – микроконтроллерная система управления, ДВ – двигатель, Р – редуктор, РО – регулирующий орган, СДО – сетевой динамический объект)

Регуляторы вентиляторов более простые, основной принцип их работы заключается в повышении мощности. Это требуется только в том случае, если основные и групповые регуляторы не могут обеспечить нужный поток воздуха.

Регулятор, которым управляет МКСУ – эта штора, которая под действием двигателя постоянного тока заслоняет вентиляционный туннель и тем самым регулирует поток воздуха. Идея регулирования представлена на рисунке 4.

Идея управления потоком воздуха

Рисунок 4 – Идея управления потоком воздуха
(анимация: 11 кадров, 3 цикла повторения, 46.4 Кб)

В этой системе датчик измеряет текущий поток воздуха и передает значение МКСУ. Система управления в свою очередь сравнивает значение датчика с требуемым значением потока. Если значение датчика меньше чем требуемое – система выдает -380, больше – +380, при равенстве – 0. Значение напряжения поступает на двигатель постоянного тока, при 380 В. штора опускается, при -380 – поднимается, когда значение датчика совпадает с требуемым – штора неподвижна.

Выводы

Магистерская работа посвящена актуальной научной задаче тестирования инструмента управления с помощью полунатурной модели. В рамках проведенных исследований выполнено:

  1. Разработка структуры системы управления потоками воздуха.
  2. Реализация МКСУ на аппаратуре.
  3. Проведен ряд экспериментов по тестированию МКСУ с помощью полунатурной модели.

Дальнейшие исследования направлены на следующие аспекты:

  1. Перенос модели сети на кластер.
  2. Введение модели с распределенными парметрами.
  3. Создание симулятора для тестирования МКСУ для сетевого динамического объекта.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2013 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Святный В.А. Диссертация – Моделирование аэрогазодинамических процессов и разработка систем управления проветриванием угольных шахт. Донецк, 1985, 408 с.
  2. Святный В.А. Параллельное моделирование сложных динамических систем // Моделирование – 2006: Международная конференция. Киев, 2006г. – Киев, 2006. – С. 83–90.
  3. Абрамов Ф.А., Фельдман Л.П., Святный В.А. Моделирование динамических процессов рудничной аэрологии. – Киев: Наукова думка, 1981. – 284 с.
  4. Anoprienko A.J., Svjatnyj V.A., Braunl T., Reuter A., Zeitz M.: Massiv parallele Simulationsumgebung fur dynamische Systeme mit konzentrierten und verteilten Parametern. 9. Symposium ASIM'94, Tagungsband, Vieweg, 1994, S. 183 – 188.
  5. Кушнаренко В.Г. Разработка и исследование подсистемы параллельных решателей уравнений распределенной параллельной моделирующей среды (РПМС) [Электронный ресурс] / Портал магистров ДонНТУ, 2011 – http://masters.donntu.ru/2011/fknt/kushnarenko/diss/index.htm
  6. Хамылов А.А. Разработка и исследование подсистемы виртуальных параллельных моделей РПМС [Электронный ресурс] / Портал магистров ДонНТУ, 2011 – http://masters.donntu.ru/2011/fknt/khamylov/diss/index.htm
  7. Мирошниченко К.В. Разработка и исследование подсистемы топологического анализа сетевых динамических систем как объектов моделирования [Электронный ресурс] / Портал магистров ДонНТУ, 2011 – http://masters.donntu.ru/2011/fknt/myroshnychenko/diss/index.htm
  8. Schmidt B. Simulationssyteme der 5. Generation – SiP, Heft 1, 1994, S. 5–6.
  9. Молдованова О.В., Проблемно ориентированная параллельная моделирующая среда для сетевых динамических объектов с распределенными параметрами / О.В. Молдованова – Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук – Донецк : ДонНТУ, 2005.
  10. Galasov R.A., Lapko V.V., Moldovanova O.V., Pererva A.A., Rasinkov D.S., Svjatnyj V.A., Baer W.: Das Simulations- und Service-Zentrum fuer automatisierte Grubenbewetterungsnetze / Simulationstechnik 14. Simposium in Hamburg, September 2000.