ПЕРЕТВОРЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ
УДК 621. 391: 658.52.011.56 (075.8)
Благодарний М.П. Системи оброблення сигналів у комп'ютерно-інтегрованих виробництвах: навч. посіб. / М.П. Благодарний, І.П. Внуков, З.Т. Лукашева. — Х. : Нац. аерокосм. ун-т «Харк. авіац.
ін-т», 2010. — 136 с.
Розглянуто методи й засоби оброблення аналогових сигналів: процеси кодування, модуляції сигналів, проходження їх через канали зв´язку, фільтрації та розпізнавання, кодування й декодування, підвищення завадостійкості передачі інформації, надано рекомендації щодо їх використання в процесі розроблення й модернізації систем передачі інформації в комп´ютерно-інтегрованих виробництвах.
Для студентів, що навчаються за напрямом підготовки 0925 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» спеціальності «Комп´ютерно-інтегровані технологічні процеси та виробництва».
Іл. 66. Табл. 13. Бібліогр.: 10 назв
Рецензенти: канд. техн. наук І.М. Клюшников,
канд. техн. наук, доц. А.П. Плахтєєв
ã Благодарний М.П., Внуков І.П., Лукашева З.Т., 2010
ã Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського
«Харківський авіаційний інститут», 2010
ВСТУП
Програмою дисципліни «Системи оброблення сигналів» за напрямом підготовки «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» передбачено вивчення методів і засобів аналогового й цифрового оброблення сигналів і побудови на їх основі систем оброблення сигналів. Об'єкт вивчення — процеси й засоби кодування, модуляції сигналів, проходження їх через канали зв'язку, фільтрації, демодуляції й розпізнавання. Предмет вивчення — сигнали та їх характеристики, методи й засоби модуляції сигналів, канали передачі інформації, методи й засоби приймання сигналів.
Передача даних від джерел інформації (датчиків) керованих об'єктів до центру оброблення інформації й назад здійснюється за допомогою системи передачі інформації (СПІ), принципи побудови вузлів і блоків якої з урахуванням специфіки комп´ютерно-інтегрованих виробництв (КІВ) наведено в основних розділах цього посібника.
Мета навчання — формування у студентів знань основних закономірностей, що властиві процесам передачі й оброблення інформації в автоматизованих системах управління технологічними процесами (АСУ ТП), а також сучасних методів аналізу й синтезу пристроїв і систем оброблення сигналів; умінь обґрунтовувати заходи забезпечення ефективності передачі інформації в АСУ ТП; набуття практичних навичок вибору типів сигналів, видів модуляції, каналів зв´язку, проектування систем оброблення сигналів на сучасній і перспективній елементних базах.
Призначення навчального посібника — підвищення ефективності роботи студентів під час вивчення лекційного матеріалу й підготовки до виконання лабораторних робіт за темами навчальної програми:
перетворення інформації в АСУ ТП;
синали та їх перетворення;
канали передачі сигналів;
ущільнення й поділ каналів;
методи модуляції і демодуляції сигналів;
забезпечення завадостійкості систем передачі інформації;
ефективність передачі інформації.
ПЕРЕТВОРЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ
В КОМП´ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНИХ ВИРОБНИЦТВАХ
1.1. Загальна характеристика систем контролю й керування
технологічними процесами
Комп´ютерно-інтегроване виробництво в загальному випадку містить технологічне устаткування, засоби управління й зв`язку, перевірне устаткування, енергосистеми та інші механічні, електричні, електронні пристрої й засоби, які є взаємозв´язаними й утворюють певну цілісність і єдність. Цей комплекс є автоматизованим, оскільки виконує свої встановлені фунції за участі обслуговуючого персоналу. Для спрощення комп´ютерно-інтегроване виробництво будемо називати об`єктом, або експлуатованим об`єктом (ЕО). Експлуатований об`єкт умовно поділимо на дві взаємозв`язані частини (рис. 1.1):
об`єкт контролю й керування (ОКК);
засоби контролю й керування (ЗКК).
Рис. 1.1. Загальна схема КІВ
На об`єкті контролю й керування серед систем, підсистем, вузлів та пристроїв виділимо датчики (Д) і виконавчі пристрої (ВП). Датчики, виконавчі пристрої, засоби контролю й керування, допоміжні пристрої, що зв`язують їх в єдине ціле, утворюють систему контролю й керування. Об`єкт контролю й керування характеризується своїм станом, який можна визначити датчиками. Відомості про стан об`єкта передаються засобам контролю й керування (ЗКК), де оброблюються відповідно до заданого закону пристроєм оброблення інформації (ПОІ). Далі ЗКК формує зворотний сигнал (керувальний або стимулювальний), який за допомогою формувача зворотних сигналів (ФЗС) передається на об’єкт. Далі більш детально буде розглянуто поняття «керування» і пов`язані з ним «закон керування», «алгоритм керування» та ін. (табл.1.1).
