Математическое, программное и информационное обеспечение подсистемы САПР для испытаний приборов систем управления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Романов, Александр Евгеньевич

• Романов, Александр Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Романов, Александр Евгеньевич

Введение

1. Анализ существующих методов, средств обработки и управления испытаниями приборов на динамических стендах

1.1. Аналитический обзор средств автоматизации испытаний

1.1.1. Общая классификация задач испытаний

1.1.2. Средства автоматизации процесса испытаний

1.2. Постановка и обоснование задач исследования

1.2.1. Задачи исследования и разработки подсистемы САПР для испытаний приборов систем управления

1.2.2. Обоснование задач исследования и разработки 25 Выводы из главы

2. Методы и алгоритмы формирования возмущающих воздействий и обработки результатов испытаний приборов систем управления

2.1. Принципы построения подсистемы САПР для испытаний приборов систем управления

2.2. Особенности испытаний приборов систем управления на комплексное воздействие

2.3. Алгоритмы формирования возмущающих воздействий

2.4. Алгоритмы обработки результатов испытаний

2.5. Алгоритмы управления процессом испытаний

2.6. Алгоритмы проверки статистических гипотез 53 Выводы из главы

3. Разработка программного обеспечения подсистемы САПР для испытаний приборов систем управления 62 3.1. Выбор инструментов реализации подсистемы САПР для испытаний приборов систем управления 62 3.1.1. Платформа для измерений и автоматизации испытаний

3.1.2. Контрольно-измерительная система

3.1.3. Выбор языков программирования для реализации программного обеспечения

3.2. Архитектура подсистемы САПР для испытаний приборов систем управления

3.2.1. Программные средства для проведения вибрационных испытаний

3.2.2. Программные средства для проведения климатических испытаний

3.3. Программная реализация подсистемы САПР для испытаний приборов систем управления

3.3.1. Компоненты генерации возмущающих воздействий

3.3.2. Компоненты коммуникаций

3.3.3. Компоненты обработки и документирования результатов испытаний 77 Выводы из главы

4. Информационное обеспечение подсистемы САПР для испытаний приборов систем управления

4.1. База данных результатов испытаний

4.1.1. Локальная концептуальная модель данных

4.1.2. Защита базы данных

4.2. Интерфейс базы данных с компонентами обработки и документирования результатов испытаний

4.2.1. Архитектура программного модуля

4.2.2. Структура программного модуля

4.2.3. Разработка интерфейса базы данных с компонентами обработки и документирования 93 Выводы из главы

5. Методика применения подсистемы САПР для испытаний ПСУ 101 5.1. Применение подсистемы САПР для вибрационных испытаний

5.2. Применение подсистемы САПР для климатических испытаний

Выводы из главы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое, программное и информационное обеспечение подсистемы САПР для испытаний приборов систем управления»

Современный уровень развития и постоянно возрастающие требования к приборам систем управления сказываются на трудоемкости испытательных процедур. Несмотря на возможность математического моделирования, испытания приборов систем управления (ПСУ) остаются необходимой проектной процедурой на всех этапах их проектирования, поскольку не всегда возможно обеспечить полную адекватность математической модели ПСУ оригиналу, определить математические модели элементов и процессов.

Существующие на сегодняшний день системы автоматизации процесса испытаний позволяют решать ограниченный круг задач. Например, система LDS Dactron применима только для случая вибрационных испытаний ПСУ. Существенным недостатком существующих систем является статистический анализ испытательных данных как стационарных случайных процессов. Недостаточно оценивать поведение ПСУ при системе действующих сил, моментов и возмущений, пользуясь детерминированными и вероятностными математическими моделями, основанными только на теории стационарных случайных процессов [1,3-13]. Отсутствие учета нестационарности случайных процессов может привести к возникновению больших погрешностей измерения и неправильной интерпретации полученных результатов.

