Автоматты басқару жүйесі туралы негізгі ұғым

Автоматты басқару  жүйесі туралы негізгі ұғым

Кез келген өндірісте технологиялық  процестер белгілі бір мәнде  шектетілетін физикалық шамалармен сипатталады. Жабдықтардың жұмысы кезінде  ол шамалар белгілі бір деңгейде тұрақтануы, не берілген программа  бойынша өзгеріп отыруы тиіс. Кез  келген қондырғыда технологиялық процесстің бірқалыпты жүруі белгілі бір  ереженің, қызмет алгоритмінің орындалуына  байланысты болады. Осы қызмет алгоритмін орындау үшін белгілі бір сыртқы команданы орындайтын қондырғыны, не машинаны басқару обьектісі дейді.//Технологиялық  процесті жүргізу үшін басқару обьектісіне  әсер ететін тиімді ықпалды басқару  дейді. Егер бұл басқару адамның қатысуынсыз жүзеге асса, оны автоматты, ал адамның қатысуымен болса қолмен басқару деп атайды. Әр обьектіде физикалық шаманың берілген мәнін тұрақтандырып немесе оны белгілі бағытта өзгертіп отыратын басқарғыш құрылғысы болады. //Басқару обьектісіне басқару алгоритміне сәйкес өзара әрекеттесе жұмыс жасайтын автоматты басқару құрылғысы мен басқару обьектісінің жиынтығы автоматты басқару жүйесі (АБЖ) деп аталады. Жұмыс барысында автоматты басқару жүйесіне әртүрлі ішкі және сыртқы әсерлер ықпал жасайды. //Технологиялық жабдықтардың қай-қайсысы болмасын тұрақты (тағайындалған) режимде жұмыс істеуі керек. Бірақ нақты пайдалану жағдайында әртүрлі қоздырушы әсерлерге байланысты бұл режим ұдайы бұзылатындықтан, технологиялық процестің параметрлері өзгереді. Сол себепті өндірістік жабдықтарды (басқару обьектісін ) басқарып отыру қажет, яғни басқарылатын шама қоздырушы әсердің ықпалына қарамастан берілген ереже (программа) бойынша өзгеретіндей дәл есеппен басқарушы әсерді қалыптастыру керек.

Автоматты жүйе элементтері

Автоматты жүйе өзара байланысқан  және белгілі бір қызмет атқаратын  дербес конструкциялық элементтерден  тұрады. Элементтерді жүйеде атқаратын  қызметіне қарай салыстырушы, түзетуші, қабылдаушы, түрлендіруші және атқарушы деп бөледі. //Қабылдаушы элементтер бір физикалық түрден екінші бір  физикалық шамаға түрлендіреді. //Түрлендіруші элементтер сигналдың пайдалануға  ыңғайлы түрге түрлендірілуін және оның қуатын магниттік, электрондық  және т.б. күшейткіштер арқылы үдетуін  жүзеге асырады. //Түзетуші ауыстырып  қосқыш құрылғылар мен қорғау элементтері, резисторлар, конденсаторлар, сигнал беру жабдықтары жатады. Автоматика элементтерінің қолдану және технологиялық ерекшеліктерін айқындайтын арнайы сипаттамалары  мен параметрлері болады.

