Управляющий объект процессор объект управления

Обновлено: 03.07.2024

Дополнение к главе 5

5.1. Автоматизированные и автоматические системы управления

Основные темы параграфа:

♦ что такое АСУ и что такое САУ;
♦ простые автоматы;
♦ ЦАП - АЦП преобразование;
♦ схема САУ;
♦ управление в режиме реального времени;
♦ контроллеры и микропроцессоры в САУ.

Что такое АСУ и что такое САУ

Компьютеры помогают решать задачи управления в самых разных масштабах: от управления станком или транспортным средством до управления производственным процессом на предприятии или даже целой отраслью экономики государства.

Конечно, поручать компьютеру полностью, без участия человека, руководить предприятием или отраслью экономики сложно, да и не безопасно. Для управления в таком масштабе создаются компьютерные системы, которые называются автоматизированными системами управления (АСУ). Такие системы работают вместе с человеком.

АСУ помогает руководителю получить необходимую информацию для принятия управляющего решения, а также может предложить наиболее оптимальные варианты таких решений. Однако окончательное решение принимает человек.

В АСУ используются самые современные средства информационных технологий: базы данных и экспертные системы, методы математического моделирования, машинная графика и пр.

С распространением персональных компьютеров технической основой АСУ стали компьютерные сети. В рамках одного предприятия это локальные компьютерные сети. Автоматизированные системы управления, работающие в масштабах отрасли, в государственных масштабах, используют глобальные компьютерные сети.

Другим вариантом применения компьютеров в управлении являются системы автоматического управления (САУ). Объектами управления в этом случае чаще всего выступают технические устройства (станок, ракета, химический реактор, ускоритель элементарных частиц).

В САУ все операции, связанные с процессами управления (сбор и обработка информации, формирование управляющих команд, воздействие на управляемый объект) происходят автоматически, без непосредственного участия человека.

Простые автоматы

Устройства автоматического управления стали создаваться задолго до появления первых ЭВМ. Как правило, они основаны на использовании каких-либо физических явлений. Например, автоматический регулятор уровня воды в баке основан на выталкивающем действии воды на поплавок регулятора; автоматические предохранители в электрических сетях основаны на тепловом действии электрического тока; система автоматического регулирования освещенности в помещении использует явление фотоэффекта. Существуют и более сложные примеры бескомпьютерного автоматического управления.

Преимущество компьютерных систем автоматического управления перед такими устройствами в их большей «интеллектуальности», в возможности осуществлять более сложное управление, чем простые автоматы.

ЦАП — АЦП преобразование

Рассмотрим ситуацию, в которой объектом управления является техническое устройство (лабораторная установка, бытовая техника, транспортное средство или промышленное оборудование), а управляющим объектом — система автоматического управления.

Компьютер работает с двоичной информацией, помещенной в его память. Управляющая команда, выработанная программой, в компьютере имеет форму двоичного кода. Чтобы она превратилась в физическое воздействие на управляемый объект, необходимо преобразование этого кода в электрический сигнал, который приведет в движение «рычаги» управления объектом. Такое преобразование из двоичного кода в электрический сигнал называют цифро-аналоговым преобразованием. Выполняющий такое преобразование прибор называется ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).

Приборы, которые дают информацию о состоянии объекта управления, называются датчиками. Они могут показывать, например, температуру, давление, деформации, напряженности полей и пр. Эти данные необходимо передать компьютеру по линиям обратной связи. Если показания датчиков имеют аналоговую форму (электрический ток или потенциал), то они должны быть преобразованы в двоичную цифровую форму. Такое преобразование называется аналого-цифровым, а прибор, его выполняющий, — АЦП (аналого-цифровой преобразователь)*.

*О ЦАП- и АЦП-преобразованиях речь уже шла в учебнике 8 класса (§ 24).

Все сказанное отражается в схеме, приведенной на рис. 5.16. Такая система работает автоматически, без участия человека.

Управление в режиме реального времени

Системы автоматического управления работают в режиме реального времени. Легко понять, что всякая управляющая команда должна быть отдана вовремя. Любой процесс происходит с какой-то скоростью, в каких-то временных рамках.

