Введение к работе
В системах обработки информации реального времени (СРВ) реализация процессов управления с помощью микропроцессоров или микроконтроллеров не только является избыточной, но и приводит к снижению быстродействия на 2 – 3 порядка по сравнению с аналоговой или специальной дискретной реализацией. В специальных микроэлектронных системах управления, реализуемых на базе больших интегральных схем (БИС ПЗУ), программируемых логических матриц (ПЛМ) и программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), внутренние подсистемы синхронизации и выработки управляющих команд (микропрограммные автоматы – МПА) могут составлять до 30 -50% объема оборудования, и именно эти подсистемы определяют конструктивную сложность, энергопотребление и надежность всей системы управления технологическим процессом. Поэтому разработка новых методов синтеза и структурной организации СРВ и МПА, позволяющих реализовать заданные алгоритмы управления на БИС меньшей сложности, с меньшим энергопотреблением и обеспечивающих более высокий уровень надежности и безопасности, является весьма актуальной как в научном, так и практическом плане. Значимость исследований определяется также тем, что они относятся к числу приоритетных научных направлений, определенных постановлениями Правительства РФ.
Целью работы является:
- совершенствование существующих методов и средств обработки информации с проблемно-ориентированными устройствами управления сложными техническими системами реального времени.
Методы исследования базируются на использовании системного анализа, теории графов, абстрактной и структурной теории автоматов, теории контроля и диагностики. В работе сочетаются формальные и содержательные подходы, а также метод моделирования на ЭВМ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- предложена методика синтеза МПА, основанная на преобразовании граф-схемы алгоритма с перекоммутацией логических условий (входных переменных МПА);
- предложена структурная организация МПА, в которой за счет последовательной подачи q логических условий с помощью мультиплексора сложность комбинационной схемы для определения кодов состояний автомата снижается в 2q - 1 раз;
- модифицирован известный и предложены новые способы контроля МПА в процессе функционирования и резервирования комбинационной схемы МПА;
- предложена дискретная реализация СРВ для стабилизации мощности лазерного излучения, цифрового адаптивного фильтра и быстродействующих спецпроцессоров криптографической защиты информации (три патента на полезные модели) с новой структурной организацией функциональных преобразователей информации.
Практическая значимость заключается в том, что предложенные в диссертации научные разработки дают возможность проектировать и реализовать на БИС более простые (по сравнению с известными методиками) системы управления мехатроникой, технологическими процессами в машиностроении, приборостроительной и электронной промышленности и в быстродействующих технических СРВ.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты работы в
виде методики синтеза, обеспечения контролеспособности и повышения надежности
МПА нашли применение при проектировании дискретной системы управления для
стабилизации мощности газового лазера в службе Локомотивного хозяйства Восточно-Сибирской железной дороги ОАО РЖД, а также при проектировании медицинского прибора «Мультимед» в ООО «Байкальский научно-инженерный центр». Спецпроцессоры криптографической защиты информации апробируются соответствующими подразделениями ВСЖД ОАО РЖД. Материалы диссертации и разработанный на их основе программный комплекс с применением Matlab используются в учебном процессе Иркутского государственного университета путей сообщения в разделах курсов « Теория дискретных устройств», «Технические средства реализации информационных процессов», « Проектирование мехатронных модулей».
Достоверность результатов подтверждается:
- результатами сопоставительного анализа с типовыми решениями;
- результатами моделирования и эксперимента на ЭВМ.
Апробация работы проводилась на межвузовской научной конференции с участием Института динамики и теории систем управления (Иркутск, СО РАН, 1996), на III и IV Международных конференциях «Проблемы механики и современных машин» (Улан-Удэ, 2006 и 2009г.г.); XIV Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (Иркутск, 2009); XXII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях (Псков, 2009г.); VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск, 2009); III Всероссийской конференции «Развитие науки и высшего образования» (РАЕ, Сочи, 2009); на XIII Международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт-Петербург, 2009); в Международной научной школе «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов» (Санкт - Петербург, 2009); на Всероссийской конференции « Актуальные проблемы развития гражданской авиации России» (Иркутск, 2009), а также на научно-технических семинарах Иркутского государственного университета путей сообщения и Братского государственного университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 1 публикация в зарубежном журнале, 3 параграфа в учебных пособиях с грифом УМО, 5 патентов на полезные модели, 8 работ в едином авторстве. В работах с соавторами соискателю принадлежит от 40 до 60% результатов. Положения, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены лично автором.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа содержит 175 страниц, включая текст, 75 рисунков, 38 таблиц и список литературы из 176 наименований. В приложении – акты о внедрении и краткие описания 5 патентов.