Автоматты реттеу жүйесін құрудағы жалпы принциптер

Ғылым мен техниканың дамуы, технологиялық процестердің күрделенуі, шығарылатын өнімдерге қойылатын  талаптардың жоғарылауы автоматты  басқару жүйелерін құруда қазіргі  таңға сай матеметикалық әдістерді  пайдалануды қажет етеді. //Автоматты  басқару жүйелерін сараптау мен  синтездеуде ықтималдылық әдістерді  пайдаланған жөн. Автоматты басқару  жүйесін құру үшін маман ең алдымен  басқарылатын обьектінің математикалық  моделін тұрғыза білуі керек. Бұл есепті экспериментті және аналитикалық жолдармен шешуге болады. //Көп жағдайларда  аналитикалық модель бейсызықты болып  шығады. Сондықтан есептеуді ары  қарай жалғастыру үшін бейсызықты теңдеулерді  Тейлор мен Маклорен қатарларына  түзу арқылы бұл модельді сызықтандырады. //Жалпы кез келген автоматтық жүйелерді  уақыттық және жиіліктік аймақтарда зерттеуге болады. Іс жүзінде бұл  зерттеуді жиіліктік аумақта  жүргізу әлдеқайда жеңіл.Сондықтан  автоматты реттеу теориясында реттеу жүйесін талдау мен синтездеудің жиіліктік әдістері, жүйенің оптимал  параметрлерін есептеуде кеңейтілген  жиіліктік сипаттамаларды қолдану, трапециялық жиіліктік сипаттамалар бойынша өтпелі процестерді тұрғызу  секілді көптеген әдістер кеңінен  тараған. Әр түрлі режимдерде жұмыс істейтін реттеу обьектілерін идентификациялау үшін векторлық және матрицалық есептеулер қолданылады. //Жабдықтардың жұмысы кезінде  ол шамалар белгілілі бір деңгейде тұрақтануы, не берілген пограмма бойынша өзгеріп отыруы тиіс. Алгоритмін орындау үшін белгілі бір сыртқы команданы орындайтын қондырғыны, не машинаны басқару обьектісі дейді.

Автоматты басқару  жүйесінің құрылымы

Автоматты басқару жүйесі құрылымы жағынан әртүрлі болуы  ықтимал. Жалпы жағдайда бұл құрылымға  белгілі бір ерекше қасиеттерімен  және аралық әсер беру жолдарымен жіктелген автоматты жүйені түзетін дербес бөліктердің жиынтығы жатады. Автоматты басқару жүйесінің алгоритмдік, функционалдық және конструкциялық құрылымдары болады.//Автоматты басқару жүйесінің алгоритмдік құрылымы деп, әр бөлігі ақпаратты түрлендірудегі белгілі бір алгоритмді орындауға арналған құрылымды айтады.//Автоматты басқару жүйесінің функционалдық құрылымында әрбір бөлік белгілі бір қызметті атқарады. Қызмет ретінде  автоматты басқарушы құрылғының ақпарат алу, оны өңдеу, т.б. осы секілді негізгі қызметін, сонымен бірге сигналды беру, оларды салыстыру, ақпаратты беру түрін өзгерту тәрізді дербес қызметін айтуға болады.//Егер автоматты басқару жүйесі құрылымының әр бөлігі жеке конструкциялық тұтастық құратын бөлік болса, ондай құрылымды конструкциялық құрылым деп атайды. Басқару жүйесінің құрылымын график бойынша кескіндеуді құрылымдық схема дейді.

Кибернетика

Кибернетика дегеніміз –  басқару және байланыс жөніндегі  ғылым. Бұл ғылымның қолданбалы жағын  кез келген ғылыми-зерттеу бағыттарына  жатқызуға болады, ал оның теориялық  мәні тікелей ешбір ғылымдармен  байланыспайтын, бірақ олардың бәрінде  де қолданылатын жалпы басқару теориясы болып есептеледі./Басқару кез  келген жүйенің ажырамайтын қасиеті. Бір бірімен байланыстағы бөліктердің  жиынтығын жүйе деп атайды. Шын  мәнінде әлем кеңістігінің өзі көптеген бір-бірімен байланыстағы кішігірім  жүйелерден тұрады.//Жүйені күрделілік дәрежесі бойынша жай динамикалық  және күрделі жүйе деп жіктейді. Тармақталған құрылымыиен және көптеген ішкі байланыстарымен жай динамикалық  жүйеден ерекшеленетін жүйелерді  күрделі жүйе деп атайды. Сонымен  қатар жүйелерді детерминді және ықтималдық деп бөледі. Құрамындағы  бөліктері алдын-ала қойылған болжам бойынша өзара әрекеттесетін  жүйелерді детерминді дейді. Ықтималдық жүйелер үшін алдын-ала дәл болжам жасау мүмкін емес.//Сонымен, АБ және АРТ – автоматты реттеу жүйесін  талдау, синтездеу тәсілдерін және құру принциптерін зерттейтін ғылым. //Техникалық кибернетика техникалық процестің  және өндірістің  автоматтандырылған басқару жүйесін құру мәселелерін қарастырады.

Информация және есептеу машиналары

Телеграфтың, телефонның, радионың шығуы информацияны кез келген қашықтыққа жарық сәулесінің тарау жылдамдығымен  жеткізуге мүмкіндік берді. Мәліметтерді іздеу мен өңдеудің бұрын болмаған жаңа мүмкіндіктерін ХХ ғасырдың ортасында шыққан электрондық есептеу машиналары (ЭЕМ) берді. ЭЕМ-дер әуелде есеп-қисап жұмыстарын автоматтандыру үшін шығарылған еді. Кейіннен олардағы мәліметтерді магниттік таспаларға жазып, қағазға басып, ЭЕМ экранына шығару қасиеттері бар екені анықталды. Оларды дамыта отырып, архив жасау ісінде, мәтіндерді теріп түзетуде, сызу мен графикалық жұмыстарда қолданыла бастады. //Біз өзімізге қажетті информацияны оқулық пен кітаптардан, газет-журналдардан, теледидар хабарлары мен мен кинофильмдерден аламыз. Бұл күнде ЭЕМ информацияны өңдеудің ең негізгі құралы болып саналады. 70-жылдарда электрониканың дамуы компьютердің жаңа түрін – жеке пайдаланылатын дербес компьютерлерді көптеп шығаруға жол ашты. //Ең алдымен  ЭЕМ-дер өндірістің автоматтандырылған технологиясын жасауға мүмкіндіктер ашып берді. Сол технология көмегімен ЭЕМ-дермен басқарылатын жаңа машина, құрал-сайман мен құрылғылар жасалынады.//Бүгіннің өзінде-ақ көптеген қызмет салаларында ЭЕМ-дерді пайдалану адамдарға информацияны жинау, дайындау және өңдеу жұмыстарын оңайлатып, жобалау және ғылыми зерттеу жұмыстарын жылдам жүргізуге мүмкіндік берді.//

ЭЕМ-де есеп шығару кезеңдері

ЭЕМ-де есеп шығару күрделі  процесс болып есептеледі, ол төмендегі  кезеңдерден тұрады://1.Берілген есепті математикалық түрде өрнектеу, яғни есепті мәселе ретінде қоя білу.//2.Есепті шығарудың ЭЕМ-ге ыңғайлы сандық тәсілдерін анықтау. //3. Есепті шығару жолын алгоритм түрінде бейнелеу. //4.Есепті ЭЕМ-де шығару программасын жасап, оның қателерін түзету. //5.Есепке керекті  мәліметтер дайындау. //6.ЭЕМ-де есепті шығару және шыққан нәтижені іс жүзінде  қолдану. //Берілген есепті математикалық  түрде өрнектеу дегеніміз – есептің  берілген мәндерін математикалық таңбаларды қолданып жаза білу және керекті матеметикалық  формулаларды анықтау болып саналады. //Программа жасағанда қазірде  кеңінен тараған программалау тілінің  бірінде алгоритм нақты түрде  жазылады. Бізде кең тараған тілдерге – Паскаль, Дельфи, Си жатады. Жазылған программаның қатесін түзету ЭЕМ-нің  көмегімен шешіледі, өйткені жіберілген қателерді тек ЭЕМ ғана жылдам

