http://autolab.ucoz.ru/ Блог Wed, 21 Nov 2012 13:07:50 GMT uCoz Web-Service <div>&nbsp;</div><div>Автоматизация эксперимента - комплекс средств и методов для ускорения сбора и обработки экспериментальных данных, интенсификации использования экспериментальных установок, повышения эффективности работы исследователей. Характерной особенностью автоматизации эксперимента является использование ЭВМ, что позволяет собирать, хранить и обрабатывать большое количество информации, управлять экспериментомв процессе его проведения, обслуживать одновременно несколько установок и т. д. Первые попытки автоматизации эксперимента возникли в 1950-е гг. в исследованиях, связанных с ядерной физикой. В последующие годы автоматизация эксперимента нашла применение в других областях физики и естествознаниявообще: в физике элементарных частиц, термоядерных, космическихи медико-биологических исследованиях, в геофизике, радиоастрономиии т. п. Используемые при этом автоматизированные системы (АС) экспериментальных исследований отличаются большим разнообразием, однако можно выделить общие ... <div>&nbsp;</div><div>Автоматизация эксперимента - комплекс средств и методов для ускорения сбора и обработки экспериментальных данных, интенсификации использования экспериментальных установок, повышения эффективности работы исследователей. Характерной особенностью автоматизации эксперимента является использование ЭВМ, что позволяет собирать, хранить и обрабатывать большое количество информации, управлять экспериментомв процессе его проведения, обслуживать одновременно несколько установок и т. д. Первые попытки автоматизации эксперимента возникли в 1950-е гг. в исследованиях, связанных с ядерной физикой. В последующие годы автоматизация эксперимента нашла применение в других областях физики и естествознаниявообще: в физике элементарных частиц, термоядерных, космическихи медико-биологических исследованиях, в геофизике, радиоастрономиии т. п. Используемые при этом автоматизированные системы (АС) экспериментальных исследований отличаются большим разнообразием, однако можно выделить общие принципы, обеспечивающие их эффективность.</div><div>Общие принципы и требования:&nbsp;</div><div>1. Повышенные требования к быстродействиюАС, поскольку такие системы предназначены для быстрого получения и анализа данныхи быстрого принятия решений.&nbsp;</div><div>2. Высокая надёжностьАС, возможность длительной безотказной работы, что связано с увеличением стоимости современных экспериментальных установок.&nbsp;</div><div>3. Простота эксплуатации АС и использование готовых унифицированных блоков.&nbsp;</div><div>4. Необходимость предварительного планирования исследований и разработка возможных вариантов.&nbsp;</div><div>5. Гибкость АС, допускающая изменение её структуры и состава в процессе работы.&nbsp;</div><div>6. Возможность коллективного обслуживания различных установок,&nbsp;</div><div>7. В АС должен быть предусмотрен диалоговый режим работы, когда осуществляется непосредственная связь человека с системой с помощью специального языка.&nbsp;</div><div>8. В АС необходима простая и быстрая система контроля. Для контроля системы в целом обычно вводят некоторый синтетический критерий, характеризующий работу системы в среднем. Таким критерием может быть результат измерения известной величины: если полученные значения находятся в допустимых пределах, то состояние системы считается удовлетворительным.</div><div><br></div><div>ЭВМ в АС работают в режиме "реального масштаба времени", или "в линию" (on-line). При этом ЭВМ, получая от системы данные, обрабатывает их и выдаёт результаты настолько быстро, что их можно использовать для воздействия на систему (или объект исследования). В экспериментальном исследованиях чаще применяют смешанный режим. Часть данных обрабатывают в реальном времени и используют для контроля и управления, а основной массив данных с помощью ЭВМ записывают на долговременный носитель (чаще на магнитные ленты) и обрабатывают после окончания сбора данных. Целесообразность такого режима обусловлена скорее экономическими причинами, ибо невыгодно применять быстродействующее дорогое оборудование, которое успевало бы в реальном времени обрабатывать полный массив данных. Это связано с тем, что полностью автоматизированная обработка данныхможет производиться только в рутинных исследованиях по уточнению некоторых констант, когда вся процедура обработки, все поправки уже известны.