Режим, при котором управляющая система работает синхронно с объектом управления, называется режимом реального времени.

При составлении программ управления в реальном времени программистам приходится решать вопрос не только о том, в каком порядке отдавать команды, но и в какие моменты времени это делать. Значит, система управления должна взаимодействовать с прибором, отмеряющим время: часами, таймером.

Напомним, что в составе персонального компьютера есть устройство, называемое генератором тактовой частоты. Работа всех узлов компьютера синхронизируется по тактовой частоте. Вот на эти «часы» и ориентируется программа управления в режиме реального времени.

Контроллеры и микропроцессоры в САУ

Не следует думать, что в системах автоматического управления всегда используется универсальный компьютер с полным комплектом всех устройств (клавиатура, дисплей и пр.). Конечно, бывает и такое, но очень часто для этих целей применяются специализированные устройства — контроллеры. В их состав обязательно входят процессор, память и необходимые средства связи с объектом управления. Если управляющая система все время должна работать по одной и той же программе, то эта программа хранится в постоянной памяти (ПЗУ).

В простейших случаях для автоматического управления используются микропроцессоры, встроенные в управляемое устройство. Например, очень часто микропроцессоры применяются в транспортных средствах: автомобилях, самолетах, поездах. Каждый микропроцессор выполняет свою отдельную функцию, управляет работой определенного узла. Например, в автомобилях используется микропроцессор, управляющий работой карбюратора — устройства, регулирующего подачу топлива в двигатель. Такое автоматическое управление снижает расход горючего, повышает КПД двигателя.

Современные самолеты «нашпигованы» многочисленной электроникой: от микропроцессоров, управляющих отдельными приборами, до бортовых компьютеров, прокладывающих маршрут полета, т. е. выполняющих функции штурмана.

Коротко о главном

Автоматизированные системы управления (АСУ) помогают человеку в сборе информации и принятии управляющих решений.

В системах автоматического управления (САУ) все операции, связанные с процессами управления, происходят автоматически, без непосредственного участия человека, по заранее составленной программе.

В САУ на линии прямой связи для преобразования двоичной информации в аналоговый сигнал используется прибор ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь); на линии обратной связи для преобразования аналогового сигнала в двоичный код используется прибор АЦП (аналого-цифровой преобразователь).

Управление в САУ происходит в режиме реального времени.

Вопросы и задания

1. В чем различие между автоматизированными системами управления (АСУ) и системами автоматического управления (САУ)?
2. Какие аппаратные компоненты входят в систему управления техническим устройством с помощью компьютера?
3. Для чего нужны устройства ЦАП и АЦП?
4. Что такое управление в режиме реального времени?
5. Приведите примеры использования встроенных в оборудование микропроцессоров.

И. Семакин, Л. Залогова, С. Русаков, Л. Шестакова, Информатика, 9 класс
Отослано читателями из интернет-сайтов

_{Основы информатики, подборка рефератов к урокам информатики, скачать рефераты, уроки информатики 9 класс онлайн, домашняя работа}

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.

Понять, что называют управляющим объектом и объектом управления.

Научиться узнавать в окружающей действительности управляющие объекты и объекты управления, приводить свои примеры.

Понять

Наша учебная задача — научиться узнавать в окружающей действительности отношения между объектами, которые называют «управление», используя термины информатики «управляющий объект» и «объект управления».

Сделаем это на примере ещё одного эпизода из жизни сказочного героя.

— Если хочешь достать мёд, — сказал Пух, — главное в том, чтобы пчёлы тебя не заметили. Значит, если шар будет зелёный, они подумают, что это листик, и не заметят. А если шар будет синий, они подумают, что это кусочек неба, и тоже не заметят.

— Думаешь, что они не заметят под шариком тебя? — спросил Кролик.

— Может, заметят, а может, и нет. Я притворюсь, как будто я маленькая чёрная тучка. Тогда они меня не заметят!