Программалау тілдерінің даму тарихы

ЭЕМ-нің машиналық тілінде  жұмыс істеу программалаушының  өте жоғары деңгейін талап етеді. Компьютерлердің бірте-бірте көбеюіне байланысты онымен қарым-қатынас жасауды  оңайлату қажеттілігі пайда болды. Біріншіден істелген іс– компьютер  жадын бөлу жұмысы автоматтандырылды  және машиналық командалар үшін адамға түсінікті белгілеулер енгізілді. Осылай пайда болған ЭЕМ-мен қатынау  тілі Ассемблер тілі деп аталды. Кейіннен көптеген тілдер дүниеге келіп, олар уақыт талабына сай мүмкіндігінше  жетілдіріліп отырды. //Программалау тілдерін жасау және дамыту жұмыстарының басында  АҚШ-тағы атақты IBM фирмасы тұрды. //1953 жылы Джон Бэкус компьютерлердің IBM  -704 атты нұсқасына арнап программалауды оңайлататын жаңа тіл ойлап шығаруды ұсынды.Осыған орай жаңа тілдің сөйлемдерін (операторларын) машиналық кодқа түрлендіретін программа – трансляторды да жасап шығару керек болды. //FORTRAN деп аталған тіл 1957 жылдың сәуірінде дайын болды және ол машина тіліне тек «формулаларды аударып» қана қоймай, циклдарды ұйымдастыру істерін де автоматтандыра білді. //Фортран тілі басқа да бір маңызды рөл атқарды: ол әртүрлі компьютерлер бір-бірімен ортақ тіл таба алатын тамаша құралға айналды. Фортан бірнеше рет толықтырылып, өткен ғасырдың сексенінші жылдарына дейін кең пайдаланылды. Содан кейін оны жаңа тілдер ығыстыра бастады.

Программалау тілдері

Программаларды ЭЕМ-де тікелей  орындауға арналған алгоритмдерді  жазу тәсілі, яғни алгоритмдерді ЭЕМ-ге түсінікті мәтін ретінде жазуға арналған қарапайым жасанды тіл  программалау тілі деп аталады. Әрбір  ЭЕМ-нің өзінің машиналық программалау тілі болады, оны командалар тілі немесе кодтар тілі дейді. //Программа жазуды жеңілдету үшін математикалық формулаларды кеңінен қолданатын, ағылшын тілінің  негізінде жасалған алгоритмдік  тілдер Бейсик, Паскаль, Фортран, Си, т.б. кеңінен қолданылады. //1. Кобол - өткен  ғасырдың 60 жылдары басында жасалған, экономикалық есептер шығаруда қолданылатын, машиналық тілге аударылатын  тіл. // 2. Паскаль – 70 жылдар аяғында  швейцар математигі Никлаус Вирттің  программалауды үйрету мақсатында қолдану үшін арнайы жасаған тілі. //3. Бейсик – бұл да 60 жылдары программалауды үйренушілерге арналып жасалған қарапайым тіл болды. Бұл көпшілікке кең тараған, игеруге жеңіл программалау тілдерінің бірі болды. //4. Си – 70  жылдары шықты, ол алдымен көпшілікке арналып жасалмаған тіл еді. Си нақта процессорға тәуелді емес, қысқа, әрі тиімді программалар жасайтын ассемблер орнына пайдалану үшін жоспарланған тіл болатын. //5. Си ++  - обьектіге бағытталған Си тілінің кеңейтілген түрі, оны 1980 жылы Бьярн Страуструпжасап шығарды. //6. Java тілін 90-шы жылдар басында   Си ++  тілін негізге ала отырып, Sun  компаниясы шығарды. Ол Си ++  тілінен төменгі деңгейдегімүмкіндіктерді алып тастап, қолданбалы прогаммалар жасауды оңайлату мақсатында жасалды.

