Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СЖАТИЯ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОРАБЛЯ

Изобретение относится к области автоматизации исследований и проектирования систем управления движением различными объектами с применением компьютерного моделирования.

Известны способы построения аппаратно-программных комплексов, так называемых SCADA систем, для исследования динамики движения судна (Прохоренков A.M. и др. Разработка исследовательских комплексов судовых систем управления // Труды XXXIV Всероссийской конференции “Управление движением морскими судами и специальными аппаратами”, изд. ИПУ РАН, М., 2007 г., с. 148-156).

Известен также способ автоматизированного проектирования структуры систем управления техническими системами (Патент РФ 2331097, МПК G06F 17/50). Способ состоит в следующем: «Формируют на пульте управления команду на начало проектирования системы управления (СУ) и передают ее на узел формирования структуры СУ, формируют задачи управлениями структуры СУ, оптимизируют элементы состава и структуру СУ по заданному критерию. Затем исследуют режимы функционирования СУ. При несоответствии заданию корректируют структуру СУ и повторяют процесс проектирования…».

Близким к рассмотренному способу проектирования СУ является также способ проектирования с использованием ЦВМ, приведенный в патенте РФ 2294560, МПК G06F 17/50.

Указанные способы проектирования СУ не обладают достаточными функциональными возможностями для полного исследования и проектирования системы управления движением (СУД) корабля в реальном времени.

Наиболее близким данной заявке является способ автоматизации проектирования СУД корабля (патент РФ 2423286, МПК B63H 25/00, принятый в качестве прототипа). Способ использует два модуля:

- первый модуль моделирования СУД для разработки и исследования динамических процессов движения корабля, который включает блок измеряемой информации (см. фиг.1) модели динамики движения корабля (см. фиг.2), модели регуляторов и исполнительных средств (см. фиг.3);

- второй модуль специализированного программного проектирования для автоматизированной разработки СУД корабля (близкой к оптимальной в соответствии с выбранным критерием) и графического построения исследуемых динамических процессов движения корабля, который содержит блок управления и оптимизации режимов, а также блок представления информации и записи полученных результатов (см. фиг.4).

Рассмотренные блоки, связанные через локальную сеть, формируют стенд специализированного программного проектирования для автоматизированного выбора структуры и расчета оптимальных законов управления СУД корабля.

На фиг.5 приведена блок-схема стенда автоматизированного проектирования систем управления движением корабля в соответствии со способом, предложенном в патенте РФ 2423286, содержащая: блок измеряемой информации 1, локальную сеть 2, регуляторы 3, исполнительные средства 4, динамическую модель движения корабля 5, блок представления информации и записи результатов 6, блок управления и оптимизации режимов 7. Способ формирования аппаратно-программных модулей, применяемых при автоматизированном проектировании СУД корабля, использует несколько компьютеров, соединенных локальной сетью. На фиг.1-5 приведены программно-аппаратные модули (блоки) стенда, используемые при автоматизированном проектировании СУД морского судна, созданные в соответствии со способом по патенту РФ 2423286.

К недостаткам известного способа автоматизации проектирования СУД корабля следует отнести то, что:

- исследовательский стенд содержит несколько компьютеров, связанных локальной сетью, которая из-за ограничения пропускной способности не позволяет проводить исследования многомерных процессов управления движением корабля в реальном времени;

- при автоматизированном проектировании системы управления движением корабля удается исследовать только простые режимы эксплуатации корабля в реальном времени, причем основным ограничителем является локальная сеть, связывающая компьютеры (это четко проявляется в локальных сетях передачи измеряемой информации).

Перед заявленным изобретением была поставлена задача устранения отмеченного выше недостатка и расширения возможностей использования стенда при исследовании любых достаточно сложных режимов управления движением корабля в реальном времени, а следовательно, и повышения эффективности такого стенда автоматизированного проектирования систем управления движением корабля.

Поставленная задача решается тем, что предложен способ сжатия информации для автоматизированного проектирования систем управления движением корабля с использованием блока измеряемой информации, локальной сети, регуляторов, исполнительных средств, динамической модели движения корабля, блока представления информации и записи результатов, а также блока управления и оптимизации режимов.

Новым в предложенном способе является использование процесса сжатия измеряемой информации до ее передачи по локальной сети.

Технический результат достигается благодаря введению в стенд проектирования блока сжатия измеряемой информации, на вход которого вводят измеряемую информацию, а выход устройства сжатия измеряемой информации подключают к локальной сети.

Рассмотрим, как реализуется предложенный способ сжатия информации для автоматизированного проектирования системы управления движением корабля.

В предложенном способе, как и в способе по патенту РФ 2423286, используют два модуля:

- первый модуль моделирования СУД для разработки и исследования динамических процессов движения корабля, который включает блоки: измеряемой информации (см. фиг.1) модели динамики движения судна (см. фиг.2), модели регуляторов и исполнительных средств (см. фиг.3);

- второй модуль специализированного программного проектирования для автоматизированной разработки СУД корабля (близкой к оптимальной в соответствии с выбранным критерием) и графического построения исследуемых динамических процессов движения судна, который содержит блок управления и оптимизации режимов, а также блок представления информации и записи полученных результатов (см. фиг.4).

Способ формирования аппаратно-программных модулей, используемых при автоматизированном проектировании СУД корабля, может быть реализован на нескольких компьютерах, связанных локальной сетью. Для расширения объема решаемых задач в способе автоматизированного проектирования систем управления движением корабля используют блок сжатия измеряемой информации 8 (см. фиг.6), содержащий (см. фиг.7): регистр полученного значения 9 и регистр времени прихода полученного значения 10, входы которых соединяют с выходом блока измеряемой информации 1, первый блок сравнения 11, регистр регистрации времени передачи 12, логический блок ИЛИ 13, логический блок И 14, таймер 15, второй блок сравнения 16, регистр переданного значения 17 и формирователь сетевых пакетов 18, выход которого соединяют с локальной сетью 2 (см. фиг.6). Связи внутри блока сжатия информации приведены на фиг.7.

Рассмотрим суть предложенного способа сжатия информации.

По сигналу из блока измеряемой информации 1 (см. фиг.6) фиксируют время в регистре времени прихода полученного значения 10 и вводят в первый блок сравнения 11, на второй вход которого вводят время, зафиксированное по сигналу регистрации времени передачи с регистра регистрации времени передачи 12. В первом блоке сравнения 11 формируют сигнал интервала времени Δt₁:

а) если удовлетворяется зависимость

Δt₁=t₁-t₂≥C₁,

где: t₁ - момент времени прихода полученного значения с регистра времени прихода полученного значения 10,

t₂ - момент регистрации времени передачи с регистра регистрации времени передачи 12,

С₁ - величина заданного фиксированного интервала времени,

то на первом выходе первого блока сравнения 11 вырабатывают логический сигнал «1», который вводят на вход логического блока ИЛИ 13, с выхода которого логический сигнал «1» вводят на первый вход логического блока И 14;

б) если интервал времени Δt₁ в первом блоке сравнения 11 меньше величины С₁:

Δt₁=t₁-t₂<С₁,

то на втором выходе первого блока сравнения 11 вырабатывают сигнал задержки по времени, равной C₁-Δt₁, и который вводят на вход таймера 15, с выхода которого через временной интервал Δt=C₁-Δt₁ логический сигнал «1» вводят на второй вход логического блока ИЛИ 13, с выхода которого логический сигнал «1» вводят на первый вход логического блока И 14.

Одновременно с регистра 9 полученного значения «1» вводят сигнал полученного значения на первый вход второго блока сравнения 16, на второй вход которого с выхода регистра переданного значения 17 вводят сигнал переданного значения (этот сигнал был введен в регистр 17 в предшествующем цикле работы блока сжатия информации 8). Во втором блоке сравнения 16 формируют сигнал Δφ. Если его величина превышает заданное значение С₂, то на выходе второго блока сравнения 16 формируют логический сигнал «1», который вводят на второй вход логического блока И 14, в противном случае формируют логический сигнал «0»:

Δφ=|φ_{получ. знач.}-φ_{перед. знач.}|>С₂,

где: φ_{получ. знач.} - сигнал полученного значения с выхода регистра полученного значения 9,

φ_{перед. знач.} - сигнал переданного значения с выхода регистра переданного значения 17,

|| - знак абсолютной величины.

При одновременном наличии логического сигнала «1» из логического блока ИЛИ 13 и логического сигнала «1» из второго блока сравнения 16 в логическом блоке И 14 формируют логический сигнал «1», который вводят на вход: регистра регистрации времени передачи 12, регистра переданного значения 17, формирователя сетевых пакетов 18. Сигнал полученного значения с выхода регистра полученного значения 9 вводят: на вход второго блока сравнения 16, в регистр переданного значения 17, через формирователь сетевых пакетов 18 в локальную сеть 2 (см. фиг.6).

На фиг.6 представлена блок-схема стенда, разработанного в соответствии с предложенным в заявке на изобретение способом сжатия информации для автоматизированного проектирования системы управления движением корабля.