Кого здесь можно назвать управляющим объектом, а кого — объектом управления?

Представим результат анализа в виде таблицы.

Винни Пух — управляющий объект. Он притворяется тучкой, чтобы пчёлы его не покусали. Поэтому пчёлы — объекты управления.

Перейдём к анализу другой ситуации — дорожной.

Во время войны на дорогах не было светофоров. Чтобы управлять движением военного транспорта, на перекрестках стояли регулировщики и указывали флажками, кому и куда следует идти или ехать.

Результат анализа представим в виде таблицы.

Регулировщик управляет, указывая направление движения флажком. Поэтому его можно назвать управляющим объектом. Водителей военного транспорта, на которых направлено управляющее воздействие, можно назвать объектами управления.

Управляющий объект — это объект, который управляет.

Управляющим объектом может быть человек, компьютер, специально созданное устройство.

Объектом управления может быть человек или техническое устройство: велосипед, космический корабль, стиральная машина, компьютер и так далее. Объектом управления может быть группа людей или целое государство. Объектами управления могут быть животные и другие объекты природы (погода, форма кроны дерева, направление течения воды ручья и другое).

Выполни

«Сяду на пенёк,
Съем пирожок!»

А Маша из короба:

«Какая глазастая, — говорит медведь, — всё видит!»

Создай таблицу и схему в текстовом редакторе.
Сохрани файл под именем «Управляющий и управляемый объекты» в папке «Моё портфолио».

Главное

Управляющий объект — это объект, который управляет кем-то или чем-то.
Объект управления — это объект, на который направлено управляющее воздействие.

Знать

Что такое управляющий объект?
Чем управляющий объект отличается от объекта управления?
Приведи пример из своей жизни, когда тебе приходилось быть управляющим объектом.
Подумай и ответь на вопрос: можно ли быть одновременно объектом управления и управляющим объектом? Если да, то приведи пример.
Назови объекты, которые обычно управляют тобой (дома, в школе, на улице).

Уметь

Выполни задания в рабочей тетради № 2.

Выполни на компьютере задания к параграфу из раздела УМЕТЬ компакт-диска.

Прочитай на досуге в книге «Расширь свой кругозор» текст «Компьютер как управляющий объект».

Управление есть целенаправленное воздействие одних объектов, которые являются управляющими, на другие объекты - управляемые.
3) Что представляет собой управляющее воздействие с точки зрения кибернетики?

С кибернетической точки зрения все варианты управляющих воздействий следует рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд.
4) Что такое алгоритм управления?

Последовательность команд по управлению объектом, приводящая к заранее поставленной цели, называется алгоритмом управления.

5) Определите, кто играет роль управляющего и кто (или что) играет роль объекта управления в следующих системах: школа, класс, самолет, стая волков, стадо коров.

Директор управляющий - учителя объекты управления;
Учитель управляющий - ученики объекты управления;
Пилот управляющий - самолет объект управления;
Вожак управляющий - стая объекты управления;
Пастух управляющий - коровы объекты управления

6) Для систем управления, выявленных в предыдущей задаче, назовите некоторые команды управления и скажите, в какой форме они отдаются.

Дежурство отдается в форме приказа по школе
Выполнение домашнего задания отдается в форме задания по учебнику или тетради
Взлет и посадка - отдается в форме нажатия определенных рычагов и кнопок и устных команд экипажу
Охота или добыча еды - вой, лай или своеобразное поведение животного
Переход на пастбище, кнут отдаст нужные команды

Управление с обратной связью

1) Что такое обратная связь в процессе управления?

Это процесс передачи информации о состоянии объекта управления управляющему объекту.

2) Какую структуру имеет управляющий алгоритм в системе без обратной связи?

Управляющий алгоритм в системе без обратной связи имеет л инейную (последовательную) структуру.

3) Какую структуру имеет управляющий алгоритм в системе при наличии обратной связи?

При наличии обратной связи алгоритм может быть более гибким, допускающим проверку условий, ветвления и циклы.

Системы, в которых роль управляющего объекта поручается компьютеру, называются автоматическими системами с программным управлением .

