Введение к работе
Актуальность темы. Современный уровень проектирования систем и устройств логического управления характеризуется широким использованием: из программируемых средств это логические контроллеры, а из аппаратных- большие интегральные і л-росхемы (БИС), получаемые на основе базовых матричных кристаллов (БМК). Для программируемых логических контроллеров (ПЛК) этому способствуют их большие функциональные возможности при решеїши различных задач управления, способность вести обработку данных в реальном масштабе времени, высокая гибкость при проектировании систем управления, а для БМК - их быстродействие и надеяносгь, потребляемая мощность.
Применение ПЛК ставит перед теорией логического управления ряд новых задач, которые в настоящее время далоки от решения. К этим задачам относятся: оптимизация памяти программ и данных, оптимизация.времени работы программ, структуризация и декомпозиция программ. Все зти задачи не решаются традиционными методами теории конечных автоматов и логического синтеза дискретных устройств, требуют развития новых методов, учитывающих систему команд, допустимую структуру программ, архитектуру ПЛК.
БМК характеризуются как большим числом различных типов логических элементов, так и большим числом самих элементов,'и ' их применение для синтеза оптимальных^по числу элементов) бхем отличается повышенной трудоемкостью по сравнению с ис-поль зов анис.' простейяих элементных базисов. Путь эволюции традиционных методов синтеза - постепенного адаптирования к новым особенностям реальных задач - где-то исчерпал свои возмо-
- г -
кности. Выход ив соэдавыегооя положения, видимо, следует искать в разработке новых методов и эффективных алгоритмов, позволяющих решать на современных ЭВМ задачи практической раз-иернооги.
Целью работы является разработка теоретических и практических аспектов получения оптимальных програші и схем логического управления, использующих современные системы команд и функциональных элементов и задание алгоритмов логического управления (АЛУ) в виде системы скобочных булевых и арифметических формул. При этом разработанные методы должны быть ориентированы на задачи большой размерности и для реализации в рамках САПР.
Методы исследования. При проведении исследований использовались методы и модели теории конечных автоматов, булевых функций, туеории множеств, комбинаторики, теории алгоритмов и сложности.
Научная новизна. В результате проведенных научных исследований, анализа АЛУ и теучических средств (ШІК и БМК) разработан комплекс формализованных моделей, методов, алгоритмов и программ, обеспечивающий процесс анализа, преобразования и программной и аппаратной реализации формул на основе их строения. Применение предложенного комплекса моделей, методов и алгоритмов обеспечивает: синтез оптимальных или близких к ним (tiO числу команд и времени) программ для реальных ПЛК посредством предложенных методов функциональной декомпозиции и трансформации на основе использования минимизации ДНФ и приведения ях_к скобочному виду,-разрабоїапной классификации формул по типам с целью их минимальной (по. числу команд и времени) реализации и рекомендованных для этого преобразований,
точна* оценок слоености (по числу команд и времени) програма, вычисляемых по числовым параметрам исходных формул; синтез оптимальных или близких к ним (по числу элементов) логических схем посредством разработанного метода функциональной декомпозиции и на основе точных оценок сложности (по числу формул) декомпозиции формул, вычисляемых по числовым параметрам исходных формул, условий минимальной декомпозиции (исключавших перебор) для выделенного подкласса монотонных бесповторных ДНФ, зависящих от любого конечного числа переменных, вида /е /Cf v Кг « где Kf м /С2 - элементарные конъюнкции.
Предлагаемые методология, модели, методы, алгоритмы и пакеты прикладных программ разработаны и опубликованы автором впервые или являются развитием и совершенствованием известных моделей с учетом специфических требований, связанных с архитектурными особенностями применяемых технически^ средств. Их использование по сравнению с известными методами проектирования устройств и программ логического управления позволяет формализовать, алгоритмизировать и автоматизировать про-цесо проектирования оптимальных фо числу команд, времени и по числу логических элементов) программ и устройств логического управления, оценивать заранее по числовым параметрам формул требуемые материальные ресурсы, существенно сокращать сроки и повышать качество проектир^зания.
Практическая ценность. Разработанные методы и алгоритмы аппаратной и программной реализации Ш положены в ос.юву программного обеспечения для решения задач автоматизации проектирования оптимальных программ и схем логического управления, исг.-'льзующих современные технические средства (ПЛК, Б!1К).
Внедрение. Результаты работы внедрены на предприятиях и организациях: ИПУ АН СССР (в составе АМПЛУА), ЦКБ.(г.Новгород), НИИЧАСПРОМ (г.Иосква), КАМАЬ (г. Набережные Челны), Тяжстанкогидропресс (в составе АМПЛУА), а такие используются в учебной процессе МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на зкспеї ных семинарах Института проблей управления АН СССР (1984), на ХХХП конференции молодых ученых и специалистов Института проблем управления (1986), на 4-м научно-техническом семинаре "Математическое обеспечение систем с машинной графикой" (Суздаль, 1986), Ка Всесоюзной конференции "Автоматизация проектирования систем планирования и управления" (Звенигород, 1987), на Международной конференции "Проблемы автоматизированного проектирования в машиностроении" (Сосква, 1983), на Всесоюзной конференции "Современные проблемы информатики, вычислительной техники и автоматизации" (Москва, 1988).
Связь диссертации с планом научных работ. Проведенные автором исследования выполнены в соответствии с планами по заданию 6.6 "Развитие САПР комплексов программно-логического "управления дискретными и дискретно-непрерывными объектами и процессами на базе использования микропроцессорных средств" проблемы Е.2.І САПР КП НТП СЭВ (номер гос. регистрации -01.88.0 001254).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 12 печатных' работ.
Структура и объем работы.- Диссертация состоит из введения шести глав, заключения, списка литературы из 96 наименований и приложения Объем диссертации - 262 маыпгописные страницы, в том числе 169 страниц основного текста.