В постановку и решение основных задач, связанных с обработкой нестационарных случайных процессов, большой вклад внесли ученые: B.C. Пугачев, Э. И. Цветков, В. В. Ольшевский и другие [6,10,60-64]. Вопросы испытаний аппаратуры подвижных объектов рассматривались в трудах Г. Д. Хас-ки, Г. А. Корна, Д. С. Пельпора, У. Ригли, У. Холлистера, В. JI. Черникова и других [66-68]. Существует ряд работ, посвященных разработке систем автоматизации испытаний ПСУ подвижных объектов, в том числе алгоритмам и методам формирования возмущающих воздействий, обработки испытательной информации и управления процессом испытаний, проведения испытаний на комплексное воздействие, учитывающих нестационарность протекающих в ПСУ процессов [1,2,13,40-42]. Постановка и решение перечисленных задач проводились Р. И. Сольницевым и руководимой им группой ученых и инженеров. Продолжение этих работ ориентируется на современные возможности вычислительной техники и повышение точности получаемых результатов испытаний на основе методов и алгоритмов обработки нестационарных случайных процессов, а также учета комплексного воздействия возмущений на объект испытаний.

Из вышеизложенного следует, что создание подсистемы САПР для испытаний ПСУ на основе методов и алгоритмов обработки нестационарных случайных процессов с учетом комплексного воздействия возмущений с помощью современных аппаратно-программных средств представляет значительный практический и теоретический интерес. Цель и задачи исследования

Цель работы - исследование вопросов разработки математического, программного и информационного обеспечения САПР для автоматизации испытаний ПСУ и разработка на базе этого исследования подсистемы САПР для вибрационных и климатических испытаний с возможностью расширения функциональности этой подсистемы для других видов испытаний.

В процессе выполнения работы в соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие научно-технические задачи:

1. Разработать архитектуру подсистемы САПР для испытаний ПСУ, отвечающей современным требованиям и обладающей возможностями для расширения ее функциональности;

2. Разработать алгоритмы определения класса нестационарных случайных процессов.

3. Разработать программное и информационное обеспечения подсистемы САПР для испытаний ПСУ.

4. Разработать методику автоматизации вибрационных и климатических испытаний ПСУ.

Основные методы исследования

Для решения поставленных задач в диссертационной работе используются методы теории вероятностей и математической статистики, положения теории баз данных, теории построения САПР и теории вибрационных и климатических испытаний приборов. Новые научные результаты

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в следующем:

1. Разработана архитектура подсистемы САПР для испытаний ПСУ, отличающаяся от известных высокой гибкостью и адаптивностью к новым задачам испытаний, возможностями организации удаленного сбора испытательной информации в базу данных и средствами коллективной работы пользователей.

2. Разработаны алгоритмы определения класса нестационарных случайных процессов на основе метода "матрицы решений" и эвристико-аналитического метода принятия решений.

3. Разработано программное и информационное обеспечения подсистемы САПР для испытаний ПСУ, отличающиеся от известных наличием встроенных средств для удаленного сбора испытательной информации в базу данных и организации коллективной работы пользователей.

4. Предложена методика автоматизации вибрационных и климатических испытаний, базирующаяся на использовании разработанной подсистемы САПР для испытаний ПСУ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав с выводами и заключения. Она изложена на 122 страницах машинописного текста, включает 45 рисунков, 8 таблиц, 1 приложение и содержит список литературы из 78 наименований, среди которых 73 отечественных и 5 иностранных авторов.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Романов, Александр Евгеньевич

Основные результаты диссертационной работы следующие.

1. Разработана архитектура подсистемы САПР для испытаний ПСУ, отличающаяся от известных высокой гибкостью и адаптивностью к новым задачам испытаний, возможностями организации удаленного сбора испытательной информации в базу данных и средствами коллективной работы пользователей.

2. Разработаны алгоритмы определения класса нестационарных случайных процессов на основе метода "матрицы решений" и эвристико-аналитического метода принятия решений.

3. Разработано программное и информационное обеспечения подсистемы САПР для испытаний ПСУ, отличающиеся от известных наличием встроенных средств для удаленного сбора испытательной информации в базу данных и организации коллективной работы пользователей.

4. Предложена методика автоматизации вибрационных и климатических испытаний, базирующаяся на использовании разработанной подсистемы САПР для испытаний ПСУ.

5. На основании полученных в работе результатов разработана и внедрена в промышленность и учебную практику подсистема САПР для испытаний ПСУ ТеБКГАХ).

По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, среди которых 1 публикация в ведущем рецензируемом издании, рекомендованном в действующем перечне ВАК. Доклад доложен и получил одобрение на 1 международной научно-практической конференции.

Теоретические и практические результаты работы использовались в научно-исследовательских работах, выполненных на кафедре систем автоматизированного проектирования Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина).

Подсистема САПР для испытаний ПСУ Тев^АЕ) внедрена в инженерную практику на предприятии ЗАО «НПЦ «АКВАМАРИН», а также в учебную практику кафедры Систем автоматизированного проектирования Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Романов, Александр Евгеньевич, 2010 год

1. Сольницев, Р.И. Автоматизация проектирования систем автоматического управления Текст.: монография / Р.И. Сольницев. М.: Высшая школа, 1991. - 335 с.

2. Сольницев, Р.И. Вычислительные машины в судовой гироскопии Текст.: монография / Р.И. Сольницев. Л.: Судостроение, 1977. - 312 с.

3. Левин, Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники Текст.: монография / Б.Р. Левин. М.: Радио и связь, 1989. - 656 с.

4. Цветков, Э.И. Основы теории статистических измерений Текст.: монография / Э.И. Цветков. Л.: Энергия, 1979. - 286 с.

5. Рытов, С.М. Введение в статистическую радиофизику, ч. 1. Случайные процессы Текст.: монография / С.М. Рытов. М.: Наука, 1976. - 404 с.

6. Бендат, Дж. Измерение и анализ случайных процессов Текст.: монография / Дж. Бендат, А. Пирсол. М.: Мир, 1971. - 408 с.

7. Бендат, Дж. Прикладной анализ случайных данных Текст.: монография / Дж. Бендат, А. Пирсол. М.: Мир, 1989. - 540 с.

8. Дженкинс, Г. Спектральный анализ и его приложения. Вып. 1. Текст.: монография / Г. Дженкинс, Д. Ватте М.: Мир, 1971. - 316 с.

9. Свешников, A.A. Вероятностные методы в прикладной теории гироскопов Текст.: монография / A.A. Свешников, С.С. Ривкин. М.: Наука, 1974. - 536 с.

10. Пугачев, B.C. Статистические методы в технической кибернетике Текст.: монография / B.C. Пугачев. -М.: Сов. радио, 1971. 191 с.

11. Мирский, Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов Текст.: монография / Г.Я. Мирский. М.: Энергия, 1972. - 455 с.

12. Мирский, Г.Я. Характеристики стохастической взаимосвязи и их измерения Текст.: монография / Г.Я. Мирский. М.: Энергоиздат, 1982. - 319 с.

13. Об измерении средней корреляционной функции нестационарного случайного процесса по одной реализации Текст. В сб.: «Известия вузов. Приборостроение». - JL, 1972, т.15, №4. с.71.

14. Серегин, М.Ю. Организация и технология испытаний, ч. 1. Методы и приборы испытаний Текст.: монография / М.Ю. Серегин. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2006. - 84 с.

15. Вибрации в технике, том 5. Измерения и испытания / Под. ред. Генкина М.Д. М.: Машиностроение, 1981. - 496 с.

16. Бусленко, Н.П. Метод статистических испытаний (Монте-Карло) и его реализация на цифровых вычислительных машинах Текст.: монография \ Н.П. Бусленко, Ю.А. Шрейдер. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1961. - 226 с.

17. Бусленко, Н.П. Метод статистического моделирования Текст.: монография \ Н.П. Бусленко. М.: Статистика, 1970. - 112 с.

18. Соболь, И.М. Метод Монте-Карло Текст.: монография \ И.М. Соболь. -М.: Наука, 1968. 64 с.

19. Сирил М. Харрис Справочник по ударным нагрузкам Текст.: монография \М. Сирил Харрис, Чарльз И. Крид. JL: Судостроение, 1980. - 360 с.

20. Браун, Н. Объединение LDS с Брюль и Къер Текст. / Н. Браун [и др.] // Международный журнал о звуке и вибрации Breuel and Kjar.-2009.-№l.-c.l2.

21. Браун, Н. LDS проводит виброиспытания самого большого в мире телескопа Текст. / Н. Браун [и др.] // Международный журнал о звуке и вибрации Breuel and Kjar.-2009.-№l.-c.l4.

22. Браун, Н. LDS Test and Measurement Текст. / H. Браун [и др.] // Международный журнал о звуке и вибрации Breuel and Kjar.-2009.-№l.-c.32.

23. Евченко, К. Средства для проведения и анализа натурных испытаний от компании SCAN Текст. / К. Евченко // САПР и графика.-2001.-№11.