Управляющий объект - учитель, а ученики являются объектом управления. Прямой канал передачи информации - передача знаний учителем, а обратная связь - ответы учеников, результаты контрольных работ, сочинения и т. п. Учителю обратная связь дает информацию о достижении поставленных им целей - когда ученики выполнили домашнее задание.

Код ОГЭ: 1.4.1. Основные компоненты компьютера и их функции.

Компьютер — это электронное устройство для программной обработки информации.

Архитектура компьютера описывает его организацию и принципы функционирования его структурных элементов. Она включает в себя основные устройства компьютера и структуру связей между ними. Состав ПК еще называют конфигурацией.

Базовая конфигурация — минимальный состав компьютера, достаточный для начала работы с компьютером. В базовую конфигурацию обычно входят системный блок, монитор (дисплей) и клавиатура.

Системный (базовый) блок — это основной узел компьютерной системы; он содержит наиболее важные компоненты, осуществляющие обработку данных. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, — внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода, обмена и длительного хранения данных, называют периферийными.

Монитор (дисплей) компьютера предназначен для отображения информации, передаваемой в виде сигналов от видеоконтроллера (видеокарты).

Клавиатура — клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации в виде алфавитно-цифровых символьных данных.

Системный блок содержит материнскую плату, накопители на магнитных и лазерных дисках, блок питания с вентилятором. В системном блоке также могут быть установлены звуковая карта, видеокарта и др.

Материнская (системная) плата — это сложная многослойная печатная плата, на которой располагаются все необходимые компоненты для работы компьютера. Она обеспечивает обмен информацией между устройствами с помощью различных шин. На ней расположены разъемы (слоты) для подключения разных устройств: процессора, модулей памяти, адаптеров и контроллеров, соединенных системной шиной. Материнская плата осуществляет основные функции по объединению этих компонентов компьютера в согласованно работающее устройство.

Процессор (центральный процессор, ЦП) выполняет все действия по обработке информации и управляет работой компьютера. Производительность процессора зависит от его частоты и разрядности. Тактовая частота — количество операций, которые процессор производит за секунду. Она измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц): 1 МГц означает выполнение 10 6 (миллион) операций за секунду, 1 ГГц — 10 9 (миллиард) операций за секунду. Разрядность — длина двоичного кода, который процессор может обработать или передать целиком одновременно. Современные ПК обычно оснащены 32– или 64–разрядными процессорами; существуют процессоры с разрядностью 128 бит. Современные процессоры — многоядерные, они содержат несколько (до 32) процессорных ядер в одном корпусе. Однако частота процессора намного важнее количества ядер. Так что одноядерный процессор с 3,6 ГГц лучше 4 ядерного процессора с 1,5 ГГц.

Основная память компьютера состоит из оперативной памяти (ОП, ОЗУ, оперативного запоминающего устройства) и постоянной памяти (ПП, ПЗУ, постоянного запоминающего устройства). Оперативная память — это набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен (после его выключения содержимое ОЗУ теряется). В ней сохраняются команды и промежуточные результаты, с которыми компьютер работает в данный момент. Постоянная память — это микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе когда компьютер выключен. Она сохраняет постоянную информацию, которая записывается лишь один раз в заводских условиях и не может быть изменена пользователем. Самой важной характеристикой памяти является ее объем. Современным программам, например, требуется оперативная память объемом 128, 256 Мбайт и больше.

Обмен данными между отдельными элементами компьютера осуществляется через системную шину (магистраль). Шина — это кабель, состоящий из множества проводников. Обычно шина управляется специальной программой — драйвером.

Внешние устройства (клавиатура, монитор, дисководы, мышь и др.) подсоединяются к системной шине через адаптеры и контроллеры, которые обеспечивают функционирование этих устройств.