 Қосалқы программалар

Компьютерлерде шығарылатын  есептердің күрделенуіне байланысты программалардың  көлемдері өсіп, оларды жазу, оқу, түзету істері күннен-күнге қиындап келеді. Белгілі бір өндірістік мәселенің, мезгіл-мезгіл қайталанып отыратын есептеулердің  программалары ұзақ уақыт пайдаланылады, олар күнделікті өмір талабына сәйкес өзгертіліп, түзетіліп отыруы тиіс. Осыларға байланысты программаларды құрастыруды, түсінуді, өзгертуді жеңілдететін тәсілдер жасалған, олар құрылымды (структуралық) программалау жолдары деп аталады. //Программаларды адамның түсіну мен  қабылдауын ыңғайлы түрда жүргізуге  бағытталған тәсілдер жиынын құрылымды  программалау деп атайды.//Белгілі  бір ат қойылып, жеке программа түрінде  бөлек жазылған, қажет кезінде  оны қайталап пайдаланып отыруға  болатын негізгі программаның арнайы бөлігін қосалқы программа (подпрограмма) деп атайды. Қосалқы программаларда бірсыпыра операциялардың біріге отырып толық орындалуын қадағалап, программаның негізгі бөлігінде оның тек атын өзгерту арқылы бір рет орындаумен шектелуге болады. //Қосалқы программаны  пайдалану: //негізгі программаның көлемін  кішірейтеді; //негізгі программада  пайдаланылған айнымалыларды қосалқы  программада да пайдалануға болады; //қосалқы программаны пайдалану  тәсілдері құрылымдық программалау талаптарына сай келеді. //Құрамында  қосалқы программалар тәрізді құрылымды  программалау жабдығы бар Турбо  Паскаль тілі процедураға бағытталған  тіл деп аталып жүр.

Ақпарат туралы алғашқы  түсініктер

«Ақпарат туралы түсінік  екі объектінің – ақпарат «беруші» мен ақпаратты «қабылдаушы» арасындағы қарым-қатынастан туады. Ақпарат сигнал (signum – белгі) түрінде берушіден  қабылдаушыға жеткізіледі. Мысалы, электр, жарық, дыбыс және т.б. сигналдар. Сигналдардың пайда болуы  энергия  алмасудың әсерінен болады. Сигналдарға байланысты, ақпарат үзіліссіз және үзілісті (дискретті) түрде  болуы мүмкін. //Ақпарат дегеніміз қоршаған ортаны объективті  түрде сипаттайтын сигналдардың жиыны күйінде, тек оларды «қабылдаушымен» қарым-қатынас орнатылғанда ғана  пайда болатын табиғаттың ерекше атрибуты (қасиеті). //Бұл анықтамадан мынадай тұжырымдар жасауға болады: //- ақпарат объективті болуы тиіс; //- ақпарат сигналдар түрінде объектілердің қарым-қатынасынан ғана туады; //- ақпаратты  әртүрлі  «қабылдаушы» өзінше қабылдайды. //Ақпарат дәл, толық, сенімді, көкейкесті, қол жетерлік болуы тиіс. //Ақпараттың қоғамдағы маңызы аса зор. //Ақпарат келесі негізгі функцияларды орындауға арналған: //-танымдық қызметінің мақсаты; //-коммуникативтік қызмет; //-басқару қызметінің мақсаты. //Ақпаратты пайдалану және онымен жұмыс істеу белгілі бір амалдарды орындауды қажет етеді. Ақпаратта қолданылатын негізгі амалдар мыналар: //-ақпаратты жинақтау және құрастыру; //-ақпаратты сақтау; //-ақпаратты компьютер жадына енгізу; //-ақпаратты компьютерде бейнелеу; //-ақпаратты компьютер жадынан шығару; //-ақпаратты берушіден  пайдаланушыға жеткізу; //-ақпаратты өңдеу; //-ақпаратты қорғау.