</div><div><br></div><div>При выполнении новых исследований трудно предусмотреть все тонкости измерений. В ходе исследования могут появиться неожиданные результаты, которые необходимо уточнить или подтвердить. Для решения этой задачи с помощью АС приходится проводить предварит, обработку данных в возможно более короткие сроки (лучше в реальном времени}, пусть даже по приближённым формулам, с худшей, чем окончательная обработка, точностью. Подобное оперативное изменение условий эксперимента на основании экспресс-обработки данных получило название управление экспериментом, что не совсем точно, поскольку происходит лишь изменение условий измерений на основании анализа полученных данных.</div><div><br></div><div>Математическое (программное) обеспечение АС разрабатывают на основе математических методов анализа данных. Математическое обеспечение на алгоритмическом уровне практически не связано с конкретным типом ЭВМ, а определяется особенностями исследования. Важно разработать такое математическое обеспечение, которое, с одной стороны, было бы адекватно выполняемым исследованиям, а с другой не было бы слишком сложным. При создании нового программного обеспечения следует учитывать, что наиболее эффективным является такое распределение труда, при котором программисты разрабатывают общие программы, имеющие чёткое математическое обоснование и не слишком связанные с особенностями конкретного исследования. Специальные программы должны разрабатывать исследователи, ибо они лучше всего знают особенности исследования, которые к тому же заранее обычно нельзя строго формализовать.</div><div><br></div><div>Машинным(вычислительным) экспериментомназывается расчёт математической моделиявления, построенной на основе научной гипотезы. Если в основу модели положена строгая теория, то машинный эксперимент оказывается просто расчетом. В тех же случаях, когда система становится настолько сложной, что невозможно учесть все связи, приходится создавать упрощенные модели системы и проводить машинный эксперимент. Он в любом случае не может служить доказательством истинности модели, поскольку в его основу положена гипотеза, которую можно проверить только при сопоставлении результатов моделированияс экспериментами на реальном объекте. Однако роль машинного эксперимента иногда очень важна, ибо в результате можно отбросить заведомо ложные варианты либо сравнить по тем или иным критериям различные варианты подлежащих исследованию процессов.</div><div><br></div><div>Структура автоматизированной системы. Данные об исследуемом объекте от специальных датчиков измеряемых величин поступают в виде электрических сигналов на измерительную аппаратуру, которая состоит из следующих компонентов: защищённых от помех линий передачи, усилителей, преобразователей аналоговой информациив цифровуюи т. д., образующих канал измерения. Передача цифровой информации к ЭВМ происходит через т. н. интерфейс - сопрягающее устройство для соединения различных блоков АС с ЭВМ. Данные в ЭВМ поступают через канал обмена. Обработка данных производится в центральном процессоре, в котором имеется устройство, где временно хранятся данные и программы, - т. н. оперативное запоминающее устройство. Если скорость работы центрального процессора или емкость запоминающего устройства но позволяют полностью обработать данные, они передаются в долговременную память ЭВМ или в др. ЭВМ с большей производительностью. Если обработанные центральным процессором данные и команды управления передаются на измерительную аппаратуру, можно получить автоматическое управление экспериментом (рис.1).</div><div><br></div><div>При практической реализации АС каналы измерениявыполняют в виде отдельных электронных блоков, связанных с каналом обмена ЭВМ. Поэтому любое изменение в структуре АС (изменение числа каналов, замена датчиковили ЭВМ), практически неизбежное при исследованиях, требует существенных переделок аппаратуры. Выходом служит магистрально-модульная система, состоящая из легко заменимых блоков и унифицированной магистрали. Магистралью (общей шиной) называется система электрических линий передачи, единообразно соединяющих различные блоки (модули) АС. Смысл унифицированной магистрали заключается в том, что её можно использовать многократно, создавая из отдельных модулей различные варианты АС, при этом для АС нужен только один интерфейс, называемый интерфейсом канала обмена. Каналы измерений соединяются с шиной через простые, но также унифицированные интерфейсы. У АС появляется требуемая гибкость: исчезает ограничение на число каналов измерений, при замене ЭВМ нужно заменить лишь один интерфейс. Для обеспечения такой структуры АС необходим стандарт на общую шину, её интерфейс и конструкцию блоков.</div> https://autolab.ucoz.ru/blog/avtomatizacija_ehksperimenta/2012-11-21-1 toni https://autolab.ucoz.ru/blog/avtomatizacija_ehksperimenta/2012-11-21-1 Wed, 21 Nov 2012 13:07:50 GMT