Стенд включает блок измеряемой информации 1 (см. фиг.1), блок сжатия информации 8 (см. фиг.7), локальную сеть 2, регуляторы 3 и исполнительные средства 4 (см. фиг.3), динамическую модель движения корабля 5 (см. фиг.2), блок управления и оптимизации режимов 7, а также блок представления информации и записи полученных результатов 6 (см. фиг.4).

Рассмотренные блоки, связанные через локальные сети, образуют стенд специализированного программного проектирования для автоматизированного выбора структуры и расчета оптимальных законов управления СУД корабля.

Способ формирования аппаратно-программных модулей, используемых в стенде, реализован на нескольких компьютерах, связанных локальными сетями. Для расширения объема решаемых задач используют блок сжатия измеряемой информации 8, содержащий (см. фиг.7): регистр полученного значения 9 и регистр времени прихода полученного значения 10, входы которых соединены с выходом блока измеряемой информации 1, первый блок сравнения 11, регистр регистрации времени передачи 12, логический блок ИЛИ 13, логический блок И 14, таймер 15, второй блок сравнения 16, регистр переданного значения 17 и формирователь сетевых пакетов 18, выход которого соединен с локальной сетью 2 (см. фиг.6). Сигнал времени прихода полученного значения (из блока измеряемой информации 1 (см. фиг.6) фиксируется в регистре времени прихода полученного значения 10 и вводится в первый блок сравнения 11, на второй вход которого поступит сигнал регистрации времени передачи с регистра регистрации времени передачи 12.

Стенд по предложенному способу работает следующим образом.

В первом блоке сравнения 11 формируется сигнал интервала времени Δt₁:

а) если

где: t₁ - сигнал времени прихода полученного значения,

t₂ - сигнал регистрации времени передачи,

С₁ - сигнал заданного фиксированного интервала времени,

то на первом выходе первого блока сравнения 11 вырабатывается логический сигнал «1», который поступает на вход логического блока ИЛИ 13, с выхода которого логический сигнал «1» поступит на первый вход логического блока И 14;

б) если интервал времени Δt₁ в первом блоке сравнения меньше величины C₁:

то на втором выходе первого блока сравнения 11 вырабатывается сигнал задержки по времени, равной C₁-Δt₁, который поступает на вход таймера 15, с выхода которого через временной интервал Δt=С₁-Δt₁ логический сигнал «1» поступит на второй вход логического блока ИЛИ 13, с выхода которого логический сигнал «1» поступит далее на первый вход логического блока И 14. Одновременно с регистра полученного значения 9 сигнал полученного значения поступит на первый вход второго блока сравнения 16, на второй вход которого с выхода регистра переданного значения 17 поступает сигнал переданного значения (этот сигнал был введен в регистр 17 в предыдущем вычислительном цикле). Во втором блоке сравнения 16 формируется сигнал Δφ. Если его величина превышает заданное значение C₂, то на выходе второго блока сравнения 16 формируется логический сигнал «1», который поступает на второй вход логического блока И 14:

где: φ_{получ. знач.} - сигнал полученного значения с выхода регистра полученного значения 9,

φ_{перед, знач.} - сигнал переданного значения с выхода регистра переданного значения 17,

- знак абсолютной величины.

При удовлетворении условий: {(1), или [(1a) спустя интервал времени C₁-Δt₁]} и (2) на выходе логического блока И 14 сформируется логический сигнал «1», который поступит на вход: регистра регистрации времени передачи 12, регистра переданного значения 17, формирователя сетевых пакетов 18. Сигнал полученного значения с выхода регистра полученного значения 9 поступит на вход второго блока сравнения 16, в регистр переданного значения 17, через формирователь сетевых пакетов 18 в локальную сеть 2 (связи в блоке сжатия информации 8 приведены на фиг.7).

Таким образом, очередная передача информационного пакета с выхода блока 10 в локальную сеть 2 не будет происходить до тех пор, пока не набежит время C₁ с момента предыдущей передачи и не накопится разница C₂ в величине измеренного и переданного сигнала, то есть сжатие информации в блоке 8 сводится к ее прореживанию с отсеиванием всех промежуточных значений измеренного сигнала.

C,где: φ - сигнал полученного значения с регистра полученного значения,φ - сигнал переданного значения, с выхода регистра переданного значения, - знак абсолютной величины,то на выходе второго блока сравнения формируют логический сигнал «1», который вводят на второй вход логического блока И, в котором при одновременном наличии логического сигнала «1» из логического блока ИЛИ и логического сигнала «1» из второго блока сравнения формируют логический сигнал «1», который вводят на входы регистра регистрации времени передачи, регистра переданного значения, формирователя сетевых пакетов: сигнал полученного значения с выхода регистра полученного значения вводят на вход второго блока сравнения, в регистр переданного значения, через формирователь сетевых пакетов в локальную сеть.