Ақпаратты сақтау және  жад түрлері

Ақпарат сақталынып,  қажет кезде оны ешбір қиындықсыз пайдалана алатындай болуы   керек. Ол  міндеттерді орындайтын  компьютердің арнайы ақпаратты еске сақтайтын құрылғысы  - жады болады. //Жад дегеніміз деректерді қабылдап, болашақта қажетке жаратуға мүмкіндік беретін компьютердің құрылғысы. //Ақпарат өңдеуші компьютерлік жүйелерде келесі негізгі жад түрлері қолданылады: //-регистрлік жад; //-негізгі жад, //-кэш-жад (сache), //-сыртқы жадылар. //Бұлардан бөлек жадылардың болуы мүмкін, мысалы,  бейнежад. //Регистрлік жад процессордың құрамында орналасқан, оның көлемі үлкен болмайды; ондағы информация есептеулерде немесе енгізу-шығару амалдарында тікелей қолданылады. //Негізгі жад өңдеу үрдісіне немесе деректер алмасуда тікелей қолданылатын информацияны оперативті (жедел) түрде сақтауға арналған. Ол интегралдық схема күйінде құрастырылып, екі түрге бөлінеді: //- тұрақты еске сақтау құрылғысы; //- оперативті  (жедел) еске сақтау құрылғысы. //Негізгі жад  өте көп  элементтерден тұрады. Жадының сапасын анықтайтын қасиеттері мен көрсеткіштері бар. Олар: //-ақпараттың сыйымдылығы; //-қол жеткізу уақыты; //-жазу уақыты; //-құрылымы. //Кэш-жад ағымдағы ақпарат алмасу амалдарында қолданылатын ақпараттың көшірмесін сақтауға арналған. //Сыртқы жадылар үлкен көлемді ақпаратты ұзақ мерзімге сақтауға арналған; оларға келесі жадыларды жатқызуға болады: //- қатты магниттік дискілер (винчестер); //- майысқақ магниттік дискілер (дискеталар); //- оптикалық дискілер; //- магнитоптикалық информация тасымалдаушылары; //- ленталар (стримерлер).

Есептеу жүйелеріндегі  процессорлар

Есептеу жүйелерінде информацияға амалдар қолдануды автоматтандыру мақсатымен қазіргі кездегі компьютерлердің  арифметикалық-логикалық және басқару  құрылғылары біріктірілген; оны  процессор деп атайды. Осылармен  бірге, оның құрамына  процессорлық жад деп аталынатын процессорда тікелей орындалуға тиісті информацияны қысқа мерзімде сақтайтын, жазатын және шығаратын құрылғы енгізілген. Процессорлық жад регистрлер деп аталынатын арнайы түрдегі ұяшықтардан тұрады. //Процессор дегеніміз цифрлық информацияны өңдеу үрдісін жүргізуді қамтамасыз ететін, оны басқаратын және компьютердің барлық құрылғыларының жұмысын реттейтін, программамен басқарылатын құрылғы. //Дербес компьютердің процессоры оның аналық платасында орналасқан (материнская плата). Аналық платада  процессормен бірге  чипсет (микропроцессор комплекті), шина, оперативтік және тұрақты жад, қосымша құрылғыларды қосуға арналған ажыратқыштар (слоттар) орнатылған.  Процессордың мүмкіншіліктерін сипаттайтын параметрлер (шешу мүмкіншіліктері, амалдарды орындау жылдамдығы және т.б.) көбінесе компьютердің сипаттамалары болып есептеледі. Компьютердің сапасы процессорға тікелей байланысты. //Процессор ұяшықтардан (ячейкалардан) тұрады. Ол ұяшықтарды регистрлер деп атайды. Деректерді процессордың регистрлеріне орналастыру арқылы оларды өңдеуге немесе программаны орындауға болады. Регистр екі түрлі тұрақты жағдайдың бірінде болады. Регистрлік жады қарапайым элементтерден тұрады. Ол элементтердің саны 8, 16, 32, 64, 128 болуы мүмкін; ол сан регистрдің жалғыз ғана көрсеткіші деп есептелінеді. //Процессордың жұмыс істеу жылдамдығы әрбір амалды орындауға жұмсалатын уақытқа байланысты. Процессордың жұмысының негізінде ырғақтық (тактылық) принцип қолданылады. //Ырғықтық(импульстік) процессордың өнімділігі жоғары болады. Ең алғашқы дербес компьютерде қолданылған  процессордың ырғақтық жиілігі 4,77 МГц болса, ал қазір ол көрсеткіш  3 ГГц немесе секундына 3 миллиардқа жетіп отыр. //Берілген программаны орындау кезінде процессор өзінің регистрлеріндегі, оперативтік жадыдағы және сыртқы порттарындағы деректерді өңдейді. Деректерге қолданылатын амалдарды орындайтын барлық командалардың жиыны процессордың командалар жүйесін құрайды.