ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Основна частина сучасних досліджень не обходиться без моделювання процесів що досліджуються. Воно застосовується не тільки в математиці, фізиці, економіці, але і в хімії і навіть біології. В першу чергу моделювання використовується для економії коштів, що витрачаються на дослідження, так як дозволяє приблизно оцінити результати роботи, виявити помилки, ще до її безпосереднього виконання.

Напівнатурне моделювання – це створення системи, що складається з двох частин. Перша частина являє собою реальний, натуральний об'єкт, який функціонує повноцінно. Друга частина – модель, яка виконується на обчислювальній машині. Тобто такий підхід дозволяє протестувати роботу готової системи за відсутності натуральних умов експлуатації. Модель в такій системі повинна створювати повну видимість дійсних умов роботи системи що тестується.

1. Актуальність теми

Напівнатурна модель дає найбільш повне уявлення про роботу тестованої системи, що дозволяє її точно налаштувати, виправити помилки. У більшості випадків мікроконтролерні системи управління працюють з дорогими небезпечними об'єктами, в цьому випадку розробник не має можливості повноцінної перевірки роботи такої системи. З іншого боку, до введення системи в експлуатацію, її робота повинна на необхідному рівні забезпечувати управління об'єктом. Всі ці проблеми дозволяє вирішити напівнатурне моделювання.

Магістерська робота присвячена актуальній задачі напівнатурного моделювання, також розглянуті ідеї розпаралелювання та їх реалізація за допомогою бібліотеки MPI(Message Passing Interface).

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою дослідження є розробка системи управління мережним динамічним об'єктом з розподіленими параметрами (СДОРП) та її тестування за допомогою напівнатурного моделювання.

Основні задачі дослідження:

  1. Аналіз методів проектування мікропроцесорних систем управління;
  2. Ідеїрозпаралелювання СДОРП моделі;
  3. Аналіз підходів напівнатурного моделювання;

Об'єкт дослідження: Мікропроцесорна система керування.

Предмет дослідження: Напівнатурне моделювання.

В рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів по наступним напрямкам:

  1. Реалізація СДОРП моделі на кластері;
  2. Проектування мікроконтролерної системи керування;
  3. Проектування підсистеми діалогу;
  4. Створення симулятора для тестування мікроконтролерної системи керування (МКСК).

3. Огляд досліджень та розробок

Робота з моделями мережних динамічних об'єктів почалася на третьому курсі в рамках групової курсової роботи з дисципліни "Паралельне програмування". В ході даної курсової роботи була спроектована модель мережевого динамічного об'єкта (МДО) з зосередженими параметрами. У даному проекті використано результати курсової роботи, але надалі передбачається введення моделі з розподіленими параметрами, що дасть більшу реалістичність і детальність.

Розроблена система складається з 3-х частин:

  1. Модель динамічного об'єкта;
  2. Інтерфейс користувача та зв'язок всіх частин системи;
  3. Мікроконтролерна система керування.

Структура системи керування потоками повітря наведена на рисунку 1.

Структура системи керування потоками повітря

Рисунок 1 – Структура системи керування потоками повітря

У даній структурі видно, що мікроконтролерна система керування – це реальний, натуральний об'єкт, а МДО модель, яка реалізована на кластері, створює повну видимість дійсних умов роботи. Інтерфейс користувача в цій системі використовується для:

  1. Постановки різних завдань кластеру (зміна структури, розміщення датчиків, зміна параметрів динамічного об'єкта);
  2. Налаштування системи керування (конфігурація системи, завдання початкових значень);
  3. Так само програма клієнта використовується для зв'язку модельної частини і микроконтроллерной системи керування.

Мережевий динамічний об'єкт представляється графом, в гілках якого встановлені регулятори. Приклад такого графа наведений на рисунку 2.

Граф мережі динамічного об'єкта

Рисунок 2 – Граф мережі динамічного об'єкта
(Q – потоки, В – вузли, Н – вентилятор, Р – регулятори)

Регулятори в такій системі розбиваються на 3 групи:

  1. Основні регулятори – регулятори, які розташовуються в тих гілках, повітряні потоки яких вимагають керування (Р1 - Р4);
  2. Групові регулятори – працюють в тому випадку, якщо основні регулятори не справляються з поставленим завданням (Р5);
  3. Регулятори вентиляторів – працюють в тому випадку, якщо при поточній потужності вентиляторів неможливо досягти заданого рівня потоків повітря (Р6).

Основні та групові регулятори мають однакову струтуру і складаються з 3 послідовно підключених блоків. Структура регулятора наведена на рисунку 3.

Структура регулятора

Рисунок 3 – Структура регулятора
(МКСК – мікроконтролерна система керування, ДВ – двигун, Р – редуктор, РО – регулюючий орган, МДО – мережевий динамічний об'єкт.)

Регулятори вентиляторів більш прості, основний принцип їх роботи полягає в підвищенні потужності. Це потрібно тільки в тому випадку, якщо основні та групові регулятори не можуть забезпечити потрібний потік повітря.

Регулятор, яким керує МКСК – це штора, яка під дією двигуна постійного струму затуляє вентиляційний тунель і тим самим регулює потік повітря. Ідея керування наведена на рисунку 4.

Ідея керування потоком повітря

Рисунок 4 – Ідея керування потоком повітря
(ананімація: 11 кадрів, 3 цикла повторення, 46.4 Кб)

У цій системі датчик вимірює поточний потік повітря і передає значення МКСК. Система керування в свою чергу порівнює значення датчика з необхідним значенням потоку. Якщо значення датчика менше ніж вимагається – система видає -380, більше – +380, при рівності – 0. Значення напруги надходить на двигун постійного струму, при 380 В. штора опускається, при -380 – піднімається, коли значення датчика збігається з необхідним – штора нерухома.

Висновки

Магістерська робота присвячена актуальній науковій задачі тестування інструменту керування за допомоги напівнатурної моделі. У рамках проведених досліджень виконано:

  1. Розробка структури системи керування потоками повітря.
  2. Реалізація МКСК на апаратурі.
  3. Проведено ряд експериментів з тестування МКСК за допомоги напівнатурні моделі.

Подальші дослідження спрямовані на наступні аспекти:

  1. Перенесення моделі мережі на кластер.
  2. Введення моделі з розподіленими параметрами.
  3. Створення симулятора для тестування МКСК для мережевого динамічного об'єкта.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2013 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Література

  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.