Таблиця 1.1
| Загальні закони керування | Зміст загальних законів керування |
| 1. Усяке керування є цілеспрямованим процесом | 
|
| 2. Усяке керування є інформаційним процесом | Зберігання бажаних станів (ідеальної траєкторії). Збір і передача інформації про поточний стан об’єкта. Оцінювання поточного стану: порівняння поточного стану з бажаним. Вироблення (формування) керувального впливу. Передача керувального впливу Виконання керувального впливу |
| 3. Усяке керування здійснюється в замкнутому контурі | Середовище
|
Об`єкт функціонує в зовнішньому середовищі, прямуючи до досягнення мети (або заданого стану). Завади зовнішнього середовища протидіють досягненню заданої мети (або заданого стану). Тому засоби керування мають компенсувати заважаючий вплив середовища. Керування — це цілеспрямований вплив на об`єкт керування, який компенсує вплив зовнішнього середовища і приводить його рабочі процеси у потрібний стан (або до заданої мети). Цілеспрямований вплив на об`єкт управління можна здійснити, якщо: а) зібрано відомості про поточний стан об`єкта; б) проведено порівняльну оцінку поточного стану й бажаного (відповідає меті); в) сформовано керувальний вплив; г) передано керувальний вплив; д) прийнято й виконано керувальний вплив. Пункти г) і д) можна здійснити, якщо об`єкт і засоби управління являють собою замкнутий контур. Таким чином, керування об`єктом є цілеспрямованим інформаційним процесом у замкнутому контурі (об`єкт — засоби керування) з усунення впливу зовнішнього середовища. З огляду на принцип причинності кожному зовнішньому впливу (дії) на об`єкт має відповідати певна реакція (керувальна дія) засобів керування. Конкретна керувальна дія формується за законами керування даним об`єктом. Закон керування — це конкретне правило формування керувальної дії (сигналу) на основі відомих станів заданого об`єкта. Алгоритм керування — це кінцевий набір формалізованих правил формування керувальних дій. Поняття «закон керування» та «алгоритм керування» зі змістовного боку є дуже схожими. Будь-який алгоритм (на відміну від закону) має характерні особливості:
return false">ссылка скрыта─ масовість — можливість розв`язання однотипних задач на заданій множині вхідних даних;
─ детермінованість — розкладення розрахунків на елементарні операції, як правило, дискретного характеру;
─ результативність — однозначна відповідність отримуваних результатів вхідним даним.
Цілі управління можуть бути досягнені за наявності вірогідних вихідних і поточних даних про стан об`єкта керування. Ці відомості можуть бути отримані під час контролю об`єкта. Якщо в системі здійснюються процеси керування й контролю, то таку систему називають системою контролю й керування. Зі змісту понять «керування», «контроль», «дія», «алгоритм» та інших випливає, що будь-яка реально існуюча система містить:
─ матеріали, з яких побудовано систему;
─ енергію для отримання відомостей та їх оброблення, для формування керувальних (стимулювальних) дій та їх виконання;
─ відомості про стан об‘єкта, закони й алгоритми керування та контролю, норми (допуски, установлені вимоги).
Поняття «матеріали» («речовина»), «енергія» є широко відомими. Внаслідок існування законів збереження речовини й енергії поняття «речовина» й «енергія» пов`язують разом усі явища природи. Відомості, повідомлення, інформація дають можливість з єдиної точки зору розглядати процеси взаємодії об‘єктів і засобів різної фізичної природи й різного призначення.
Інформація — одна з властивостей предметів, явищ, об‘єктів, систем, процесів об‘єктивної дійсності. Ця властивість являє собою всі відомості про неї, які можна зберігати, передавати й приймати та перетворювати. Підем, процесів об‘єктивної дійсності. Ця властивість являє собою всі відомості про неї, які можна зберігати, передавати й приймати та перетворювати. Під інформацією розуміють не самі предмети, явища, об‘єкти, системи, процеси, а відомості про них у вигляді чисел, формул, описів, креслень, символів, образів, тексту, мовлення, показань приладів, стимулювальних дій, команд управління (керувальних дій) і т. ін. Наприклад, інформація — це зміст книги, підручника, картини; це найрізноманітніші стани об‘єкта контролю й керування. Далі внутрішню інформацію про об‘єкт будемо називати інформацією джерела (ІД). Уся інформація або її частина може передаватися. Інформація, яка передається, має назву повідомлення. Частину повідомлення, прийняту іншим об‘єктом (адресатом), називають зовнішньою інформацією (або власне інформацією). Зовнішня інформація виявляється під час обміну відомостей між об‘єктами. Зв`язок між повідомленими, інформацією й сигналами показано на рис 1.2. При цьому один і той самий об‘єкт (суб`єкт) може бути як джерелом, так і отримувачем (адресатом) інформації за наявності двостороннього зв`язку між ними.
Рис. 1.2. Зв’язок між відомостями, повідомленнями,
інформацією та сигналами
Зберігання, генерація, передавання, перетворювання й приймання інформації здійснюється сигналами, тобто матеріальним носієм інформації є сигнал. Сигналом може бути або фізичний процес зі змінюваними параметрами, або речовина, стан якої суворо відповідає відомостям про джерело інформації або змісту повідомлення, яке передається.