автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Развитие технологии разработки и отладки программного обеспечения микропроцессорных систем управления

На правах ру!

писи

ВОЛКОВ Алексей Викторович

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ И ОТЛАДКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

(на примере автоматизации производства полимерного оптоволокна)

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами ("промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования »Ивановский государственный энергетический университет имени В.ИЛенина» (ИГЭУ).

Научный руководитель

доктор технических наук профессор Тарарыкин Сергей Вячеславович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Староверов Б А. кандидат технических наук, Шмелев С.И.

Ведущая организация: НПО «Системотехника», г. Иваново

Защита диссертации состоится « 12» мая 2006г в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.064.02 при ИГЭУ по адресу: г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, ауд. Б-237.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГЭУ.

Автореферат разослан « 5 » апр^"« ?ппйг

Ученый секретарь диссертационного совета

Яе£££ ЯП

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Важнейшая роль в создании микропроцессорных систем управления (МПСУ) технологическими объектами отводится рафаботке их программного обеспечения (ПО), которое призвано обеспечивать необходимую гибкость и требуемые функциональные возможности алгоритмов управления во всей их полноте и во всем многообразии, гарантируя высокие технологические показатели систем автоматического управления (САУ).

При этом основы ПО цифровых управляющих устройств закладываются на этапе синтеза САУ, представляющего собой сложную обратную задачу динамики, неэффективное решение которой приводит к появлению так называемых дефектов (ошибок) проектирования МПСУ, являющихся наибо1ее трудноустранимыми в последующих стадиях разработки САУ.

Кроме этого, МПСУ, представляя собой встраиваемые цифровые системы реального времени с ограниченными разрядной сеткой и быстродействием, определяют необходимость учета специфических эффектов квантования сигналов по уровню и но времени, эффекта вычислительного запаздывания в управлении; применения специальных приемов масштабирования величин, подпрограмм адресации к внешним портам и др. Однако параметры квантования сигналов и величина вычислительного запаздывания становятся известными лишь на стадии конструирования МПСУ, после завершения программной реализации алгоритма управления, в то время как необходимость их учета возникает уже на этапах синтеза регулятора, т.е. на стадии проектирования системы. Отсутствие обратной связи между стадиями конструирования и проектирования, характерное для существующих технологий создания МПСУ, не позволяет в полной мере учесть специфику цифрового управления технологическими объектами и может привести к существенному снижению показателей качества САУ.

Необходимо отметить, что несовершенство процедур программно-аппаратной реализации и отладки ПО, обусловленное переводом синтезированного алгоритма управления на язык конкретного микропроцессорного контроллера (МПК), применение арифметических операций с фиксированной запятой, приемов масштабирования переменных цифрового регулятора и т.п являются причинами появления на стадии конструирования значительного числа дефектов (ошибок) программирования, способных также привести к существенным потерям времени и дополнительным финансовым затратам при создании САУ.

Следует также отметить, что недостаточный уровень развития технологии и соответствующих аппаратно-программных средств для разработки и отладки МПСУ создает дополнительные трудности при их вводе в эксплуатацию, когда выявляющиеся особенности объекта управления могут потребовать оперативной корректировки структуры и параметров управляющих устройств, т.е. возникнет необходимость усовершенствования МПСУ непосредственно на производственном объекте и организации обратной связи между стадиями ввода САУ в эксплуатацию и конструирования.

Недостаточная степень теоретической и практической проработки перечисленных вопросов существенно затр е и конструирова-

ние МПСУ, вызывает повышение затрат при вводе в эксплуатацию, приводит к снижению их пока?ате гей качества и определяет, таким образом, необходимость дальнейшего совершенствования технологии их разработки и практической реализации.

Целью данной работы является развитие методов и средств разработки и отладки программного обеспечения микропроцессорных систем управления как основы повышения качества их работы и снижения затрат при вводе в эксплуа-!ацию на производственном оборудовании.

Достижение поставленной цели определяет необходимость решения следующих основных задач:

1 Анализ и конкретизация проблем разработки и отладки программного обеспечения цифровых управляющих устройств во встраиваемом исполнении.

2 Учет особенностей технологического объекта и специфики цифрового управления в структурно-параметрическом синтезе микропроцессорных управляющих устройств.

3. Развитие процедур формирования управляющих программ микропроцессорных контроллеров и их отладки.

4 Корректировка алгоритмов микропроцессорного управления в условиях неопределенности описания технологических объектов.

В наиболее полной мере разрешение указанной проблематики может быть проиллюстрировано на примере разработки комплексной системы цифрового управления совмещенной технологической установкой формования и термического ориентационного вытягивания полимерного волокна оптического назначения, относящейся к классу наиболее сложного, ответственного и прогрессивного технологического оборудования с высоким потенциалом влияния на качественные показатели готовой продукции.

Связь с целевыми программами. Работа выполнялась в соответствии:

- с тематическим планом фундаментальных исследований Министерства образования РФ, регистрационный номер НИР 1.102 Д «Разработка принципов прогнозирующего и адаптивного управления процессами производства полимерного оптического волокна» (2003 - 2005 г.г.);

с научно-технической программой «Исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма «Производственные технологии», раздел «Высокие технологии межотраслевого применения, регистрационный номер НИР 11.01.050 «Разработка модульного микроконтроллера для многоканальных электромеханических систем» (2001 - 2002 г.);

-с программой хоздоговорной НИР № 930/01 по заказу Инженерного центра полимерного оптического волокна г. Твери на тему «Разработка цифровой системы управления установкой формования полимерного оптического волокна» (2001 г.).

Методы исследований. При решении поставленных задач в работе использовались методы объектно-ориентированного программирования, модального управления состоянием непрерывных и дискретных динамических систем,

методы синтеза полиномиальных цифровых регуляторов, методы нечеткой логики элементы теории адаптивного и оптимального управления

Исследование синтезированных цифровых систем выполнялось методами имитационного моделирования и натурных экспериментов на лабораторном и опытно-производственном оборудовании.

Научная новизна работы определяется разработкой и реализацией новых подходов к созданию программного обеспечения микропроцессорных систем управления, а также к его отладке в лабораторных и производственных условиях:

1) определены направления совершенствования технологии ра¡работки и отладки программного обеспечения МПСУ, состоящие в реализации итерационных процедур структурно-параметрического синтеза, детализированного моделирования микропроцессорной системы, поэтапного выделения программы регулятора из среды моделирования САУ; в организации оперативных обратных связей между стадиями ее конструирования и проектирования, а также вводом в эксплуатацию и конструированием при максимальном учеге особенностей объекта и специфики цифрового управления;

2) применительно к задачам автоматизации процессов производства полимерного оптоволокна разработаны усовершенствованные алгоритмы адаптивного управления его диаметром, обеспечивающие повышение показателей качества за счет эффективной самонастройки параметров регуляюра на условия формования волокна (патент РФ № 2235810) и структурных перестроений управляющего устройства при смене режимов работы технологического оборудования (патент РФ №2237759);

3) применительно к задаче управления процессом термического вытягивания полимерного оптоволокна разработана методика организации оперативной обратной связи между стадиями конструирования и проектирования цифрового регулятора путем более точного учета значений периода квантования сигналов и вычислительного запаздывания при синтезе алгоритмов финитного управления с использованием оптимальных разложений функции запаздывания в ряды Падэ;

4) для оперативного выявления и устранения дефектов программирования МГТК разработаны методы и средства последовательного (поэтапного) выделения программы регулятора из среды моделирования САУ ее перевода на язык управляющего микроконтроллера, дополнения сервисными программами обмена информацией с периферийными устройствами и выполнения отладочных процедур с использованием цифровой модели объекта, реализуемой на универсальной ЭВМ;

5) для решения задачи высокоточного управления диаметром полимерного оптоволокна в процессе формования при наличии факторов неопределенности объекта разработана методика организации оперативной обратной связи между стадиями ввода САУ в эксплуатацию и конструирования МПК на основе синтеза гибридного /мггу регулятора с использованием математических методов и программных средств нечеткой логики.

Практическая ценность работы.

1. Использование результатов работы при создании встраиваемых МПСУ различного назначения позволяет существенно уменьшить количество дефектов (ошибок) их проектирования и программирования, что обеспечивает повышение показателей качества и снижение затрат при отладке и вводе САУ в эксплуатацию.

2. Разработанные программно-аппаратные средства микропроцессорного управления оборудованием для производства полимерного оптоволокна являются примером конкретной реализации теоретических положений диссертации, а результаты их промышленного применения - подтверждением практической значимости.

Реализация результатов работы. Разработанные методы и средства формирования и отладки программного обеспечения цифровых систем реального времени использованы в виде специализированного отладочного комплекса при создании системы управления многодвигательной технологической установкой формования бикомпонентного полимерного оптического волокна (ПОВ) Инженерного центра ПОВ г. Твери.

Результаты работы используются также в учебном процессе кафедры «Электроника и микропроцессорные системы» Ивановского государственного энергетического университета при подготовке магистров техники и технологии по направлению 220200.68 - Автоматизация и управление (учебный курс «Современные проблемы автоматизации и управления»).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях: «Состояние и перспективы развития электротехнологии IX-XH Бенардосовские чтения» (Иваново,

1999 г, 2001 г, 2003 г, 2005 г.). Пятой и шестой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, МЭИ, 1999 г,

2000 г): Научно-практическом семинаре «Новые информационные технологии» (Москва, МГИЭМ, 1999 г); Третьей международной научной практической конференции «Электроника и информатика - XXI век» (Москва, МИЭТ, 2000 г); Всероссийской научной конференции «Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB» (Москва, ИПУ РАН, 2002 г); Четвертом научно-практическом семинаре «Новые информационные технологии» (Москва, МГИЭМ, 2001 г); Третьей и четвертой международной школе-семинаре «БИКАМП-01», «БИКАМП-03» (Санкт Петербург, 2001 г, 2003 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 2 статьи в центральных научных журналах и 1 статья в межвузовском сборнике научных трудов; получено 2 патента на изобретения.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 108 наименований, и приложение. Работа изложена на 146 листах машинописного текста, содержит 40 рисунков и одну таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертации, показана ее научная новизна и практическая ценность, сформулированы цель и задачи работы.

В первой главе дан анализ методов и средств, применяемых для разработки и отладки программного обеспечения микропроцессорных систем управления.

Проведенный анализ позволил установить, что программное обеспечение управляющего устройства начинают формировать на этапах структурной оптимизации и параметрического синтеза управляющего устройства, продолжают совершенствовать на этапе детализированного моделирования САУ, воплощают в объектные коды микропроцессора на этапе программной реализации и приводят в окончательный вид на стадии ввода системы в эксплуатацию.

При этом усложнение управляющих алгоритмов значительно повышает вероятность появления ошибок (дефектов) проектирования и программирования МПСУ.

Анализ поцходов к созданию программного обеспечения для МПСУ позволил установить, что эффективной мерой устранения этих дефектов является реализация итерационных компьютерных процедур, обеспечивающих организацию взаимосвязи этапов и стадий создания САУ (рис. 1).

Наиболее актуальным является решение указанных задач для автоматизации сложного и перспективного технологического производства полимерного оптического волокна на стадиях формования и термического вытягивания, требующей цифровой реализации функций адаптивного, прогнозирующего и прецизионного управления диаметром волокна.

При этом достижения современной теории управления, реализованные в виде комплексов программ прикладных исследований на высокопроизводительных ЭВМ, позволяют в значительной мере решить проблему всестороннего численного анализа сложных объектов и систем управления. Однако недостаточная эффективность методов и средств аналитического и компьютерного синтеза САУ определяет целесообразность использования итерационных процедур «синтез анализ синтез ...», т.е. творческого эвристического структурного синтеза, детального учета особенностей объекта, а также применения современных средств комплексного моделирования разрабатываемых систем (рис. 1).

Проведенный анализ существующих программно-аппаратных средств и отладочных комплексов выявил, что они обеспечивают лишь частичное решение поставленных задач. Исходя из проведенных исследований методов и средств, применяемых для создания ПО МПСУ, определены направления дальнейшего совершенствования технологии разработки и отладки ПО (рис. 1), состоящие в использовании элементов операционных систем реального времени (ОС РВ), языков высокого уровня, обеспечения взаимосвязи среды моделирования САУ с программной средой контроллера и применения эффективных средств отладки программного обеспечения в реальном масштабе времени.

Вторая глава посвящена вопросам учета особенностей объекта и специфики цифрового управления при структурно-параметрическом синтезе микро-

Рис. I

процессорных управляющих устройств на примере автоматизации производства полимерного оптоволокна.

Для повышения быстродействия и точности управления диаметром волокна в широком диапазоне изменения скоростных режимов его формования было предложено, в дополнение к известной процедуре перестройки коэффициента усиления (К/{) ИИ-регулятора согласно выражению (1) провести коррекцию в соответствии с выражением (2) времени изодрома (Т,) интегральной составляющей регулятора диаметра при изменениях расчетной скорости Уги* приема волокна (патент РФ № 2237759)

к„ = 2к,.

Т = а +

у

' ГП'

О Ь

¿> =

2кр +1

(I)

(2)

2 к,, + 1

где к/> - коэффициент петлево! о усиления контура управления; а, Ь - параметры, определяемые значениями 7",: - постоянными времени и Ь - длиной зоны формования конкретной технологической установки.

качества готовой продукции и сокращение

Дополнительное повышение расхода сырья обеспеч иваются за счет увеличения быстродействия и точности управления формованием волокна в пусковых и стационарных режимах работы технологического оборудования путем соответствующих изменений структуры управляющего устройства, реализуемых Рис. 2

дополнительными ключевыми элементами 17, 18, 19, 20, блоком памяти 23, формирователем импульса 22, дифференциатором 21 и блоком 24 задержки сигнала по схеме, представленной на рис. 2 (патент РФ № 2235810).

При этом цифровую реализацию усовершенствованных алгоритмов управления формованием волокна с элементами адаптации и изменений структуры управляющего устройства целесообразно осуществлять методами аналогового прототипа («цифрового перепроектирования») с использованием упрощен-

ных 2-форм для реализации линейных динамических звеньев и применения арифметических операций, а также команд условных переходов для реализации нелинейных логических цепей адаптации и изменений структуры управляющего устройства (УУ).

При синтезе цифровых устройств управления непрерывными объектами в условиях «жестких» требований к быстродействию и стоимости САУ, т.е. когда условия импульсной теоремы Котельникова-Шеннона выполняются с небольшим (минимальным) запасом, наиболее универсальным, хорошо алгоритмизируемым для автоматизированных расчетов на ЭВМ и перспективным оказывается подход, основанный на непосредственном определении дискретного закона управления по предварительно дискретизированной модели объекта. При этом ОУ представляется в векторно-матричной форме, на основе использования переходной матрицы, совпадающей для стационарных систем с матричной зкспо-нентой. Переход от уравнений состояния одномерного стационарного объекта с координатами х{1), входом и(г) и выходом >>(/) вида

Г5 • = А •*(/) +в-ы(/), | у«) = С-х(1\

где А, В, С - соответственно матрицы состояния, входа и выхода, к разностным уравнениям состояния дискретизированного объекта управления (ОУ) вида

{х[{к + \)Тд ] = А'х[кТ0]+ В 'и[кТ„ 1 (3)

где Т0, к - соответственно величина периода (такта) квантования и его порядковый номер, осуществляется на основе следующих матричных соотношений с использованием разложения Тейлора:

2! и!

В' - р® • сВ • В = [еА/° -1]. А ' В, (4)

о

С* =С,

где I - единичная матрица.

При описании непрерывного ОУ с помощью вход - выходного соотношения - передаточной функции (ПФ)

Но= Ш = = ¿„/'^У,*"' У +¿о , (5)

° м(з) Дз) а„з" +... + а,5 + а0

где « - комплексная переменная Лапласа, и В($) - характеристический полином (ХП) и полином воздействия, причем т<п, легко может быть получено его векторно-матричное представление в канонических формах управляемости или наблюдаемости. Так для формы управляемости имеем следующие выражения матриц, непосредственно формируемых на основе (5):

А =

0 1 . . 0 0 ' 0 "

0 0 . . 0 0 0

0 0 . . 0 0 9 0

. В =

0 0 . . 0 1 0

Ей _£L 1

% Я.) Op a„. .«0.

К-1 - h\ bQ ... 0 0].

После этого может быть выполнена процедура дискретизации (3), (4), позволяющая получить дискретную передаточную функцию H0(z) на основе соотношения

B(z)

H„(z) = C\z I-A ) 1 В' =

. bmzm f... + ^г + Д,

А(г) апг" +... + а, г + а„ Дискретизация объекта с заданной степенью точности для обеих форм его исходного математического представления .реализуется в автоматизированном режиме при использовании специализированного программного комплекса САТЕЛЛИТ путем ввода значений параметров ОУ, задания величины Т0 и указания количества членов, используемых в разложении Тейлора (4).

И, с,

ПР

1

< u)

ЦАП

ьёэ-

АЦП

ОУ

*Vn f r

'ill"-' 'L

r

Л1С

{С>

а)

Д_ АЦП е(й_ ЦАП ¡U(fí

IK

кГ„ + т

б)

Рис. 3

Полиномы передаточных функций контурной и внеконтурной частей полиномиального регулятора (ПР) (рис. 3, а) в наиболее простой реализации определяются в виде

R(z) = rkzk +... + r¡z + r0, C(z) = c¡z] +... + c,z + c0 на основе решения соответствующего уравнения синтеза

A(z)C(z) + B(z)R(z) = D(z), где D{z) = z" +d/¡_lzp~í + ...+d¡z + d0~ желаемый ХП замкнутой системы, причем ¿=«-1, l=m-\, p=n+m.

Предельное быстродействие дискретной САУ будет достш нуто, если задать кратные нулевые полюсы (zdl р = 0 )■ т.е. представить же таемый ХП в

виде D(:) = (z + :j)p = :р■

Такая стратегия управления приводит состояние возмущенной автономной системы в равновесие не более, чем за р тактов квантования и обеспечивает отработку ступенчатою входного воздействия за конечное время / =р Т0, определяемое лишь величиной периода квантования Т0.

Высокие требования быстродействия и динамической точности управления процессом термического вытягивания волокна (рис. 3, а) обеспечиваются реализацией обратной связи стадий конструирования и проектирования цифровых устройств управления электроприводами рабочих машин путем более точного учета величины такта квантования сигналов и значения вычислительного запаздывания микроконтроллера (рис. 3, б) при синтезе регуляторов методами финитного управления по дискретизированным моделям объекта с использованием оптимальных ра!ложений функции запаздывания в ряды Пад>

е " = — — » ~ '2-бге + гУ s _ 120-60x5+ 12t2js2 тУ , 2-й ~12 + 6ст + гУ " 120 + 60tj + 12tV - тУ

когда относительно небольшое усложнение модели ОУ и алгоритма управления (программы ПР) позволяет обеспечить существенное улучшение качества работы САУ (рис. 3, в, г).

В третьей главе рассматриваются вопросы развитии методов и средств разработки и отладки программного обеспечения микропроцессорных систем.

В каждом конкретном применении МПСУ выбор операционных средств должен осуществляться по технико-экономическими показателями, исходя из возможностей стандартных ОС РВ или их редуцированных модификаций. Наиболее экономичные решения для минимизированных систем, обеспечивающих максимальную децентрализацию управления, достигаются при формировании их ПО на базе языков высокого уровня, содержащих функции ОС РВ.

Для достижения требуемой эффективности создаваемого программного обеспечения выбран язык Forth, отличающийся открытостью внутренней структуры, расширяемостью, предельной компактностью, высоким быстродействием и расположенным в иерархии языковых средств между традиционными языками высокого уровня и ассемблерами.

Однако при создании программного обеспечения все же могут возникать ошибки либо из-за недостаточного знания объекта автоматизации (неопределенности объекта управления) и некорректного решения задачи синтеза регулятора, либо из-за неправильных действий конкретного программиста. Все это требует совершенствования технологии составления и отладки ПО встраиваемых МПСУ ш в направлении максимального выявления и оперативного устранения ошибок программирования, путем введения дополнительных этапов конструирования САУ.

Первым дополнительным этапом в процедуре программно-аппаратной реализации цифрового УУ является (рис. 4. а.) выделение программы регулятора

из среды моделирования MatLab с переводом на язык Forth, принятый для управляющего микропроцессорного контроллера (МПК).

Обеспечение взаимодействия «разноязыковых» моделей ОУ (программная среда MatLab) и регулятора (скомпилированный текст в рамках 32-разрядной Fori/г-системы) предлагается проводить под управлением операционной системы Windows в рамках модели "клиент-сервер" по стандартному DDE-интерфейсу (DDE - Dynamic Data Exchange - динамический обмен данными).

IBM PC

Windows

¡Forth- Сервер ] 1 MetLeb ]

1 j 1 Ьдп^егдеию I \ DDE 1 " 1

1 j 1 Модель объекта '

Модель ' 1 управления *

регулятора

регулятора ~ 4—, I

_____I ____ /Т fi J

j Пгата мода-

I Во(вОДЭ

К -i—' о.

Контроллер

А ЦДЛ j Плата ввода-

вывода

F cri h-систем а

I Компиляция I перенесение в j ОЗУ контрол-I лера

Forth- Cecwepl

I

Windows 'MatLab

Подпрограмма | связи

1 Модель объекта управления

*I Файл стекстом программы ) - _ _ _регулято^ _ „ j

Рис 4

Таким образом осуществляется подготовка управляющей программы для компиляции в машинные коды и уст ановки на МПК.

Вторым дополнительным этапом в создании цифрового УУ является введение в основную программу регулятора сервисных подпрограмм адресации внешних портов, а также ввода информации с датчика (£>ф) (рис. 4, б) и вывода управляющего воздействия (Кпр) на исполнительное устройство (электропривод ЭП2) (рис. 5). Для обеспечения работы этих программ в слот ПЭВМ включается дополнительная плата ввода-вывода, имеющая необходимый набор ЦАП и АЦП, поддерживаемых программно соответствующими драйверами связи.

Дополнительное моделирование МПСУ с введением внешних каналов * взаимодействия регулятора и объекта позволяет оперативно выявить и устранить шибки программного обеспечения, адресации внешних портов и ввода-вывода информационно-управляющих цифро-аналоговых сигналов, а также дефекты аппаратной части сервисного устройства сопряжения.

Третьим дополнительным этапом создания МПСУ является (рис. 4, в) отладка аппаратно-программного обеспечения, установленного на управляющей

МПК, с использованием цифровой модели объекта, реализ\емой средствами ПЭВМ с элеметами ввода-вывода цифро-аналоговых сигналов В этом случае программа регулятора удаляется из приложения сервера и переносится на управляющий МПК. ЦАП1 и АЦП1 сервисной платы ввода-вывода ПЭВМ заменяются соответствующими элементами реального МПК, а перемычки П!,2 на ее внешнем разъеме - соответствующими каналами К1, 2 взаимосвязи МПК с цифроана-логовой моделью ОУ.

Перевод управляющей программы на целевую платформу производится кросс-компилятором, а запись объектных кодов и контроль работы обеспечиваются дополнительно разработанной Forfh-системой по послеювательному интерфейсу RS-232 Для начальной отладки полная управляющая программа может быть установлена в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) реального МПК.

В таком виде аппаратно-программное обеспечение цифрового УУ оказывается максимально подготовленным для ввода САУ в эксплуатацию на реальном технологическом оборудовании (рис 5)

Четвертая глава посвящена вопросам совершенствования микропроцессорных управляющих устройств на основе методов и средств нечеткой логики.

Наличие неопределенностей или нечеткой информации об ОУ, которая не может быть представлена вероятностными соотношениями, вызывает объектив-

MetLab

г----: ■ FUZZV \ 1 Oeryfwvp i осе f ЦАЛ/Аф

L____ \

Ф

К

<F

Э111 электропривод подающего узла МI Г11 электродвигатель и преобразователь подающего угла Э1 "жструдер подачи полимера сердцевины

12 электропривод приемного узла КС П2 электродвигатель и преобразователь приемисто узла ПД - приемные диавальцы

'"шч ' ли;: заданное л действительное значения скорости подачи I чп! ' (<;> - заданное и действительное значения скорости приема

47

Рис.5

ные трудности моделирования, а недостаточная адекватность моделей приводит к существенному снижению эффективности разработанных процедур и алгоритмов управления. Это приводит к необходимости корректировки программного обеспечения непосредственно в производственных условиях, что соответствует возврату на этапы его составления и отладки по цепи обратной связи между стадиями ввода в эксплуатацию и конструирования САУ (рис. 1)

Анализ существующей технологии производства оптоволокна и конструктивных особенностей оборудования позволил выявить, что натяжение является, фактически, единственной величиной (координатой), способной дать оперативную информацию о высокочастотных воздействиях на формуемую нигь и снизить их влияние на светопотери. При этом основная проблема организации упреждающего компенсационного канала состоит в том, что величина колебаний той составляющей натяжения, которая вызвана реакцией приемного устройства, в значительной мере зависит от параметров скоростных режимов формования волокна, причем эта зависимость оказывается достаточно сложной и к настоящему времени количественно не определена.

Перспективным направлением решения этой задачи является создание интеллектуальных экспертных систем реального времени на основе математических методов и программных средств нечеткой логики, предполагающих выполнение процедур фаззификации, логического заключения и дефаззификации с использованием понятий лингвистической переменной, функций принадлежности и нечетких множеств (рис. 6, а).

При этом гибридная технология /и:г>-у правления, предполагающая использование некоторой комбинации нечеткого и классического регуляторов при соответствующем распределении функций на качественном и количественном уровнях управления, является наиболее приемлемой для автоматизации различных производственных процессов.

На рис. 6, б приведена полная расчетная структурная схема системы компенсации высокочастотных флуктуации диаметра волокна, включающая исходную модель ОУ, содержащую элемент запаздывания (ЭЗ) сигнала диаметра, элемент неопределенности (ЭН) и канал высокочастотного возмущения (ВВ); упреждающую модель ОУ без элементов запаздывания и неопределенности для базового режима его работы, а также основной и нечеткий регуляторы диаметра волокна.

Управление объектом строится на основе использования его упреждающей модели, определенной с достаточной степенью точности для номинального режима формования волокна (0=400 мкм); основного регулятора дифференцирующего типа, обеспечивающего упреждающую отработку возмущений с заданными показателями качества, и нечеткого /мггу-регулятора, представляющего собой реализацию экспертной системы реального времени, учитывающей нечеткий характер взаимосвязи оценки Г паразитной составляющей натяжения со скоростью приема мононити. При этом основной и нечеткий регуляторы образуют так называемый гибридный регулятор диаметра волокна.

В режиме отладки САУ, выполняемой с использованием ПЭВМ программными средствами инструментальной Forth-системы, пакета FUZZY Control комплекса Matlab, DDE-интерфейса и аппаратными средствами платы сопряжения с необходимым набором АЦП и ЦАП, обеспечивается оперативное построение жспертной системы реального времени, реализующей разработанный алгоритм гибридного/мггу-управления (рис. 5).

Рис. 6

По завершению отладки скомпилированная программа /кггу-регулятора присоединяется к основной программе управляющего МПК. в результате чего при минимальных затратах времени он оказывается способным обеспечивать новый уровень интеллектуального автономного управления технологическим объектом.

В приложении приведены патент РФ № 2235810, патент РФ N° 2237759 на устройства для управления вытягиванием волокна при формовании, акт внедрения цифровой системы управления установкой формования полимерного оптического волокна, диплом Международной выставки 2002 года в Брюсселе и диплом Международной выставки 2003 года в Париже

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Усложнение управляющих алгоритмов современных микропроцессорных систем значительно повышает вероятность появления ошибок (дефектов) их * проектирования и программирования, обнаруживаемых обычно лишь на стадии ввода САУ в эксплуатацию и приводящих к существенному увеличению сроков выполнения работ и возрастанию материально-финансовых затрат.

Характерными примерами таких МПС являются системы автоматизации сложного и перспективного технологического оборудования для производства

по 1имерного оптоволокна, реализующие функции адаптивного, прогнозирующего и прецизионного управления его диаметром.

2. Проблема устранения дефектов программного обеспечения современных МПСУ может быть решена путем развития технологии его разработки и отладки в направлениях реализации итерационных процедур эвристического структурного и автоматизированного параметрического синтеза, детализированною компьютерного моделирования САУ; организации дополнительных обратных связей между стадиями конструирования и проектирования, а также стадиями ввода САУ в эксплуатацию и конструирования управляющего микроконтроллера.

3. Применением указанного подхода к системам автоматизации производства полимерного оптоволокна достигается существенное улучшение показателей качества во всех режимах работы на основе более полной компенсации вариаций коэффициента передачи и времени запаздывания технологического объекта при изменении рабочих скоростей согласно соотношениям (1), (2), а также путем определенных изменений структуры управляющего устройства (рис.2)

4. Наиболее эффективным для цифровой реализации алгоритмов управления формованием волокна оказывается метод аналогового прототипа {«цифрового перепроектирования» с использованием упрощенных Z-форм), а реализацию обратных связей между стадиями конструирования и проектирования подсистемы управления термовытягиванием волокна целесообразно выполнять путем более точного учета значений такта квантования сигналов и вычислительного запаздывания микроконтроллера при синтезе регулятора методами финитного управления по дискретизированной модели объекта с использованием оптимальною разложения функции запаздывания в ряды Падэ.

5. Эффективным средством повышения возможностей программного обеспечения встраиваемых микроконтроллеров является использование функций операционных систем реального времени и языков высокого уровня с функциями ОС РВ.

Они позволяют обеспечить высокое быстродействие, гибкость, компактность управляющих программ, а также возможность их органичного сопряжения с программной средой универсальных ЭВМ, предназначенной для детализированного моделирования САУ.

6. Для встраиваемых управляющих микроконтроллеров, занимающих в иерархии цифровых управляющих устройств промежуточное положение между промышленными компьютерами и программируемыми логическими контроллерами, в наиболее полной мере необходимые функции обеспечивает язык Forth, расположенный в иерархии языковых средств соответственно между традицион-

г ными языками высокого уровня и ассемблерами.

7. Оперативное выявление и устранение ошибок (дефектов) программирования обеспечивает применение разработанных методов и средств последова-

- тельного (поэтапного) формирования и отладки управляющих программ микроконтроллеров, предполагающих выделение программы регулятора из среды моделирования Matlab с переводом на язык Forth, ее дополнение подпрограммами

адресации внешних портов и ввода-вывода информации с использованием необходимого набора ЦАП и АЦП, поддерживаемых драйверами связи; перевод управляющей программы на целевую платформу микроконтроллера при поддержке сервисной Forth -системы, а также выполнение отладки аппаратно-программного обеспечения микроконтроллера с использованием цифровой модели объекта, реализуемой ПЭВМ с элементами ввода-вывода цифроаналоговых сигналов.

8. Создание интеллектуальных экспертных систем реального времени на основе математических методов и программных средств нечеткой логики, предполагающих выполнение процедур фаззификации, логического заключения и дефаззификации с использованием понятий лингвистической переменной, функций принадлежности, нечетких множеств и т.п., является перспективным направлением решения задач управления в условиях повышенной сложности и неопределенности поведения объекта.

При этом более целесообразной оказывается гибридная технология fuzzy-управления, предполагающая использование определенной комбинации нечеткого и классического регуляторов с соответствующим распределением функций на качественном и количественном уровнях управления.

9. Существенное подавление высокочастотных флуктуаций диаметра оптоволокна и соответствующее снижение светопотерь в условиях недостаточно определенной взаимосвязи амплитуды колебаний натяжения волокна со скоростью его формования позволяет обеспечить реализация разработанных принципов /г/гг>>-управления, поясненных графиками функций принадлежности и структурной схемой на рис. 6.

10 Оперативное построение экспертной системы реального времени, реализующей разработанный алгоритм гибридного/i/zzy-y правления, обеспечивается в режиме отладки САУ на производственном оборудовании, выполняемой с использованием ПЭВМ программными средствами инструментальной Förth-системы, пакета FUZZY Control комплекса Matlab, DDE-интерфейса и аппаратными средствами платы сопряжения контроллера с объектом управления, оснащенной необходимым набором АЦП и ЦАП.

11. Практическое применение полученных научных результатов при создании микропроцессорных систем автоматического управления опытно-производственными установками формования и ориентационного вытягивания полимерного оптического волокна специального назначения позволило обеспечить выпуск готовой продукции с улучшенными показателями качества при минимальных затратах времени и средств на проведение пуско-наладочных работ.

Основные результаты диссертации отражены в работах: 1. Бурков А.П., Анисимов A.A., Волков A.B. Программирование са- ^ монастраивающихся управляющих систем на основе концепции Форт-машины: Материалы четвертого научно-практического семинара «Новые информационные технологии». - Моск. гос. ин-т электроники и математики. М., 2001, С.214. ISBN 5-230-16310-0.

2. Волков A.B. Особенности создания цифровых систем управления сложными технологическими объектами: Труды конференции третьей между нар. школы-семинара «БИКАМП-03». - СПб., 2003, С377.

3. Волков A.B. Программно-аппаратный комплекс для рафаботки и отладки микропроцессорных систем управления технологическими процессами: Тезисы докладов шестой международной науч. практич. конф. студентов и аспирантов. - М., МЭИ, 2000.

4. Волков A.B. Технология проектирования и программно-аппаратная реализация управляющих микропроцессорных систем: Труды конференции третьей междунар. школы-семинара «БИКАМП-01» - СПб., 2001, С.79-81.

5. Волков A.B., Тарарыкин C.B., Анисимов A.A. Технология разработки и отладки управляющих микропроцессорных систем: Тезисы докладов междунар. науч. -техннич. конфр. «Состояние и перспективы развития электротехнологии X Бенардосовские чтения». - Иваново, 2001. С. 135.

6. Волков A.B., Тарарыкин C.B. Программно-аппаратный комплекс для разработки и отладки микропроцессорных систем управления технологическими процессами: Тезисы докладов пятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов М.: МЭИ, 1999. С.326-327.

7. Волков A.B., Тарарыкин C.B. Совершенствование алгоритмов управления на основе детализированного моделирования цифровых систем: Те-5исы докладов междунар науч. - техннич конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии XI Бенардосовские чтения». - Иваново. 2003. С. 18.

8. Волков A.B., Тарарыкин C.B. Структурно-параметрический синтез цифровых систем с учетом особенностей объекта управления: Тезисы докладов междунар. науч.-техннич. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии XII Бенардосовские чтения». - Иваново, 2005. С.6.

9. Волков A.B., Тарарыкин C.B. Совершенствование микропроцессорных управляющих устройств на основе методов и средств нечеткой логика/Вестник ИГЭУ. - Иваново, 2004. - №2. С. 83-89.

10. Меркурьев М.А., Волков A.B., Маслов A.B. Применение учебного микроконтроллера KIT8031 для отладки элементов САУ: Тезисы докладов междунар. науч. - техннич. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии X Бенардосовские чтения». - Иваново, 2001. С.144.

11. Пат. 2235810 Российская Федерация, МПК7 D0I D 5/12, С 03 В 37/07. Устройство для управления вытягиванием волокна при формовании/ Тарарыкин C.B., Волков A.B., Тютиков В.В., СофроновС. В.; заявитель и патен-тоообладатель Иван. гос. энергетический унив-т. - №2003117820; заявл. 16.06.2003; опубл. 10.09.2004, Бюл. №25.

12. Пат. 2237759 Российская Федерация, МПК7 D 01 D 5/12, С 03 В 37/07. Устройство для управления вытягиванием волокна при формовании/ Тарарыкин C.B., Волков A.B., Тютиков В.В., Софронов С. В.; заявитель и патен-тоообладатель Иван. гос. энергетический унив-т. - №2003103887; заявл. 10.02.2003; опубл. 10.10.2004, Бюл. №28.

» - 718 4

13. Софронов C.B., Волков A.B., Ноговицииа Т.Е. Комплекс для моделирования и отладки микропроцессорных систем автоматического управления технологическими процессами//Новые информационные технологии: материалы науч.-практич. семинара/ МГИЕМ.-М., 1999 С.95-101.

14. Софронов C.B., Волков A.B., Солнышков А.Н. Программно-аппаратный комплекс для разработки и отладки микропроцессорных систем управления технологическими процессами: Тезисы докладов междунар. науч. -техннич. конфр «Состояние и перспективы развития электротехнологии IX Бе-нардосовские чтения». - Иваново, 1999. С.238.

15. Тарарыкин C.B., Волков A.B., Тютиков В.В. Синтез цифровых регуляторов с учетом эффекта вычислительного запаздывания/'/Проектирование и технология электронных средств, 2002. - №4. С21-26.

16. Тарарыкин C.B., Бурков А.П., Волков A.B. Формирование структур логического управления на основе диаграммы состояний. Третья международная науч. практич. конф. «Электроника и информатика - XXI век». - М., МИЭТ, 2000.

17. Тарарыкин C.B., Бурков А.П., Волков A.B. Последовательное проектирование и отладка микропроцессорных систем управления//Приводная техника, 2002, №1, с. 23-29.

18. Тарарыкин C.B., Волков A.B. Проектирование и отладка цифровых систем управления: Тезисы докладов Всероссийской науч. конф. «Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB». - М.: ИПУ РАН. 2002. Cl 14-115. ISBN 5-201-14939-1.

ВОЛКОВ Алексей Викторович

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ И ОТЛАДКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ (на примере автоматизации производства полимерного оптоволокна)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Лицензия ИД № 05285 от 04.07.2001 Подписано в печать 29.03.2006 Формат 60x84 1/16 Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16 Тираж 100 экз.

Государственное образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный энергетический университет

имени В.ИЛенина» 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34 Отпечатано в РИО ГОУ ВПО ИГЭУ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ И ОТЛАДКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

1.1. Общая характеристика процесса создания цифровых систем управления. Проблемы разработки и отладки программного обеспечения управляющих устройств.

1.2. Проблемы и особенности автоматизации процесса производства полимерного оптического волокна.

1.3. Методы и средства автоматизированного анализа и синтеза цифровых систем управления.

1.4. Методы и средства программирования и отладки микропроцессорных управляющих устройств.

1.5. Направления совершенствования технологии разработки и отладки программного обеспечения микропроцессорных систем управления.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. УЧЕТ ОСОБЕННОСТЕЙ ОБЪЕКТА И СПЕЦИФИКИ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИ СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ

МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ.

Вводные замечания.

2.1. Совершенствование структуры адаптивного регулятора диаметра формуемого оптоволокна.

2.2. Повышение качества работы многорежимной установки формования волокна на основе использования переменной структуры управляющего устройства.

2.3. Синтез микропроцессорных управляющих устройств с учетом эффекта вычислительного запаздывания сигналов.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ РАЗРАБОТКИ И ОТЛАДКИ

ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

Вводные замечания.

3.1. Операционные системы реального времени для микропроцессорных систем управления.

3.2. Повышение эффективности прикладного программного обеспечения микроконтроллеров посредством языковых средств.

3.3. Совершенствование технологии программной реализации и отладки алгоритмов управления микропроцессорных систем.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ

УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ.

Вводные замечания.

4.1. Основные принципы построения систем с нечеткой логикой управления.

4.2. Обобщенные структуры систем с нечеткими регуляторами и области их применения.

4.3. Совершенствование микропроцессорной системы управления процессом формования оптоволокна на основе методов и средств нечеткой логики.

ВЫВОДЫ.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Значительные достижения современной теории управления [2, 5, 14, 55, 83] и широкие возможности новых микроэлектронных средств [4,9,32,58,85] создают реальную основу для автоматизации самых сложных технологических процессов и производств [45, 90, 102, 103], обеспечения высоких технологических показателей систем автоматического управления (САУ) за счет применения оптимальных и адаптивных управляющих устройств, регуляторов переменной структуры и т.п.

Значительная часть цифровых систем управления технологическим оборудованием, функционирующих в реальном масштабе времени, реализуется в микропроцессорном (микроконтроллерном) или, так называемом, встраиваемом исполнении [9, 14,40,58], когда цифровой вычислитель органично совмещается с аппаратурой управления рабочей машиной или ее силовыми исполнительными устройствами для обеспечения максимальной надежности, снижения массо-габаритных и стоимостных показателей, повышения удобства обслуживания и т.п.

Важнейшая роль в создании микропроцессорных систем управления (МПСУ) технологическими объектами отводится разработке их программного обеспечения (ПО), которое, собственно, и призвано обеспечивать необходимую гибкость и требуемые функциональные возможности алгоритмов управления во всей их полноте и во всем многообразии.

Именно относительная легкость формирования, составления и корректировки ПО микропроцессорных систем значительного объема и степени сложности создает впечатление того, что они «могут все», т.е. способны обеспечить любые показатели управления технологическими объектами в соответствии с заданными требованиями, и лишь субъективный фактор «неумения программировать» может быть причиной получения ограниченных показателей их качества.

Однако более детальный анализ состояния развития современных МПСУ [4,85, 104], функционирующих на реальном технологическом оборудовании и призванных решать конкретные задачи автоматизации производств, указывает на то, что достижения современной теории автоматического управления (ТАУ) достаточно робко и осторожно внедряются в промышленности, несмотря на неуклонное повышение технологических требований и бурное развитие технических средств микроэлектронной техники. В производственных САУ продолжают доминировать микропроцессорные реализации типовых (неадаптивных) регуляторов пропорционально-интегрального (ПИ), пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) видов и их модификаций [1,2,3]. Безусловно, цифровая реализация проверенных практикой аналоговых регуляторов позволяет повысить их надежность, стабильность работы, обеспечить более удобную настройку, однако неуклонный рост технологических требований, несомненно, делает актуальным применение более совершенных и эффективных, но более сложных алгоритмов микропроцессорного управления.

Значительный разрыв между достижениями современной теории и практикой управления трудно объяснить одними лишь субъективными факторами. Все указывает на существование достаточно серьезных объективных причин, сдерживающих динамичное развитие ПО МПСУ.

Очевидно, одной из таких причин является то, что основы ПО цифровых управляющих устройств закладываются на этапе синтеза САУ, представляющего собой сложную обратную задачу динамики. При этом проблематика синтеза автоматически становится проблематикой начальной стадии разработки ПО.

Между тем, до настоящего времени не только для нелинейных, но даже для линейных систем еще не разработаны универсальные методы синтеза, позволяющие оперативно формировать структуру и параметры управляющего устройства, обеспечивать заданное (или оптимальное) сочетание показателей качества системы, сохранять их значения в необходимых пределах при возможных параметрических и внешних возмущениях объекта и т.п. В отдельных случаях достаточно легко решается лишь задача параметрического синтеза регуляторов заданной структуры для линейных САУ.

В остальных ситуациях процедура синтеза, как правило, складывается из решения нетрадиционной, творческой задачи структурной оптимизации регулятора, его * последующей параметрической оптимизации и детального анализа полученной САУ на предмет выполнения заданных требований.

Во многих случаях, особенно при наличии нелинейностей, решение задачи синтеза САУ вынужденно сводится к многократному проведению процедуры анализа эвристически сформированных структур, т.е. к выполнению комплексной итерационной процедуры «анализ объекта - синтез регулятора - анализ САУ - синтез регулятора -анализ САУ -.

С одной стороны, это требует значительных затрат времени проектировщика САУ. Находясь в жестких рамках сроков проектирования, он вынужден ограничиваться более простыми и не всегда самыми эффективными решениями, что, естественно, делает менее эффективным и создаваемое ПО МПСУ.

С другой стороны, проектировщик зачастую заведомо отказывается от разработки более сложных, хотя и более действенных алгоритмов управления в силу того, что их будет гораздо труднее реализовать на практике в микроконтроллерном исполнении из-за определенного несовершенства методов конструирования МПСУ, и прежде всего методов разработки и отладки ПО.

В результате этого творческие процедуры структурного синтеза и оптимизации управляющих устройств оказываются маловостребованными и слаборазвитыми, анализ получаемых решений - недостаточно детализированным, а используемые алгоритмы управления - в слабой степени учитывающими особенности объекта и ^ малоэффективными.

Недостаточно эффективное решение задач синтеза цифровых управляющих устройств приводит к появлению так называемых дефектов (ошибок) проектирования МПСУ, возникающих на начальных этапах создания ПО и являющихся наиболее трудноустранимыми в последующих стадиях разработки САУ.

Помимо сложностей решения задачи синтеза управляющих устройств, второй из основных причин, сдерживающих развитие ПО МПСУ, является то, что последние представляют собой встраиваемые цифровые системы реального времени с ограниченными разрядной сеткой и быстродействием. Это приводит к необходимости учета специфических эффектов квантования сигналов по уровню и по времени, эффекта » вычислительного запаздывания в управлении; применения специальных приемов масштабирования величин, подпрограмм адресации к внешним портам и др.

Как правило, параметры квантования сигналов и величина вычислительного запаздывания становятся известными лишь на стадии конструирования МПСУ, после завершения программной реализации алгоритма управления, в то время как необходимость их учета возникает уже на этапах синтеза регулятора, т.е. на стадии проектирования системы.

Отсутствие обратной связи между стадиями конструирования и проектирования, характерное для существующих технологий создания МПСУ, не позволяет в полной мере учесть специфику цифрового управления технологическими объектами и может привести к существенному снижению показателей качества САУ.

Следует отметить, что организация устойчивой взаимосвязи стадий проектирования (П) и конструирования (К) МПСУ предполагает выполнение итерационной процедуры с многократными переходами П-К-П-К - ., что, в свою очередь, также требует наличия эффективных и хорошо отработанных процедур программной реализации управляющих алгоритмов и отладки создаваемого ПО.

Таким образом, анализ двух указанных выше причин недостаточного уровня развития ПО встраиваемых МПСУ выявляет и связанную с ними третью причину, состоящую в несовершенстве процедур их программно-аппаратной реализации и отладки ПО.

Перевод синтезированного алгоритма управления на язык конкретного микропроцессорного контроллера (МПК), применение арифметических операций с фиксированной запятой, приемов масштабирования переменных цифрового регулятора, различных способов адресации к внешним портам для связи с информационными и исполнительными элементами САУ; многократные перекомпоновки и переадресации в управляющих программах реального времени придают специфические особенности и создают существенные трудности в их формировании и отладке. Они являются причиной появления, теперь уже на стадии конструирования, значительного числа дефектов (ошибок) программирования, имеющих в большей степени субъективный характер и способных также привести к существенным потерям времени и дополнительным финансовым затратам при создании САУ.

Существующие технологии разработки и отладки ПО МПСУ не позволяют в полной мере учитывать указанные особенности и оперативно устранять дефекты программирования управляющих устройств. Это значительно обостряет и две первые причины недостаточного уровня развития ПО микроконтроллерных систем, определяя тем самым ключевую проблему их дальнейшего совершенствования и развития.

Следует также отметить, что недостаточный уровень развития технологии и соответствующих аппаратно-программных средств для разработки и отладки МПСУ создает дополнительные трудности при их вводе в эксплуатацию, когда выявляющиеся особенности объекта управления могут потребовать оперативной корректировки структуры и параметров управляющих устройств, т.е. возникнет необходимость усовершенствования МПСУ непосредственно на производственном объекте и организации обратной связи между стадиями ввода САУ в эксплуатацию и конструирования.

Недостаточная степень теоретической и практической проработки перечисленных вопросов существенно затрудняет проектирование и конструирование МПСУ, вызывает повышение затрат при вводе в эксплуатацию, приводит к снижению их показателей качества и определяет, таким образом, необходимость дальнейшего совершенствования технологии их разработки и практической реализации.

Целью данной работы является развитие методов и средств разработки и отладки программного обеспечения микропроцессорных систем управления как основы повышения качества их работы и снижения затрат при вводе в эксплуатацию на производственном оборудовании.

Достижение поставленной цели определяет необходимость решения следующих основных задач:

1. Анализ и конкретизация проблем разработки и отладки программного обеспечения цифровых управляющих устройств во встраиваемом исполнении.

2. Учет особенностей технологического объекта и специфики цифрового управления в структурно-параметрическом синтезе микропроцессорных управляющих устройств.

3. Развитие процедур формирования управляющих программ микропроцессорных контроллеров и их отладки.

4. Корректировка алгоритмов микропроцессорного управления в условиях неполной определенности технологических объектов.

В наиболее полной мере разрешение указанной проблематики может быть проиллюстрировано на примере разработки комплексной системы цифрового управления совмещенной технологической установкой формования и термического ориентационного вытягивания полимерного волокна оптического назначения [45,57,90,94,102,103], относящейся к классу наиболее сложного, ответственного и прогрессивного технологического оборудования с высоким потенциалом влияния на качественные показатели готовой продукции.

Связь с целевыми программами. Работа выполнялась в соответствии:

- с тематическим планом фундаментальных исследований Министерства образования РФ, регистрационный номер НИР 1.102 Д «Разработка принципов прогнозирующего и адаптивного управления процессами производства полимерного оптического волокна» (2003 - 2005 г.г.);

- с научно-технической программой «Исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма «Производственные технологии», раздел «Высокие технологии межотраслевого применения, регистрационный номер НИР 11.01.050 «Разработка модульного микроконтроллера для многоканальных электромеханических систем» (2001 - 2002 г.);

- с программой хоздоговорной НИР № 930/01 по заказу Инженерного центра полимерного оптического волокна г. Твери на тему «Разработка цифровой системы управления установкой формования полимерного оптического волокна» (2001 г.).

Методы исследований. При решении поставленных задач в работе использовались методы объектно-ориентированного программирования, модального управления состоянием непрерывных и дискретных динамических систем, методы синтеза полиномиальных цифровых регуляторов, методы нечеткой логики, элементы теории адаптивного и оптимального управления.

Исследование синтезированных цифровых систем выполнялось методами имитационного моделирования и натурных экспериментов на лабораторном и опытно-производственном оборудовании.

Научная новизна работы определяется разработкой и реализацией новых подходов к созданию программного обеспечения микропроцессорных систем управления, а также его отладке в лабораторных и производственных условиях:

1) определены направления совершенствования технологии разработки и отладки программного обеспечения МПСУ, состоящие в реализации итерационных процедур структурно-параметрического синтеза, детализированного моделирования микропроцессорной системы, поэтапного выделения программы регулятора из среды моделирования САУ; в организации упреждающих обратных связей между стадиями ее конструирования и проектирования, а также вводом в эксплуатацию и конструированием при максимальном учете особенностей объекта и специфики цифрового управления;

2) применительно к задачам автоматизации процессов производства полимерного оптоволокна разработаны усовершенствованные алгоритмы адаптивного управления его диаметром, обеспечивающие повышение показателей качества за счет эффективной самонастройки параметров регулятора на условия формования волокна (патент РФ № 2235810) и структурных перестроений управляющего устройства при смене режимов работы технологического оборудования (патент РФ № 2237759);

3) применительно к задаче управления процессом термического вытягивания полимерного оптоволокна разработана методика организации оперативной обратной связи между стадиями конструирования и проектирования цифрового регулятора путем более точного учета значений периода квантования сигналов и вычислительного запаздывания при синтезе алгоритмов финитного управления с использованием оптимальных разложений функции запаздывания в ряды Падэ;

4) для выявления и устранения дефектов программирования МПК разработаны методы и средства последовательного (поэтапного) выделения программы регулятора из среды моделирования САУ, ее перевода на язык управляющего микроконтроллера, дополнения сервисными программами обмена информацией с периферийными устройствами и выполнения отладочных процедур с использованием цифровой модели объекта, реализуемой на универсальной ЭВМ;

5) для решения задачи высокоточного управления диаметром полимерного оптоволокна в процессе формования при наличии факторов неопределенности объекта разработана методика организации упреждающей обратной связи между стадиями ввода САУ в эксплуатацию и конструирования МПК на основе синтеза гибридного fuzzy-регулятора с использованием математических методов и программных средств нечеткой логики.

Практическая ценность работы.

1. Использование результатов работы при создании встраиваемых МПСУ различного назначения позволяет существенно уменьшить количество дефектов (ошибок) их проектирования и программирования, что обеспечивает повышение показателей качества и снижение затрат при отладке и вводе САУ в эксплуатацию.

2. Разработанные программно-аппаратные средства микропроцессорного управления оборудованием для производства полимерного оптоволокна являются примером конкретной реализации теоретических положений диссертации, а результаты их промышленного применения - подтверждением практической значимости.

Реализация результатов работы. Разработанные методы и средства формирования и отладки программного обеспечения цифровых систем реального времени использованы в виде специализированного отладочного комплекса при создании системы управления многодвигательной технологической установкой формования бикомпонентного полимерного оптического волокна (ПОВ) Инженерного центра ПОВ г. Твери (Приложение).

Результаты работы используются также в учебном процессе кафедры «Электроника и микропроцессорные системы» Ивановского государственного энергетического университета при подготовке магистров техники и технологии по направлению 55.02.00 - Автоматизация и управление (учебный курс «Современные проблемы автоматизации и управления»).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на

Международных научно-технических конференциях: «Состояние и перспективы развития электротехнологии IX-XII Бенардосовские чтения» (Иваново, 1999 г, 2001 г, 2003 г, 2005 г.); Пятой и шестой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, МЭИ, 1999 г, 2000 г); Научно-практическом семинаре «Новые информационные технологии» (Москва, МГИЭМ, 1999 г); Третьей международной научной практической конференции «Электроника и информатика - XXI век» (Москва, I МИЭТ, 2000 г); Всероссийской научной конференции «Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB» (Москва, ИПУ РАН, 2002 г); Четвертом научно-практическом семинаре «Новые информационные технологии» (Москва, МГИЭМ, 2001 г); Третьей и четвертой международной школе-семинаре «БИКАМП-01», «БИКАМП-03» (Санкт Петербург, 2001 г, 2003 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 2 статьи в центральных научных журналах и 1 статья в межвузовском сборнике научных трудов; получено 2 патента на изобретения.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 108 наименований и приложение. Работа изложена на 146 листах машинописного текста, содержит 40 рисунков и одну таблицу.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Усложнение управляющих алгоритмов современных микропроцессорных систем значительно повышает вероятность появления ошибок (дефектов) их проектирования и программирования, обнаруживаемых обычно лишь на стадии ввода САУ в эксплуатацию и приводящих к существенному увеличению сроков выполнения работ и возрастанию материально-финансовых затрат.

Характерными примерами таких МПС являются системы автоматизации сложного и перспективного технологического оборудования для производства полимерного оптоволокна, реализующие функции адаптивного, прогнозирующего и прецизионного управления его диаметром.

2. Проблема устранения дефектов программного обеспечения современных МПСУ может быть решена путем развития технологии его разработки и отладки в направлениях реализации итерационных процедур эвристического структурного и автоматизированного параметрического синтеза, детализированного компьютерного моделирования САУ; организации дополнительных обратных связей между стадиями конструирования и проектирования, а также стадиями ввода САУ в эксплуатацию и конструирования управляющего микроконтроллера.

3. Применением указанного подхода к системам автоматизации производства полимерного оптоволокна достигается существенное улучшение показателей качества во всех режимах работы на основе более полной компенсации вариаций коэффициента передачи и времени запаздывания технологического объекта при изменении рабочих скоростей в соответствии с соотношением (2.4) и схемой на рис. 2.1, а также путем определенных изменений структуры управляющего устройства согласно схеме на рис. 2.5.

4. Наиболее эффективным для цифровой реализации алгоритмов управления формованием волокна оказывается метод аналогового прототипа («цифрового перепроектирования» с использованием упрощенных Z-форм), а реализацию обратных связей между стадиями конструирования и проектирования подсистемы управления термовытягиванием волокна целесообразно выполнять путем более точного учета значений такта квантования сигналов и вычислительного запаздывания микроконтроллера при синтезе регулятора методами финитного управления по дискретизированной модели объекта с использованием оптимального разложения функции запаздывания в ряды Падэ.

5. Эффективным средством повышения возможностей программного обеспечения встраиваемых микроконтроллеров является использование функций операционных систем реального времени (ОС РВ) и языков высокого уровня с функциями ОС РВ.

Они позволяют обеспечить высокое быстродействие, гибкость, компактность управляющих программ, а также возможность их органичного сопряжения с программной средой универсальных ЭВМ, предназначенной для детализированного моделирования САУ.

6. Для встраиваемых управляющих микроконтроллеров, занимающих в иерархии цифровых управляющих устройств промежуточное положение между промышленными компьютерами и программируемыми логическими контроллерами, в наиболее полной мере необходимые функции обеспечивает язык Forth, расположенный в иерархии языковых средств соответственно между традиционными языками высокого уровня и ассемблерами.

7. Оперативное выявление и устранение основной части ошибок (дефектов) программирования обеспечивает применение разработанных методов и средств последовательного (поэтапного) формирования и отладки управляющих программ микроконтроллеров, предполагающих выделение программы регулятора из среды моделирования Mcitlcib с переводом на язык Forth, ее дополнение подпрограммами адресации внешних портов и ввода-вывода информации с использованием необходимого набора ЦАП и АЦП, поддерживаемых драйверами связи; перевод управляющей программы на целевую платформу микроконтроллера при поддержке сервисной Forth -системы, а также выполнение отладки аппаратно-программного обеспечения микроконтроллера с использованием цифровой модели объекта, реализуемой ПЭВМ с элементами ввода-вывода цифроаналоговых сигналов.

8. Создание интеллектуальных экспертных систем реального времени на основе математических методов и программных средств нечеткой логики, предполагающих выполнение процедур фаззификации, логического заключения и дефаззификации с использованием понятий лингвистической переменной, функций принадлежности, нечетких множеств и т.п., является перспективным направлением решения задач управления в условиях повышенной сложности и неопределенности поведения объекта.

При этом более целесообразной оказывается гибридная технология fuzzy-управления, предполагающая использование определенной комбинации нечеткого и классического регуляторов с соответствующим распределением функций на качественном и количественном уровнях управления.

9. Существенное подавление высокочастотных флуктуаций диаметра оптоволокна и соответствующее снижение светопотерь в условиях недостаточно определенной взаимосвязи амплитуды колебаний натяжения волокна со скоростью его формования позволяет обеспечить реализация разработанных принципов /г/ггу-управления, поясняемых структурной схемой на рис. 4.9, графиками функций принадлежности на рис. 4.12 и сводом логических правил, приведенных в табл.

10. Оперативное построение экспертной системы реального времени, реализующей разработанный алгоритм гибридного/г^^-управления, обеспечивается в режиме отладки САУ на производственном оборудовании, выполняемой с использованием ПЭВМ программными средствами инструментальной Fw/A-системы, пакета FUZZY Control комплекса Matlab, DDE-интерфейса и аппаратными средствами платы сопряжения контроллера с объектом управления, оснащенной необходимым набором АЦП и ЦАП.

11. Практическое применение полученных научных результатов при создании микропроцессорных систем автоматического управления опытно-производственными установками формования и ориентационного вытягивания полимерного оптического волокна специального назначения позволило обеспечить выпуск готовой продукции с улучшенными показателями качества при минимальных затратах времени и средств на проведение пуско-наладочных работ.

1. Автоматизация настройки систем управления / В.Я.Ротач, В.Ф.Кузнецов, А.С. Клюев и др. Под ред. В.Я. Ротач. - М.:Энергоатомиздат.1984-272с.

2. Автоматизированное проектирование систем автоматического управления/ Я.Я.Алексанкин, А.Э.Бржозовский, В.А.Жданов и др.; Под ред. В.В. Солодовникова. М.: Машиностроение, 1990. -332 е.: ил.

3. Автоматизированное проектирование систем управления/Под ред. М.Джамшиди и др.; Пер. с англ. В.Г.Дунаева и А.Н.Косилова -М.: Машиностроение, 1989.-344 е.: ил.

4. Алексеенко А.Г., Галицын А.А., Иванников А.Д., Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах: Проектирование, типовые решения, методы отладки.-М.: Радио и связь,1984,- 272 е., ил.

5. Андриевский Б.Р., Фридков А.Л. Избранные главы теории автоматического управления.-СПб. :Наука, 1999.-467с.

6. Артемьев В.М., Ивановский А.В. Дискретные системы управления со случайным периодом квантования. -М.: Энергоатомиздат, 1986.-96 е.: ил.

7. Архангельский А.Я. Функции С++, C++Builder 5, API Windows (справочное пособие) М.: ЗАО «Издательство БИНОМ»,2000. - 240 е.: ил.

8. Балакирев B.C. и др. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления. М., «Энергия», 1967.-232 е.: ил.

9. Балашов Е.П., Пузанков Д.В., Микропроцессоры и микропроцессорные системы/Под ред. В.Б.Смолова. М.: Радио и связь, 1981. -328 с. ил.

10. Балуев А.В., Дурдин М.Ю., Колганов А.Р. Автоматизация моделирования и функционального проектирования электромеханических систем: Учеб. пособие. -Иваново: Иван. гос. энерг. ун-т, 1993. 84 с.

11. П.Баранов С.Н., Ноздрунов Н.Р. Язык Форт и его реализации. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. - 157 е., ил.

12. Белов А.В. Конструирование устройств на микроконтроллерах. СПб.: Наука и Техника, 2005. -256с.: ил.

13. Бен-Ари М., Языки программирования. Практический сравнительный анализ: Пер. с англ. М.: Мир, 2000. -366 е.,ил.

14. Бесекерский В.А., Изранцев В.В Системы автоматического управления с микроЭВМ. -М.: Наука. 1987 320 с. -(Теоретические основы технической кибернетики).

15. Бессонов А.А. Методы и средства идентификации динамических объектов/ А.А. Бессонов, Ю.В.Загашвили, А.С.Маркелов.- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989.-280 е.: ил.

16. Библиотека алгоритмов 16-506.(Справочное пособие.) М., «Сов. радио»,1975.

17. Болнокин В.Е., Чинаев Л.И. Анализ и синтез система автоматическогоуправления на ЭВМ. Алгоритмы и программы: Справочник.-М. Радио и связь, 1991-256с.

18. Бродин В.Б., Калинин А.В. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики М.: Издательство ЭКОМ, 2002. -400 с.:ил.

19. Броуди Л. Начальный курс программирования на языке Форт: Пер. с англ.; Предисл. И.В.Романовского,- М.: Финансы и статистика, 1990. -352 е.: ил.

20. Букреев И.Н., Горячев В.И. Мансуров Б.М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств М.: Радио и связь, 1990. - 416с.

21. Волгин Л.Н. Оптимальное дискретное управление динамическими системами. -М.: Наука,1986.-230с.

22. Волков А.В. Особенности создания цифровых систем управления сложными технологическими объектами: Труды конференции третьей междунар. школы-семинара «БИКАМП-03». СПб., 2003, С377.

23. Волков А.В. Программно-аппаратный комплекс для разработки и отладки микропроцессорных систем управления технологическими процессами: Тезисы докладов шестой международной науч. практич. конф. студентов и аспирантов. М., МЭИ, 2000.

24. Волков А.В. Технология проектирования и программно-аппаратная реализация управляющих микропроцессорных систем: Труды конференции третьей междунар. школы-семинара «БИКАМП-01». СПб., 2001, С.79-81.

25. Волков А.В., Тарарыкин С.В. Совершенствование микропроцессорных управляющих устройств на основе методов и средств нечетко логики//Вестник ИГЭУ. -Иваново, 2004. №2. С. 83-89.

26. Гёлль П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс: Пер. с франц. 2-е изд., испр. -М.: ДМК, 1999. - 144 е.: ил.

27. Гибсон Г., Лю Ю-Ч., Аппаратные и программные средства микро-ЭВМ/Пер. с англ. В.Л.Григорьева; Под ред. В.В.Сташина. М.: Финансы и статистика, 1983.-255 е., ил.

28. Гультяев А.К., MATLAB 5.2. Имитационное моделирование в среде Windows: Практическое пособие. СПб.: Корона принт, 1999. - 288 с.

29. Турецкий X. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием: Пер. с польского. М.: Машиностроение, 1974. - 328с.

30. Гусев В.Г., Методы исследования точности цифровых автоматических систем. -М.: Наука, 1973. -400с.

31. Дьяков В., Круглое В., Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник. СПб.: Питер,2001. - 480 е.: ил.

32. Дьяконов В.П., Форт-системы программирования персональных ЭВМ. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992 - 352с.

33. Егоров С.В., Мирахмедов Д.А. Моделирование и оптимизация в АСУТП. Т.: Мехнат, 1987,-200 с.

34. Ерофеев Ю.Н. Импульсная техника: Уч. пособие для радиотехн. спец. вузов. -М.: Высшая школа, 1984: 391с.

35. ЖинтелисГ.Б. и др., Автоматизация проектирования микропрограммируемых структур/Г.Б.Жинтелис, Э.К.Карчаускас, Э.К.Мачикенас.-Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1985.-216 е., ил.

36. Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. М.: Мир, 1976.

37. Иванников А.Д., Моделирование микропроцессорных систем.- М.: Энергоатомиздат, 1990.-144 е., ил.

38. Ивахненко А.Г., Юрачковский Ю.П. Моделирование сложных систем по экспериментальным данным. -М.: Радио и связь, 1987. 120 е.: ил. -(Кибернетика).

39. Изерман Р., Цифровые системы управлени: Пер. с англ.-М.:Мир, 1984 -541с.,ил.

40. Исследование динамических характеристик установок для получения полимерных оптических волокон/С.В. Софронов, С.В. Тарарыкин, В.Ф. Глазунов и др.//Полимеры и оптические волокна на их основе: Сб. научных тр. ВНИИСВ. -Калинин, 1988.-е. 107-113.

41. Кондрашин А.В., Хорьков В.И. Исследование и идентификация управляемых технических систем. М: Фирма «Испо - Сервис», 2000.-220с.

42. Корячко В.П. и др., Теоретические основы САПР/В.П.Корячко, В.М.Курейчик, И.П.Норейков.-М.: Энергоатомиздат, 1987. -400 е., ил.

43. Круглое В.В., Дли М.И., Голунов Р.В. Нечеткая логика и искусственные нейронные сети: Учеб. пособие. М.:Изд-во Физико-математической литературы, 2001. -224с.

44. Куо Б., Теория и проектирование цифровых систем управления: Пер. с англ. -М.: Машиностроение, 1986. -448 е., ил.

45. Лазарев Ю.Ф., MATLAB 5.x. К.: Издательство BHV, 2000. - 384 с.

46. Липаев В.В., Проектирование программных средств. М.: Высш.шк., 1990. -303 е.: ил.

47. Мамиконов А.Г. и др., Автоматизация проектирования АСУ/ А.Г.Мамиконов,

48. A.Д.Цвиркун, В.В.Кульба,-М.: Энергоиздат, 1981. 328 е., ил.

49. Марчуков Б.А., Проектирование систем автоматического управления технологическими процессами. -М.: Машиностроение, 1981.-280 е., ил.

50. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 3-х т./Под ред. Н.Д.Егупова-М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана.

51. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: Учебник/Под ред. Н.Д.Егупова-М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.-744 с.

52. Микропроцессорное управление установкой для формования и термического вытягивания волокна/ С.В. Тарарыкин, В.М. Левин, С.В. Софронов и др. -Иваново: Изд-воИГЭУ, 1981-82с.

53. Микропроцессорные автоматические системы регулирования/Под ред.

54. B.В.Солодовникова.-М.:Высшая школа, 1991 .-256с.

55. Микропроцессоры: В 3-х кн./Н.В.Воробьев, В.Л.Горбунов, А.В.Горячев и др.; Под ред. Л.Н.Преснухина,- М.: Высш. шк., 1986.-351с.:ил.

56. Микропроцессоры: системы программирования и отладки/В.А.Мясников, М.Б.Игнатьев, А.А.Кочкин, Ю.Е.Шейнин; Под ред. В.А.Мяснткова, М.Б.Игнатьева.- М.: Энергоатомиздат, 1985,-272 е.,ил.

57. МикроЭВМ, микропроцессоры и основы программирования/ А.Н.Морозевич, А.Н.Дмитриев, В.Н.Мухаметов и др.; Под общ. ред. А.Н.Морозевича.-Мн.Выш.шк.,1990-352 е., ил.

58. Мита Ц., Хара С., Кондо Р. Введение в цифровое управлени.-М.: Мир,1994,256с.

59. Наладка средств автоматизации и автоматических систем реглирования: Справочное пособие/ А.С.Клюев, А.Т.Лебедев, С.А.Клюев, А.Г.Товарнов; Под ред. А.С.Клюева.-2-е изд., перерраб. и доп. -М.:Энергоатомиздат, 1989. 368 е.: ил.

60. Ноговицина Т.Е. Разработка среды полимоделирования сложных динамических систем в форме интуитивных спецификаций: Дис. .канд. техн. наук: 05.13.12.-Иваново, 1999.-225с.

61. Норенков И.П., Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. -М.: Высш. школа, 1980. -311 е.,ил.

62. Ослэндер Д.М. Управляющие программы для механических систем: объектно-ориентированное проектирование систем реального времени Д.М. Ослэндер, Дж. Р. Риджли, Дж. Д. Ринггенберг; Пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. 413 с., ил.

63. Основы построения систем автоматизированного проектирования. ПетренкоА.И., СеменковО.И. К.: Высшая шк., Головное изд-во, 1984.-296 с.

64. Острем К., Виттенмарк Б., Системы управления с ЭВМ: Пер. с англ. М.: Мир, 1987.-480 е., ил.

65. Пат. 2235810 Российская Федерация, МПК7 D 01 D 5/12, С 03 В 37/07. Устройство для управления вытягиванием волокна при формовании/ Тарарыкин С.В.,

66. Волков А.В., Тютиков В.В., Софронов С. В.; заявитель и патентоообладатель Иван. гос. энергетический унив-т. №2003117820; заявл. 16.06.2003; опубл. 10.09.2004, Бюл. №25

67. Петренко А.И., Основы автоматизации проектирования.-К.: Техника, 1982. -295 е., ил. -Библиогр.: с. 287-295.

68. Петров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / Под ред. проф. В.П.Дьяконова. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 256 с.:ил.

69. Потемкин В.Г. Система MATLAB. Справочное пособие.-М. Диалог-МИФИ, 1997-3 50с.

70. Программный комплекс для автоматического проектирования систем модального управления («САТЕЛЛИТ»)/ИГЭУ; Котов Д.Г., Варков Е.А., Тарарыкин С.В., Тютиков В.В.-Свидетельство Роспатента №2001610856 от 13.07.01г.

71. Программный комплекс МИК / В.Н. Нуждин, А.Р. Колганов, А.В. Балуев, и др. Инв. II 007860 от 29.08.84. Информ. бюллетень ГОСФАП СССР / ВНТИцентр, 1985, №1 (64). с.78.

72. Пупков К.А., Фалдин Н.В., Егупов Н.Д. Методы синтеза оптимальных систем автоматического управления Под ред. Н.Д. Егупова. Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000. -512с., ил.

73. Пустоваров В.И. Язык Ассемблера в программировании информационных и управляющих систем М.: «ЭНТРОП», К, «ВЕК», 1997. - 304 е.,ил.

74. Райбман Н.С., Чадеев В.М. Построение моделей процессов производства.-М.: Энергия, 1975

75. Растригин Л.А. Маджаров Н.Е. Введение в идентификацию объектов управления. М., «Энергия», 1977.-216 е., ил.

76. Румянцев П.В. Азбука программирования в Win 32 API. 2-е изд., стереотип-М.: Радио и связь, Горячая линия Телеком, 2000. - 272 е.: ил.

77. Румянцев П.В. Работа с файлами в Win 32 API. М.: Горячая линия - Телеком, 2000. - 200 е., ил.

78. Синтез дискретных регуляторов при помощи ЭВМ/В.В. Григорьев, В.Н. Дроздов, В.В. Лаврентьев, А.В. Ушаков. Л.: Машиностроение, 1983. -245 с.

79. Современная прикладная теория управления. Новые классы регуляторов технических систем / Под ред. А. А. Колесникова, Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000,- 656с.

80. Современные методы идентификации систем: Пер. с англ./Под ред. П. Эйкхоффа. М.: Мир, 1983.-400 е., ил.

81. Современные микроконтроллеры: Архитектура, средства проектирования, примеры применения. Под ред. Коршуна И.В.; Составление, пер. с англ. и литературная обработка Горбунова Б.Б- М.: Издательство «Аким», 1998.-272 е.,ил.

82. Создание комплекса аппаратно-программных средств микропроцессорных систем синхронизации взаимосвязанного электропривода: Отчет о НИР/ Иван, энерг. ин-т; Руководитель С.В. Тарарыкин; № ГР 01960001750; Инв. № 02960005047. Иваново, 1995. - 50с., ил.

83. Софронов С.В. Автоматическое управление процессами формования и ориентационного вытягивания полимерного оптического волокна: Дис. .канд. техн. наук: 05.13.07. Иваново, 1996. -208с.

84. Способ управления вытягиванием волокон при формовании и устройство для его осуществления. А.С. №1686047. М.Кл. D01D 5/12, С03В37/02. Заявл. 25.01.89. Опубл. 23.10.91 Бюл. №39.

85. Тавернье К. PIC-микроконтроллеры. Практика применения: Пер.С фр.- М.: ДМК Пресс, 2004. -272с.:ил.

86. Тарарыкин С.В. Принципы управляемой синхронизации машин в технологических агрегатах для производства ленточных и волоконных материалов: Дис. .док. техн. наук: 05.02.13, 05.09.03. Иваново, 1992. -432с.

87. Тарарыкин С.В., Волков А.В., Тютиков В.В. Синтез цифровых регуляторов с учетом эффекта вычислительного . запаздывания//Проектирование и технология электронных средств, 2002. -№4. С21-26.

88. Тарарыкин С.В., Софронов С.В. Автоматизация процессов производства полимерного оптического волокна. Иваново: Изд-во ИГЭУ, 2002.-144с.

89. Тарарыкин С.В., Тютиков В.В. Элементы структурной оптимизации следящих электромеханических систем с модальным управлением//Изв. вузов. Электромеханика,-1994, № 1-2, с. 25-31.

90. Тарарыкин С.В., Бурков А.П., Волков А.В. Формирование структур логического управления на основе диаграммы состояний: Третья международная науч. практич. конф. «Электроника и информатика XXI век». - М., МИЭТ, 2000.

91. Тарарыкин С.В., Бурков А.П., Волков А.В. Последовательное проектирование и отладка микропроцессорных систем управления//Приводная техника, 2002, №1, с. 23-29.

92. Тарарыкин С.В., Волков А.В. Проектирование и отладка цифровых систем управления: Тезисы докладов Всероссийской науч. конф. «Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB». -М: ИПУ РАН. 2002. С114-115. ISBN 5201-14939-1

93. Теория автоматического управления / С.Е. Душин, Н.С. Зотов, ДХ. Имаев и др.; Под ред. В.Б. Яковлева. -М.: Высшая школа, 2003. -567 с.:ил.

94. Тищенко Н.М., Введение в проектирование систем управления. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 248 е.: ил.

95. Тютиков В.В., Тарарыкин С.В., Шлыков В.В. Применение программного комплекса MATLAB в курсе ТАУ/Иван. гос. энерг. ун-т.-Иваново,2001.72 с.

96. Устройство для регулирования толщины формуемых стеклянных нитей. Заявка ФРГ №2918099. М.Кл. С03В37/02. Заявл. 4.05.79., опубл. 13.11.80.

97. Устройство для управления вытягивание волокна при формовании. А.С. № 1756401. М.Кл. D01 D5/12, С 03 В 37/02. Заявл. 30.11.89., Опубл. 23.08.92 Бюл. №31.

98. Фридмен М., Ивенс JL, Проектирование систем с микрокомпьютерами: Пер. с англ.-М.: Мир, 1986.-405 е.,ил.

99. Штейнберг Ш.Е. Идентификация в системах управления. -М.: Энергоатомиздат, 1987. 80 е.; ил.

100. Экхауз Р., Моррис JL, Мини-ЭВМ: Организация и программирование/Пер. с англ. А.Ф.Кондратюка и J1.C.Черняка; Под ред. и с предисловием Г.П.Васильева.-М.: Финансы и статистика, 1983. 359 е., ил.

101. Котов Д.Г. Совершенствование структуры и методов синтеза модальных регуляторов состояния технологических объектов: Дис. .канд. техн. наук: 05.13.06. -Иваново, 2004. 188с.

102. Mamdani E.N. Application of Fuzzy Logic of Approximate Reasoning Using Linguistic Syntesis/- IEEE Transaktion on Computers, 1977, vol. c-26, №12.