24. Мазурин A. SCAN: от проектирования до компьютерного анализа и стендовых испытаний Текст. / А. Мазурин // САПР и графика.-2001.-№6.

25. Денисенко, В. Испытания электронной аппаратуры: быстро и эффективно Текст. / В. Денисенко [и др.] // Компоненты и технологии.-2004.-№4.-с.216, продолжение в №5.

26. Денисенко В. Модули ввода-вывода "RealLab! серия NL Текст. / В. Денисенко [и др.] // Приборы и системы. Управление, контроль, диагности-ка.-2005.-№1.-с.54.

27. Денисенко В. Распределенные системы сбора данных "RealLab! " Текст. / В. Денисенко [и др.] // Электронные компоненты.-2007.-№4.-с.1.

28. Денисенко В. Серия модулей ввода-вывода "RealLab! " для автоматизации эксперимента Текст. / В. Денисенко [и др.] // Приборы и техника экспери-мента.-2009.-№ 1 .-с. 171.

29. Продукция НИЛ АП «Приборостроение и средства автоматизации. Энциклопедический справочник» Текст. - М.: Научтехлитиздат, 2004, №12. -с.59.

30. Денисенко В. Повышение точности путем многократных измерений. Часть 1. Современные технологии автоматизации Текст. / В. Денисенко // -2009.-№4.-с.96. Часть 2 - Современные технологии автоматизации.-2010.-№1.-с.98.

31. Компания "ViTec"Электронный ресурс.: публикации о решении задач системной интеграции и разработки программного обеспечения в области автоматизации измерений и испытаний. Режим доступа к публикациям: http://www.vitec.ru.

32. Петров, И. CoDeSys3.0-HOBbiii уровень инструментов программирования ПЛК Текст. / И. Петров // Современные технологии автоматизации.-2005.-№1.-с.75.

33. Золотарев, C.B. CoDeSys-интегрированный комплекс МЭК61131-3 программирования Текст. / C.B. Золотарев, И.В. Петров // Промышленные АСУ и контроллеры.-2005.-№4.

34. Петров, И.В. Программная платформа автоматизации "CoDeSys" Текст. / И.В. Петров // Автоматизация от А до Я.-2005.-№1.-с.22.

35. Вагнер Роланд. Деревообрабатывающие машины HOMAG-результат курса на использование МЭК 61131-3 и CoDeSys Текст. / Роланд Вагнер // Современные технологии автоматизации.-2006.-№4.-с.26.

36. Петров, И.В. Единство противоречий Текст. / И.В. Петров // Мир авто-матизации.-2006.-№10.-с.64.

37. Пастушенков, Д. Многоцелевая система Текст. / Д. Пастушенков // Мир автоматизации.-2006.-№6.-с.63.

38. Алексеев, A.B. Алгоритмизация обработки аддитивно-мультипликативных нестационарных случайных процессов Текст.: Дис. канд. техн. наук: 05.13.01 / Ленинград, гос. электротехн. ин-т. Л., 1984. 249 с.

39. Сольницев, Р.И. Автоматизация испытаний приборов подвижных объектов на основе САПР Текст. / Р. И. Сольницев // ЭВМ в проектировании и производстве.-1985.-№2.-с.53.

40. Сольницев Р.И. Идентификация класса нестационарных случайных процессов в подсистеме «Испытания» САПР приборов подвижных объектов Текст. / Р.И. Сольницев, A.B. Алексеев, Ю.А. Ласуков // ЭВМ в проектировании и производстве.-1989.-№4.-с. 144.

41. Цыпкин, Я.З. Оптимальные и адаптивные системы Текст.: монография / Я.З. Цыпкин. М.: Наука, 1972. - 311 с.

42. Миленький, A.B. Классификация сигналов в условиях неопределенности Текст.: монография / A.B. Миленький М.: Сов. радио, 1975. - 328 с.

43. Холлендер, M. Непараметрические методы статистики Текст.: монография / М. Холлендер, Д.А. Вульф М.: Финансы и статистика, 1983. - 518 с.

44. Ван дер Варден, Б.Л. Математическая статистика Текст.: монография / Б.Л. Ван дер Варден М.: Иностранная литература, 1960. - 434 с.

45. Оуэн, Д.Б. Сборник статистических таблиц Текст.: монография / Д.Б. Оуэн М.: ВЦ АН СССР, 1973. - 586 с.

46. Химмельблау, Д. Анализ процессов статистическими методами Текст.: монография / Д. Химмельблау М.: Мир, 1973. - 957 с.

47. Афифи, А. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ Текст.: монография / А. Афифи, С. Айзен М.: Мир, 1982. - 488 с.

48. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика Текст.:iмонография / В.Е. Гмурман М.: Высшая школа, 1972. - 479 с.

49. Автоматизация инженерных расчетов Текст.: Уч. пособ. Ленинград, электротехн. ин-т, 1982. - 92 с.

50. Шеннон, Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука Текст.: монография / Р. Шеннон - М.: Мир, 1978. - 418 с.

51. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования Текст.: монография / Гамма Э. [др.] СПб: Питер, 2007. - 366 с.

52. Фаулер, М. Архитектура корпоративных программных приложе-нийТекст.: монография / М. Фаулер М.: Вильяме, 2007. - 544 с.

53. Кериевски, Д. Рефакторинг с использованием шаблонов (паттернов проектирования) Текст.: монография / Д. Кериевски М.: Вильяме, 2006. - 400 с.

54. Эмблер, C.B. Рефакторинг баз данных: эволюционное проектирование Текст.: монография / Эмблер C.B., Садаладж П.Д. М.: Вильяме, 2007. - 368 с.

55. Гарсиа-Молина, Г. Системы баз данных. Полный курс Текст.: учебное пособие / Г. Гарсиа-Молина, Д.Д. Ульман, Д. Уидом М.: Вильяме, 2003. -1088 с.

56. Конноли, Т. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика Текст.: монография / Т. Конноли, К. Бегг М.: Вильяме, 2003. - 1440 с.

57. Сольницев, Р.И. Информационные технологии в приборостроении Текст.: монография / Р.И. Сольницев СПб: Научное приборостроение, т. 11, №4, 2001. -с.80-83.

58. Цветков, Э.И. Нестационарные случайные процессы и их анализ Текст.: монография / Э.И. Цветков М.: Энергия, 1973. - 129 с.

59. Галушкин, А.И. Оперативная обработка экспериментальной информации Текст.: монография / А.И. Галушкин, Ю.А. Зотов, Ю.А. Шикунов М.: Энергия, 1972. - 360 с.

60. Воллернер, Н.Ф. Аппаратурный спектральный анализ сигналов Текст.: монография / Н.Ф. Воллернер М.: Сов. радио, 1977. - 208 с.

61. Сергеев, Г.А. Статистические методы исследования природных объектов Текст.: монография / Г.А. Сергеев JL: Гидрометеоиздат, 1973. - 300 с.

62. Кельтон, В. Имитационное моделирование. Классика CS Текст.: монография / В. Кельтон, A. Jloy СПб.: Питер, 2004. - 847 с.

63. Вычислительная техника: справочник. Т.2. Цифровые вычислительные машины Текст. / Ред. Г.Д. Хаски, Г.А. Корн. М.;Л.: Энергия, 1964. - 816 с.

64. Пельпор, Д.С. Гироскопические системы ориентации и стабилизации Текст.: монография / Д.С. Пельпор М.: Машиностроение, 1982. - 165 с.

65. Ригли, У. Теория, проектирование и испытания гироскопов Текст.: монография / У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард М.: Мир, 1972. - 416 с.

66. Lang George Fox. Random testing to new limits / Lang George Fox, Burroughs Glenn, Carmichael Graham // Sound and Vibration. Feb. 2009.

67. Stuart Pugh. Total design: integrated methods for successful product engineering. Addison-Wesley Pub. Co., 1991.-278 p.

68. Nancy R. Tague. The quality toolbox. American Society for Quality, Quality Press, Milwaukee, - 2005. - 532 p.

69. Michael Owens. The definitive guide to SQLite. Apress, 2006. - 440 p.

70. Jay A. Kreibich. Using SQLite. O'Reilly, 2010. - 503 p.

71. Романов, A.E. Вопросы алгоритмизации процесса испытаний Текст. / А.Е. Романов //Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2010. - № 7. - С. 52-55.

72. Романов, А.Е. Подсистема САПР испытаний приборов / Р.И. Сольницев, Г.Д. Дмитревич, А.Е. Романов // Материалы XIV межд. науч.-практ. конференции «Современное образование: содержание, технологии, качество». — СПб., 2008.