Устройства внешней памяти называются накопителями. Они предназначены для длительного сохранения информации. К ним относятся накопители на жестких, гибких и оптических дисках, флеш–память и др. Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД, HDD — Hard Disk Drive, он же «винчестер») — основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ практически всех современных компьютеров. Одна из основных характеристик жесткого диска — емкость (количество данных, которые могут храниться накопителем; для современных устройств достигает нескольких терабайт). Гибкие магнитные диски были вытеснены компакт–дисками (оптическими дисками) и DVD, а затем — флеш-памятью (твердотельными носителями данных), которые имеют значительно большую емкость и надежность. В настоящее время существуют не только внутренние, но и внешние дисководы, имеющие удобное подключение к настольному ПК, ноутбуку, нетбуку.

Звуковая карта (звуковая плата) — это плата, которая позволяет работать на компьютере со звуком.

Видеокарта (графическая плата, видеоадаптер) — устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора.

Периферийные устройства

Периферийные устройства — устройства для ввода или вывода информации: принтеры, клавиатуры, мыши, сканеры и т. д. Подсоединение их к компьютеру производится через специальные разъемы — порты ввода/вывода. По способу передачи информации различают последовательные (информация передается последовательно) и параллельные (несколько битов информации передается одновременно) порты. В настоящее время они вытесняются шиной USB и беспроводными технологиями передачи информации.

Устройства ввода информации

Клавиатура. Сегодня существует огромное количество различных клавиатур: мультимедийные и веб–клавиатуры, эргономичные и игровые, беспроводные и гибкие, виртуальные лазерные и др. По методу подключения к системному блоку различают проводные (все чаще подключаемые с помощью USB) и беспроводные клавиатуры.

Мышь — устройство управления манипуляторного типа. По сути, это датчик координат, определяющих положение указателя на экране. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора. Комбинация монитора и мыши обеспечивает наиболее современный тип интерфейса пользователя — графический. С помощью мыши пользователь изменяет свойства графических объектов и приводит в действие элементы управления компьютером.

Существуют мыши мало распространенного механического (шарикового) типа и современные — оптического типа, а также беспроводные мыши. В шариковой мыши ее движение передается в компьютер благодаря встроенному металлическому шарику, покрытому резиной, который вращается при перемещении мыши. В оптической — датчик улавливает свет, излучаемый встроенным диодом и отражаемый от поверхности стола. В лазерных мышах вместо диода установлен лазер, благодаря чему свет почти не рассеивается и достигается большая точность. Беспроводные мыши используют радиосвязь или инфракрасный порт.

Трекбол — встроенный в клавиатуру или мышь шарик, вращение которого вызывает перемещение курсора (по сути, это «перевернутая» шариковая мышь).

Сенсорная панель (тачпад) — сенсорная пластина, реагирующая на движение пальца пользователя по поверхности. Удар пальцем по поверхности тачпада воспринимается как нажатие кнопки.

Трекпойнт — специальная гибкая клавиша на клавиатуре, прогиб которой в нужном направлении перемещает курсор на экране дисплея.

Графический планшет — используется для рисования, а также для ввода рукописного текста с помощью специальной ручки.

Джойстик — рукоять с кнопкой. При вращении рукояти перемещается курсор на экране.

Сканер — устройство для переноса печатного текста и графических изображений (схем, рисунков, графиков, фотографий и др.) с бумаги в компьютер. Считывающая головка сканера равномерно движется над изображением, а специальное устройство преобразует его в цифровые коды.

Цифровая фотокамера — устройство для ввода фотоснимков в память компьютера.

Звуковая карта и микрофон — устройство для ввода звуковой информации.

Устройства вывода информации

Монитор. Основным компонентом мониторов обычно является матрица жидкокристаллических (ЖК) элементов, реже — электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Перспективными моделями считаются плазменные, проекционные и OLED–мониторы (в основе которых — органические светоизлучающие диоды).

Монитор подключается к компьютеру через устройство сопряжения — видеоадаптер. Основные параметры мониторов:

Плоттер (графопостроитель) — устройство печати сложных графических изображений — чертежей, схем, графиков, карт, диаграмм;

Акустические колонки и наушники — устройство для прослушивания звука.

Читайте также: